李芳 王平

摘要：定向井和水平井都擁有著它們各自工程項(xiàng)目施工時(shí)的突出特征，如果要建立在定向井和水平井的受力問題做研究，也就是它們的幾何受力和各自的受力特征，并且不能以二維彎曲井眼作為鉆柱的受力分析基礎(chǔ)模型，應(yīng)當(dāng)以三維為基礎(chǔ)，以此來建立兩者工程項(xiàng)目的應(yīng)用具體算法。之后再通過具體環(huán)境和實(shí)際狀況等綜合因素來考慮到傳統(tǒng)的鉆柱設(shè)計(jì)內(nèi)容、鉆柱強(qiáng)度進(jìn)行核實(shí)的具體方式，來完成對鉆柱摩擦阻力和摩擦強(qiáng)度的主要來分析軟件的開發(fā)和具體研究。通過相關(guān)研究人員的研究實(shí)踐表明了他們所建立的計(jì)算力學(xué)模型只有在充分考慮各個(gè)重要影響因素之后才具備高準(zhǔn)確度。并且研究的過程中應(yīng)當(dāng)貼近于鉆柱力學(xué)現(xiàn)場的實(shí)際情況，所計(jì)算出來的結(jié)果才能夠?qū)︺@柱的受力模型有著實(shí)際的意義。

關(guān)鍵詞：鉆柱;力學(xué)分析;探討

一、鉆柱的力學(xué)分析

1.1 研究并分析鉆柱與井壁的接觸

鉆柱相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)充分了解鉆柱在定向井、水平井在各個(gè)井的井眼內(nèi)的實(shí)際情況，能夠充分的建立好定向井和水平井的鉆柱相關(guān)力的實(shí)際分析，通過學(xué)習(xí)有關(guān)力學(xué)分析的理論，以力學(xué)的理論研究為相關(guān)基礎(chǔ)，可以假定一些條件。例如各個(gè)鉆井的鉆柱是能夠改變形狀的非實(shí)心圓形桿狀截面體，但是各個(gè)井的鉆柱又是比較小巧的彈性體，因此可以將兩種井體的井眼橫截面最初的狀態(tài)想象并設(shè)計(jì)為圓形的物體。這時(shí)鉆頭受到的彎曲程度是幾乎為零的。各個(gè)鉆的鉆柱與定向井的內(nèi)壁連接在一起，在沒有想到摩擦力會對兩個(gè)物體之間產(chǎn)生接觸面的形狀影響力時(shí)，兩者之間的接觸是可以當(dāng)成有彈性的。

1.2 計(jì)算相關(guān)的摩擦反力

并且鉆柱在開始進(jìn)入有彎曲的位置時(shí)，會與定向井的井壁下側(cè)所接觸到，此時(shí)彎曲位置的井率和井眼的曲率是相同的，相關(guān)工作人員再通過實(shí)際情況來制作三維坐標(biāo)體系能夠更好的了解到定向井和水平井兩者的井眼實(shí)際軌跡和鉆柱的變形情況。在定向井的井壁和井中的鉆柱進(jìn)行充分接觸時(shí)，通過查閱相關(guān)力學(xué)資料發(fā)現(xiàn)在理論上接觸可以認(rèn)為是彈性的。相關(guān)工作人員可以通過回憶赫茲問題來類比計(jì)算出定向井井壁接觸面的正反力，將最終的結(jié)果再與摩擦系數(shù)的數(shù)值進(jìn)行相乘，計(jì)算出摩擦反力。

1.3 研究有關(guān)鉆柱的強(qiáng)度

定向井自身的井壁上存在著空間上的摩擦力作用，這些摩擦阻力會對定向井自身的井桿產(chǎn)生表面上的作用，如果摩擦阻力表面的作用力移動到了井桿的中心軸線處，就會使得盛放油氣井的井壁在面對鉆井過程時(shí)產(chǎn)生摩擦的扭矩效果。要想獲得的耦合的鉆井微積分方程，可以根據(jù)有關(guān)鉆井的復(fù)變函數(shù)方程式和一次一次迭代的方法所結(jié)合，再將鉆井時(shí)摩擦的節(jié)點(diǎn)發(fā)生的實(shí)際位移同每個(gè)特定定向井的特定條件來得出最終定向井鉆井時(shí)的控制方程表達(dá)方程式。

通過將實(shí)際測量的有關(guān)定向井的相關(guān)數(shù)據(jù)代入表達(dá)式中，就可以求得鉆柱在不同層面上截面的內(nèi)部力，還能夠通過控制方程求出在微元段的不同相關(guān)截面上的內(nèi)力，以此為前提可以求出不同內(nèi)力的分量，這樣能夠更好的校準(zhǔn)鉆柱的有關(guān)強(qiáng)度。

二、鉆柱強(qiáng)度的分析

2.1 總結(jié)出正應(yīng)力的分布

在定向井和水平井鉆井的施工過程中，井管內(nèi)的外部液體的壓力差會給鉆柱一個(gè)作用力，并且軸向?qū)用娴睦?、扭轉(zhuǎn)和彎曲等各個(gè)方面都會給鉆柱影響，在各個(gè)方面的荷載作用和鉆桿內(nèi)部處于三向應(yīng)力的受理部位的聯(lián)合作用力下，軸向方向上的正應(yīng)力應(yīng)當(dāng)實(shí)在橫截面上均勻分布的。

2.2 獲得Lame公式

通過各個(gè)截面的橫截面積以及截面所受到合彎矩導(dǎo)致彎曲的正應(yīng)力數(shù)值，相關(guān)工作人員總結(jié)出在合彎矩相關(guān)層次上橫截面所呈現(xiàn)出的線性分布形式，還應(yīng)當(dāng)在了解到中心軸的數(shù)值沒有的情況下，線性分布形式中的坐標(biāo)軸上所呈現(xiàn)出的曲線意義為外邊緣的數(shù)值最大，了解以上相關(guān)信息后就能夠總結(jié)出Lame公式并進(jìn)行下一項(xiàng)的計(jì)算模式。

2.3 得到最大等效應(yīng)力

通過總結(jié)出有關(guān)鉆井時(shí)循環(huán)方向上正應(yīng)力的計(jì)算公式，即Lame公式，可以計(jì)算出鉆柱時(shí)所受到的內(nèi)、外液體所引發(fā)的壓力造成的循環(huán)方向上的正應(yīng)力，再通過鉆柱允許使用應(yīng)力與等效應(yīng)力之間的比較來明確好鉆井時(shí)作用力的強(qiáng)度。定向井和水平井的井壁截面中要沿著井壁較厚的方向進(jìn)行研究，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在不同作用點(diǎn)的井壁厚的方向上，等效應(yīng)力也是不同的。相關(guān)工作人員可以通過程序?qū)@柱平均分為十份，分別計(jì)算出各個(gè)作用點(diǎn)的等效應(yīng)力，選出最大值作為該截面的最大等效應(yīng)力。

三、水平井的摩阻和鉆研分析

3.1分析鉆具失效的風(fēng)險(xiǎn)

水平井底部的鉆具組合有其特殊的組成構(gòu)成模式，還有其特殊的造斜能力，這些都是水平多分支井鉆柱設(shè)計(jì)優(yōu)化的關(guān)鍵之處。在相關(guān)工作人員能夠有效的控制好水平井的井眼軌跡的情況下，最大力度的去降低水平井的摩擦阻力和扭矩，只有降低了這些才能夠使得水平井下的鉆柱保持一個(gè)持續(xù)“輸出”的狀態(tài)，不會因?yàn)殂@柱的疲勞而變得不能夠使用。并且隨著鉆壓施工過程中的具體實(shí)施方案的產(chǎn)生，工作人員會發(fā)現(xiàn)水平段會持續(xù)的延長，同時(shí)還會受到當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)的導(dǎo)向影響，就會導(dǎo)致水平井的井眼全角的變化程度變大，最終就會導(dǎo)致在人為鉆研時(shí)摩阻和扭矩呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，提高了鉆具不受控制、失效的風(fēng)險(xiǎn)程度。

3.2 計(jì)算出水平井的摩阻數(shù)值

在側(cè)鉆類別的水平井的分支體系中，彎曲率較高的水平井井段就會影響到水平井井壁與鉆柱之間的正接觸壓力以及接觸時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力大大提升。相關(guān)工作人員為了能夠降低水平井在側(cè)鉆時(shí)出現(xiàn)的摩擦阻力對鉆井的影響，也是為了減少巖屑床的產(chǎn)生，保障好鉆進(jìn)工作的安全進(jìn)行，可以通過分析和研究水平井眼鉆井，并且計(jì)算出相關(guān)的摩擦阻力數(shù)值，最終得出鉆井時(shí)摩擦阻力的微分方程。通過實(shí)際的勘測和測量數(shù)據(jù)代入到微分方程中，最終計(jì)算出水平井和它分支井在起鉆和下鉆過程中的鉆柱總體摩阻數(shù)值。

結(jié)束語：

隨著鉆井新技術(shù)和我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，水平井和分支井等鉆井技術(shù)都已經(jīng)得到了我國社會的高度重視，如今我國科技人員應(yīng)當(dāng)研究好鉆柱的力學(xué)來進(jìn)行對鉆井力學(xué)的合理分析。

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