小井眼钻具连接螺纹力学性能分析研究

发布时间：2017-03-30 04:13

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【摘要】：在油气藏开发中,小井眼钻井技术广泛的应用于老井重钻中。但在小井眼钻井中,由于受到老井井眼生产套管尺寸限制和机泵能力的限制,钻具必须要具有较高强度,才能提高钻进深度,有必要设计一套专用钻杆,在减小截面尺寸的情况下提高钻杆的强度。由于这种特殊钻杆最薄弱的地方在螺纹接头,因此需要对这种小井眼钻具连接螺纹的力学性能进行分析研究,分析其力学性能是否满足井下实际工况的要求。本文在分析API标准的NC31扣的基础上,提出了一种新的双台肩特殊扣钻杆接头。为了对该钻杆接头力学性能进行分析,首先对其进行了三维精细化网格划分,建立了三维有限元模型。通过既有的全井钻柱动力学仿真分析平台,研究了侧钻作业中全井钻杆的受载情况,为钻杆接头螺纹强度分析提供基础数据。然后对钻杆接头进行三维有限元仿真分析,分析结果与API标准的NC31扣钻杆接头的有限元仿真分析结果进行比较,并对该钻杆接头的力学性能进行评价。在此基础上,分析了88.9mm钻杆特殊扣接头的极限承载能力,包括不同拉力下的极限工作扭矩和不同拉力下的最小紧扣扭矩,用以指导钻杆的实际加载和紧扣工艺,并得到该钻杆的极限钻深。最后对钻杆接头进行结构改进,设计了双级扣接头结构。并对该结构进行了三维有限元仿真分析,分析发现改进后的接头力学性能明显增强,更适用于小井眼钻井。在研究目的上,本文结合老井重钻、剩余油藏开采中,根据增加钻进深度、提高采收率等现实需要,提出了小井眼钻具特殊扣结构；在研究方法上,该研究模型建立在精细化三维有限元网格的基础上,所模拟出来的接头的应力特征更接近实际工况；在实际应用上,该研究对确定小井眼钻具的极限钻深,指导工作扭矩的施加以及指导紧扣工艺,都具有重要的现实意义。
【关键词】：小井眼 钻杆接头 极限承载能力 最小紧扣扭矩 极限钻深
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE921
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 问题的提出及其研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1. 理论研究方面的国内外研究现状9-10
• 1.2.2 实验研究方面的国内外研究现状10
• 1.2.3 数值模拟研究方面的国内外研究现状10-11
• 1.3 研究内容及创新点11-13
• 1.3.1 本文主要研究内容11-12
• 1.3.2 论文的创新点12-13
• 第2章 钻杆连接螺纹的失效形式及有限元理论13-24
• 2.1 钻杆连接螺纹的类型13-14
• 2.1.1 API标准钻杆螺纹接头13
• 2.1.2 特殊钻杆螺纹接头13-14
• 2.2 钻杆接头承受的载荷14-15
• 2.3 钻杆连接螺纹的失效形式15-17
• 2.4 连接螺纹有限元法概述17-23
• 2.4.1 钻杆连接螺纹的微分方程17-19
• 2.4.2 连接螺纹有限元方程的解法19-21
• 2.4.3 连接螺纹有限元法的三个非线性问题处理方法21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 88.9MM钻杆连接螺纹有限元分析24-44
• 3.1 全井钻柱载荷模拟24-27
• 3.1.1 全井钻柱动力学仿真分析平台简介24
• 3.1.2 侧钻井分析基本工况及仿真结果24-27
• 3.2 NC31扣力学性能分析27-33
• 3.2.1 NC31扣有限元模型的建立27-31
• 3.2.2 上扣扭矩作用下NC31扣受力特征分析31-33
• 3.3 88.9MM钻杆特殊扣有限元分析33-42
• 3.3.1 有限元模型的建立34-36
• 3.3.2 上扣扭矩作用下钻杆连接螺纹受力特征分析36-38
• 3.3.3 上扣扭矩、轴向拉力复合作用下钻杆连接螺纹受力特征分析38-41
• 3.3.4 上扣扭矩、轴向拉力、弯矩复合作用下钻杆连接螺纹受力特征分析41-42
• 3.4 88.9MM钻杆特殊扣连接螺纹力学性能评价42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 特殊扣螺纹极限承载能力研究44-58
• 4.1 钻杆接头极限工作扭矩分析44-49
• 4.1.1 钻杆接头极限工作扭矩计算原理44-45
• 4.1.2 不同井深钻杆接头的极限工作扭矩45-49
• 4.2 紧扣工艺指导49-57
• 4.2.1 不同井深下钻杆接头转角与扭矩关系49-55
• 4.2.2 不同井深下钻杆接头最小紧扣扭矩55-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 扣型改进及其有限元分析58-70
• 5.1 双级扣连接螺纹设计及有限元模型的建立58-60
• 5.1.1 双级扣连接螺纹结构设计58-59
• 5.1.2 双级扣连接螺纹三维有限元模型的建立59-60
• 5.2 双级扣连接螺纹的三维有限元分析60-69
• 5.2.1 上扣扭矩作用下双级扣连接螺纹受力特征分析60-64
• 5.2.2 上扣扭矩、轴向拉力复合作用下双级扣连接螺纹受力特征分析64-67
• 5.2.3 拉弯扭复合载荷作用下双级扣连接螺纹受力特征分析67-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 附录76-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果77

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本文编号：276195