气体钻井钻柱动态应力特征

doi:10.7623/syxb201401020

石油学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (1): 159-165.DOI: 10.7623/syxb201401020

气体钻井钻柱动态应力特征

王明杰¹, 狄勤丰¹, 王文昌², 陈锋¹, 沈子俊²

1. 上海大学上海市应用数学和力学研究所上海 200072;
2. 上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海 200072

收稿日期:2013-07-28 修回日期:2013-11-18 出版日期:2014-01-25 发布日期:2013-12-09
通讯作者: 狄勤丰，男，1963年8月生，1984年毕业于华东石油学院，1997年获西南石油大学博士学位，现为上海大学教授、博士生导师，主要从事石油工程力学方面的研究。Email：qinfengd@sina.com
作者简介:王明杰，男，1988年2月生，2012年获上海大学学士学位，现为上海大学博士研究生，主要从事石油工程力学方面的研究工作。Email：mingjie19880208@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目（No.51174130，No.50674065）、上海市重点学科建设项目（S30106）、上海市部分地方院校能力建设项目（12160500200）、上海领军人才基金项目和上海市优秀学术带头人项目（12XD1402500）资助。

Dynamic stress analysis of drill string in gas drilling

Wang Mingjie¹, Di Qinfeng¹, Wang Wenchang², Chen Feng¹, Shen Zijun²

1. Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics, Shanghai University, Shanghai 200072, China;
2. Shanghai Key Laboratory of Mechanics in Energy Engineering, Shanghai 200072, China

Received:2013-07-28 Revised:2013-11-18 Online:2014-01-25 Published:2013-12-09

摘要/Abstract

摘要： 气体钻井的循环介质为气体，黏滞效应远小于泥浆，因此气体钻井钻柱的失效情况比较严重。针对具有超细长比特征的全井钻柱，加入钻柱与井壁的碰撞模型，运用有限元节点迭代法，通过对碰撞冲击应力条件下气体钻井与泥浆钻井的动力学特性分析对比，探讨了气体钻井钻具的失效机理。分析表明，气体钻井的涡动频率和涡动速度明显高于泥浆钻井，气体钻井时钻柱与井壁的碰撞更为频繁且冲击应力比泥浆钻井更大，成为导致其钻柱失效的主要因素之一。

关键词: 气体钻井, 碰撞应力, 动态应力, 钻柱失效, 涡动

Abstract: In gas drilling, serious drill string failure commonly occurs because the gaseous circulating medium has significantly lower viscous effect than mud. In view that drill string in whole well is characterized by great slenderness ratio, introduces a collision model introduced for drill string and hole wall and employs the finite element iteration method for comparative analysis of the dynamic characteristics between gas and mud drilling under collisional stress. The mechanism of drill string failure in gas drilling is then discussed. Results show that the whirling frequency and velocity of drill string are higher in gas drilling than in mud drilling; the collision between drill string and hole wall is more frequent while the impact stress is greater in gas drilling than in mud drilling. High whirling frequency and velocity of drill string combined with frequent collision and great impact stress are the main causes of drill string failure in gas drilling.

Key words: gas drilling, collisional stress, dynamic stress, drill string failure, whirling motion

中图分类号:

TE921

王明杰, 狄勤丰, 王文昌, 陈锋, 沈子俊. 气体钻井钻柱动态应力特征[J]. 石油学报, 2014, 35(1): 159-165.

Wang Mingjie, Di Qinfeng, Wang Wenchang, Chen Feng, Shen Zijun. Dynamic stress analysis of drill string in gas drilling[J]. ACTA PETROLEI SINICA, 2014, 35(1): 159-165.

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Dynamic stress analysis of drill string in gas drilling

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