一种大尺寸井眼稳定器母扣安全性评价方法技术

本发明专利技术提供一种大尺寸井眼稳定器母扣安全性评价方法，考虑稳定器与钻铤外径差异大引起附加弯曲效应，利用钻柱动力学特性分析确定大尺寸井眼中钻具组合稳定器母扣端动态载荷，通过稳定器母扣端螺纹接头三维弹塑性有限元分析，确定动态载荷条件下稳定器母扣端螺纹接头应力分布特征和变化规律，得到动态弯矩最大值和最小值作用下稳定器母扣大端第2～5牙应力最大值，结合动态弯矩变化频率，确定大尺寸井眼稳定器母扣的失效风险系数R，评价大尺寸井眼中稳定器母扣安全性。当R<5.0时，失效风险小；当5.0≤R≤10.0时，失效风险中等；当R＞10.0时，失效风险大。本发明专利技术可确定大尺寸井眼复杂载荷条件下稳定器母扣端螺纹接头薄弱位置，并有效评价大尺寸井眼稳定器母扣安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸井眼稳定器母扣安全性评价方法
本专利技术涉及油田钻井
，特别是一种大尺寸井眼稳定器母扣安全性评价方法。
技术介绍
油气资源需求量的增加和浅层油气资源的减少使得深水和深层油气资源的开发力度不断提高，深井、超深井占比越来越大。近年来出现一批井深超8000.0m的超深井，如顺北鹰1井(8588.0m)、顺北5-5H井(8520.0m)、顺北蓬1井(8450.0m)等，为我国深部油气资源的钻探做出了重要贡献。由于井超深超过8000.0m，且地质结构和岩性复杂，必须采用多层井身结构，其中上部大尺寸444.5mm井眼是主力井段，长达5000.0m左右。为了提速、控斜并降低井壁掉块诱导的卡钻风险，现场施工中常采用带直螺杆的单稳定器钟摆BHA。但在使用过程中稳定器母扣的断裂失效时有发生，某油田所钻的7口井中有3口井稳定器母扣大端发生断裂，造成很大的经济损失。目前针对大尺寸井眼稳定器母扣安全性评价方法并未见报道。本专利技术提供一种大尺寸井眼稳定器母扣安全性评价方法，基于BHA动力学特性宏观分析和螺纹接头丝扣局部应力分析，深入探讨复杂载荷条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸井眼稳定器母扣安全性评价方法，其特征在于，操作步骤如下：/n1)通过工程设计或测量，确定大尺寸井眼实际井筒尺寸、钻具组合结构参数、钻井液密度、钻压、转速，考虑稳定器与钻铤外径差异大引起的附加弯曲效应，利用节点迭代法和Newmark法对钻柱动力学有限元模型进行求解，从而确定稳定器母扣端的动态载荷，包括动态轴向力最大值F

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸井眼稳定器母扣安全性评价方法，其特征在于，操作步骤如下：
1)通过工程设计或测量，确定大尺寸井眼实际井筒尺寸、钻具组合结构参数、钻井液密度、钻压、转速，考虑稳定器与钻铤外径差异大引起的附加弯曲效应，利用节点迭代法和Newmark法对钻柱动力学有限元模型进行求解，从而确定稳定器母扣端的动态载荷，包括动态轴向力最大值Fmax和动态扭矩最大值Tnmax，以及动态弯矩的最大值Tbmax、最小值Tbmin及变化频率fb；
稳定器与钻铤外径差异大引起的附加弯曲效应TM由下式得到：



式中，δ＝DS-DC，Δ＝2(cosh(η)-1)-ηsinh(η)；R为井眼曲率半径，m；EI为弯曲刚度，Nm2；L为段长，m；DS为稳定器外径，m；DS0为稳定器本体外径，m；FT为轴向力，N；
2)测量稳定器母扣端螺纹接头的几何参数，包括接头外径、内径、螺纹牙参数，以及母扣镗孔、公扣鼻端、台肩参数；
3)利用材料性能测试装备测试接头材料的名义应力-名义应变关系曲线，测定材料屈服极限σ0和材料失效时的塑性应变；
4)基于稳定器母扣端螺纹接头几何参数特征，建立其三维几何模型，利用分块网格划分方法对稳定器母扣端螺纹接头进行数学离散，建立包含螺纹牙螺旋升角特征的三维弹塑性有限元模型；
5)建立稳定器母扣端螺纹接头公扣、母扣啮合面之间的接触关系，包括法向接触关系和切向接触关系；定义材料属性、边界条件、载荷工况，所述载荷工况依据行业标准和钻柱动力学有限元分析确定，包括上扣扭矩Tni、动态轴向力最大值Fmax和动态扭矩最大值Tnmax，以及动态弯矩的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文昌，狄勤丰，刘彪，陈锋，冯大君，周星，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31