[发明专利]一种评价钻柱动态安全性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田钻探技术领域，具体涉及一种评价钻柱动态安全性的方法。

背景技术

目前，对于石油钻柱的动力学特性研究，专家学者较多地专注于钻柱横向位移、速度、加速度的计算分析，对钻柱的动态安全性研究考虑较少，使得钻井技术人员还不得不依赖静态安全系数方法来评价实际钻柱的安全性。但实际状态下的钻柱，其振动可能十分剧烈，与井壁碰撞瞬间会受到很大的作用力，这些因素都会导致钻柱内的动态应力急剧改变。因此分析实际工作状态下的钻柱安全性，不能只依赖于静态安全系数方法，必须考虑钻柱的动态应力大小和波动程度。钻柱的动态应力如果大于极限应力，钻柱就会发生过早失效事故。由此可见控制和保持钻柱的动态应力处于较低的水平是保障钻柱安全的根本。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种评价钻柱动态安全性的方法，该方法考虑了动态因素，更加符合实际钻井情况，以便于及时调整钻柱的各项参数。

该发明通过以下技术方案实现：

一种钻柱动态安全性评价方法，包括如下步骤：

（1）计算钻柱与井壁动态碰撞产生的瞬态动态径向应力σ_c，其表达式为：式中，F_c为钻柱所受合力，A_c为碰撞接触面积；

（2）计算钻柱轴线方向的正应力σ_x和钻柱横截面上的剪切应力τ，σ_x通过轴向载荷和弯矩计算得到，式中，F_x为钻柱在A截面上所受轴向力，M_y、M_z为Y、Z方向的弯矩；I_y、I_z为Y、Z方向的抗弯截面模量；其中，X方向为钻柱轴向方向，X、Y、Z方向中任意两方向互相垂直，X方向和Y方向组成了一个铅垂平面，Y方向指向向上；A为钻柱横截面积；τ由扭矩除以抗扭截面模量得到；

（3）计算钻柱的主应力，其表达式为：

σ1=12σx+12σx2+4τ2σ2=12σx-12σx2+4τ2σ3=σc]]>

（4）通过动态安全系数计算模型：计算动态安全系数，式中：n_d为动态安全系数；σ_s为钻柱材料的屈服极限；σ_d为动态应力；钻柱的动态应力采用如下计算公式计算：