石油钻井中的力学问题

作者: 时间:2020-10-11 点击数:

石油和天然气是一种流体燃料,如同煤炭固体燃料一样,也是现代工业的主要能源。油、气层通常埋藏在地下深达数千米的部位,必须采用钻井开采。钻出的井眼是贯穿油、气层和地面的唯一通道,井眼形式的设计和井眼轨迹的控制就成为钻井工程的关键问题。

石油和天然气是一种流体燃料,如同煤炭固体燃料一样,也是现代工业的主要能源。油、气层通常埋藏在地下深达数千米的部位,必须采用钻井开采。钻出的井眼是贯穿油、气层和地面的唯一通道,井眼形式的设计和井眼轨迹的控制就成为钻井工程的关键问题。

井眼开挖是通过钻具带动钻头的旋转或滑移向深部推进的。钻具的大部分是由钻柱(钢钻管、截面为厚壁圆环)构成的,它是地面设备与井下钻头的唯一连接体。钻具的功能是:一方面由其内孔输入钻井液,经钻头由环空(钻柱与井壁的间隙)输出,完成钻井液的传输工作;另一方面,钻具作为载体将荷载传递到钻头,提供钻头破岩时所需的钻压和扭矩。当钻具运转时,钻柱一边绕自身的轴线自转,一边绕井眼的中心公转,其侧面与井壁产生碰撞接触。由此可知,钻柱的变形运动和受力状态非常复杂。

为了安全可靠地钻出高质量的井眼,钻井工程务必要解决下列与力学分析有关的关键技术问题:

(1)根据钻头和下部钻具的受力变形状态,确定钻井的工艺参数(如钻压、转速等)。

(2)为了确保钻头具有足够钻压和扭矩进行破岩钻井,必须分析、确定整体钻柱摩擦阻力的分布规律,优化钻柱的结构和井眼的形态。

(3)为了确保钻柱的安全可靠性,必须弄清钻柱的动应力分布规律,进而预测钻柱的疲劳强度。

参考文献:石油钻井力学的描述,阿果石油英才网小李

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