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隨鉆擴眼技術在鉆井作業(yè)中通常認為是一種非常規(guī)的鉆井技術，隨著石油工業(yè)的不斷快速發(fā)展，油氣勘探面臨越來越復雜的地質(zhì)問題，鉆井難度越來越大，特別是在深井和超深井作業(yè)中，小眼井鉆井由于其環(huán)空間隙小，給鉆井、固井作業(yè)帶來一系列問題，如環(huán)空壓耗較大、井底水力作用能量較低、固井質(zhì)量不能保證等，常會遇到復雜地層縮徑卡鉆等復雜情況，需要對 鉆具進行詳細的強度分析。
隨鉆擴眼技術正被石油工業(yè)所接受并加以運用，隨鉆擴眼技術是小井眼鉆井的重要技術之一。鉆井作業(yè)的復雜性、高壓油氣井的鉆井作業(yè)等都使安全高效的擴眼作業(yè)的技術需求不斷增長，擴大井眼直徑使其超過鉆頭尺寸可以解決復雜問題，例如鹽層蠕變縮徑、鉆屑沉積、井壁形成虛濾餅，而且在深井鉆井中要求下多層套管，為了擴大井眼尺寸，降低鉆井成本，這就增加了對更可靠的井下擴眼器的應用需求。
RWD隨鉆擴眼工具由領眼鉆頭、領眼扶正墊、導眼翼、擴孔刀翼等組成，其分段式設計為領眼鉆頭和井下鉆具組合選擇提供較大的靈活性，并滿足大部分特定井身軌跡嚴格控制的要求，具有鉆具工具結構較為簡單，無活動部件，擴眼尺寸穩(wěn)定規(guī)則的特點。RWD隨鉆擴眼是解決復雜深井阻卡、非常規(guī)井身結構應用和提高固井質(zhì)量的有效手段。目前這項技術掌握在國外技術服務公司手中，只做技術服務，工具研制和鉆具組合設計原理沒有公開報道過。近年來國內(nèi)開始了這種類工具的研制與現(xiàn)場試驗。這對加快國內(nèi)隨鉆擴眼技術的發(fā)展與應用，進行隨鉆擴眼鉆井組合設計及其受力分析研究，適應復雜深井超深井鉆井的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。
RWD隨鉆擴眼工具下部鉆具組合示意圖。用有限元分析柔性防斜下部鉆柱組合的強度，假設：(1)井壁剛性，井眼是圓形的；(2)鉆柱組合為一彈性梁，在每個單元內(nèi)，鉆柱的幾何特性和材料特性保持不變；(3)柔性接頭只傳遞扭矩不傳遞彎矩；(4)穩(wěn)定器與井壁間為點接觸，且只限制接觸點處的徑向位移。取下部鉆柱作為研究對象，從鉆頭處起向上分成多個梁單元，即把結構離散化。劃分單元時，應保證每個單元的幾何特性和材料特性在同一個單元內(nèi)保持不變。如圖Z取節(jié)點為i和7的梁單元，利用坐標系，使x軸與梁軸重合，Y軸和X軸為梁截面的主慣軸方向。由于載荷都在同一平面內(nèi)，故而梁單元處于軸向壓縮和平面彎曲狀態(tài)。在節(jié)點上所受的節(jié)點力為軸力、剪力和彎矩，它們分別是Ni，Qi，M，和QJ和M與之相對應的位移。
等效節(jié)點力等效節(jié)點力是指原分布載荷按照虛功相等的原則移置到單元節(jié)點上的力。對于長度為Z的鉆具單元，其等效節(jié)點力以上給出的單元剛度矩陣是在所謂的局部坐標系中得到的，它的坐標方向是由單元的方向確定的，可以對相同方向的單元得出具有統(tǒng)一形式的單元剛度矩陣。計算時先將單元上的節(jié)點力或位移轉移到整體坐標系，單元剛度矩陣也作坐標變換，才能按迭加規(guī)則直接相加組成整體剛度矩陣。這種坐標變換是通過轉換矩陣來實現(xiàn)的。通過轉換矩陣可以得到整體坐標系中的節(jié)點力、節(jié)點位移和單元剛度矩陣。按疊加規(guī)則得到整體剛度矩陣，最后得到整個結構的平衡方程，整個結構的節(jié)點位移列陣；{R}一節(jié)點載荷列陣；{K}一整體剛度矩陣。由平衡方程式，在給定節(jié)點載荷和邊界約束條件下，求得節(jié)點位移，最后由應力矩陣式和求出來的節(jié)點位移計算單元的應力，得出所需的結果。在進行下部鉆具組合應力計算時，選用第四強度理論，它經(jīng)常也稱為“VonMises”準則。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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