钻井系统动力学仿真研究及应用
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作者： 刘清友 等著
出 版 社： 科学出版社
出版时间： 2009-1-1字数： 255000版次： 1页数： 202印刷时间： 2009/01/01开本： 16开印次： 1纸张： 胶版纸I S B N ： 9787030236340包装： 平装内容简介
本书构建了包括钻井系统动力学建模、钻头及钻柱动静态特性分析、钻柱与井壁接触问题、井眼轨迹预测与控制问题等内容的钻井系统动力学行为理论体系；分别建立了基于钻柱、BHA、钻头、井底岩石、井壁等相互作用下的钻井系统动力学模型、钻头在钻井过程中的位移模型和井眼轨迹预测模型等，并根据所建多重数学模型，开展了确定性与随机性、连续变量与离散变量耦合作用的大型非线性系统的数值求解方法研究；结合工程的应用阐述了与钻井系统密切相关的优化设计理论和防斜控制技术，以及自行研发的仿真分析软件。
本书可作为石油高等院校研究生教材，也可作为石油工程、机械设计、应用力学和计算机科学等专业领域的工程技术人员的参考资料。
作者简介
刘清友．男，l965年10月出生于重庆开县。1 986年毕业于西南石油大学矿机专业，随后留校任教。1 991年获得重庆大学机械工程硕士学位，1 997年获得西南石油大学博士学位，1 999年完成了在重庆大学机械传动国家重点实验室的博士后研究工作。现担任西南石油大学研究生部主任，为西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室固定研究人员、学术骨干，教授．博士生导师。 先后主持了国家863、国家支持计划、国家自然科学基金、教育部、三大石油公司和四川省等各类基金项目26项．其他各类研究项目30余项；已获得省部级科技进步一等奖2项、二等奖2项，三等奖3项：获得国家专利22项；开发了具有自主知识产权的专用仿真软件6套：发表论文l 40余篇，其中被三大检索机构收录53篇：参加国际学术会议8次，大会特邀报告3次：撰写专著3部，先后获得“新世纪百千万人才工程”国家级人选、 “国务院政府津贴专家” 、“四川省学术和技术带头人”、 ”四川省科技创新优秀人才奖”、“四川省有突出贡献的优秀专家”、“孙越崎科技教育基金第十一届能源科学技术奖青年科技奖”、四川省第六届“高校十佳青年教师”、“四川省青年科技奖”等荣誉称号。
目录
序
前言
第一章 绪论
§1.1 钻井系统概述
§1.2 钻井系统动力学概述
参考文献
第二章 钻柱几何非线性动力学研究
§2.1 直井段钻柱几何非线性动力学分析
2.1.1 基本假设
2.1.2 钻柱系统动力学的直线梁格式
2.1.3 直线梁位移函数
2.1.4 直线梁钻柱单元刚度矩阵
2.I.5 直线梁钻柱单元质量矩阵
2.1.6 直线梁钻柱单元阻尼矩阵
2.1.7 直线梁钻柱单元组集整体矩阵
2.1.8 直线梁钻柱的三维坐标转换
§2.2 曲井段钻柱几何非线性动力学分析
2.2.1 曲线梁位移函数
2.2.2 钻柱系统动力学的曲线梁格式
2.2.3 曲线梁钻柱单元刚度矩阵
2.2.4 曲线梁钻柱单元质量矩阵和阻尼矩阵
参考文献
第三章 钻柱参考构形及初始问题研究
§3.1 基于数学描述的钻柱参考构形分析
3.1.1 钻柱参考构形问题描述
3.I.2 钻柱参考构形轴线位置坐标插值函数
3.1.3 钻柱参考构形轴线位置坐标的导函数
3.1.4 钻柱参考构形轴线的曲率和挠率
§3.2 基于数学描述的钻柱初始问题分析
3.2.1 初位移的计算
3.2.2 单兀畸变的计算
3.2.3 单元内初始内力的等效节点力
参考文献
第四章 井眼内钻柱与井壁接触非线性动力学研究
§4.1 钻柱接触碰撞非线性动力学分析
4.1.1 接触碰撞非线性问题
4.1.2 钻柱与井壁接触碰撞定解条件
4.1.3 接触非线性动力学有限元格式
§4.2 基于元胞自动机的钻柱非线性动力学研究
4.2.I 元胞自动机基本理论
4.2.2 基于元胞自动机的钻柱非线性动力学求解方法
4.2.3 元胞自动机计算实例
参考文献
第五章 基于钻柱动力学气体钻井防斜技术研究
§5.1 气体钻井井斜机理分析
§5.2 气体钻井防斜技术
§5.3 气体钻井下部钻具组合有限元分析
5.3.1 气体钻井中钻柱动力学的有限元分析
5.3.2 气体钻井中下部钻具组合动力学分析
§5.4 气体钻井钻柱动力学特性仿真结果分析
参考文献
第六章 小井眼侧钻水平井钻柱动力学分析
§6.1 钻柱摩阻模型建立
6.1.I 基本假设与坐标系的建立
6.1.2 建立模型
6.1.3 旋转钻进状态时的摩阻模型
6.1.4 复合运动摩阻系数的确定
6.1.5 黏滞力数学模型
§6.2 小井眼侧钻水平井钻柱动力学分析
6.2.1 钻柱系统动力学模型的建立
6.2.2 钻柱的外载荷
6.2.3 结构动力学非线性方程
6.2.4 钻柱与井壁接触的动力学模型
§6.3 动力学模型的边界条件
……
第七章 基于多自由度牙轮钻头动力学的井眼轨迹研究
第八章 基于小波分析的井眼轨迹预测模型
第九章 钻井系统动力学及井眼轨迹模拟研究
附录1 曲线梁形函数中非零元素表达式
附录2 常用小波函数的主要性质
附录3 仿真数据
书摘插图
第一章 绪论
§1.1 钻井系统概述
钻井系统动力学是研究在不同钻井条件下，包括钻机、钻柱、钻头、岩石及钻井液等组成的系统的力学行为。为此，必须对影响钻井系统动力学的主要因素、工艺技术和生产作业环境等有所了解。
在油气勘探开发中，钻井起着十分重要的作用，如寻找和证实含油气构造、获得工业油流、探明已证实的含油（气）构造的含油（气）面积和储量，以及取得有关油田的地质资料和开发数据等。钻井是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节，是勘探和开发石油的重要手段。在不同的工程阶段，钻井的目的和任务也不一样，一些是为了探明储油构造，另一些则是为了开发油田、开采原油。为了适应不同阶段、不同任务的需要，钻井的种类可分为基准井、剖面井、参数井、构造井、探井、资料井、生产井、注水（气）井、检查井、观察井、调整井等不同类型。在整个油气田的开发中，有勘探、建设、生产三个阶段，各阶段彼此相互联系，都需要进行大量
钻井作业。
到目前为止，旋转钻井方法仍是石油钻井的主要方法。随着现代科学技术的发展，旋转钻井工艺技术也得到迅速发展，其特点是：从经验钻井发展到科学化钻井；从浅井、中深井发展到深井、超深井；从钻直井（垂直井）、定向井发展到大斜度定向井、丛式井、水平井、大位移井等；从陆地钻井发展到近海和深海钻井。
在石油钻井中，尽管钻井目的不同，井的深浅各异，但是不论是在陆地还是在海上，一口井的建井过程从确定井位到最后试油、投产要完成许多作业，按其顺序均可分为三个阶段，即钻前准备、钻进和固完井，而每个阶段又包括许多具体工艺作业。
……
