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隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)在鉆井作業(yè)中通常認(rèn)為是一種非常規(guī)的鉆井技術(shù)，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(fù)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(huì)遇到復(fù)雜地層縮徑卡鉆等復(fù)雜情況，需要對(duì) 鉆具進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度分析。
隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)正被石油工業(yè)所接受并加以運(yùn)用，隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)是小井眼鉆井的重要技術(shù)之一。鉆井作業(yè)的復(fù)雜性、高壓油氣井的鉆井作業(yè)等都使安全高效的擴(kuò)眼作業(yè)的技術(shù)需求不斷增長，擴(kuò)大井眼直徑使其超過鉆頭尺寸可以解決復(fù)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(kuò)大井眼尺寸，降低鉆井成本，這就增加了對(duì)更可靠的井下擴(kuò)眼器的應(yīng)用需求。
RWD隨鉆擴(kuò)眼工具由領(lǐng)眼鉆頭、領(lǐng)眼扶正墊、導(dǎo)眼翼、擴(kuò)孔刀翼等組成，其分段式設(shè)計(jì)為領(lǐng)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(yán)格控制的要求，具有鉆具工具結(jié)構(gòu)較為簡單，無活動(dòng)部件，擴(kuò)眼尺寸穩(wěn)定規(guī)則的特點(diǎn)。RWD隨鉆擴(kuò)眼是解決復(fù)雜深井阻卡、非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)應(yīng)用和提高固井質(zhì)量的有效手段。目前這項(xiàng)技術(shù)掌握在國外技術(shù)服務(wù)公司手中，只做技術(shù)服務(wù)，工具研制和鉆具組合設(shè)計(jì)原理沒有公開報(bào)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(yàn)。這對(duì)加快國內(nèi)隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，進(jìn)行隨鉆擴(kuò)眼鉆井組合設(shè)計(jì)及其受力分析研究，適應(yīng)復(fù)雜深井超深井鉆井的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
RWD隨鉆擴(kuò)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(qiáng)度，假設(shè)：(1)井壁剛性，井眼是圓形的；(2)鉆柱組合為一彈性梁，在每個(gè)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(diǎn)接觸，且只限制接觸點(diǎn)處的徑向位移。取下部鉆柱作為研究對(duì)象，從鉆頭處起向上分成多個(gè)梁單元，即把結(jié)構(gòu)離散化。劃分單元時(shí)，應(yīng)保證每個(gè)單元的幾何特性和材料特性在同一個(gè)單元內(nèi)保持不變。如圖Z取節(jié)點(diǎn)為i和7的梁單元，利用坐標(biāo)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(diǎn)上所受的節(jié)點(diǎn)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(duì)應(yīng)的位移。
等效節(jié)點(diǎn)力等效節(jié)點(diǎn)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(diǎn)上的力。對(duì)于長度為Z的鉆具單元，其等效節(jié)點(diǎn)力以上給出的單元?jiǎng)偠染仃囀窃谒^的局部坐標(biāo)系中得到的，它的坐標(biāo)方向是由單元的方向確定的，可以對(duì)相同方向的單元得出具有統(tǒng)一形式的單元?jiǎng)偠染仃嚒Ｓ?jì)算時(shí)先將單元上的節(jié)點(diǎn)力或位移轉(zhuǎn)移到整體坐標(biāo)系，單元?jiǎng)偠染仃囈沧髯鴺?biāo)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(biāo)變換是通過轉(zhuǎn)換矩陣來實(shí)現(xiàn)的。通過轉(zhuǎn)換矩陣可以得到整體坐標(biāo)系中的節(jié)點(diǎn)力、節(jié)點(diǎn)位移和單元?jiǎng)偠染仃嚒０疮B加規(guī)則得到整體剛度矩陣，最后得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程，整個(gè)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移列陣；{R}一節(jié)點(diǎn)載荷列陣；{K}一整體剛度矩陣。由平衡方程式，在給定節(jié)點(diǎn)載荷和邊界約束條件下，求得節(jié)點(diǎn)位移，最后由應(yīng)力矩陣式和求出來的節(jié)點(diǎn)位移計(jì)算單元的應(yīng)力，得出所需的結(jié)果。在進(jìn)行下部鉆具組合應(yīng)力計(jì)算時(shí)，選用第四強(qiáng)度理論，它經(jīng)常也稱為“VonMises”準(zhǔn)則。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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