空气钻井钻柱疲劳寿命预测研究

空气钻井采用具有极大压缩性的空气作为循环介质,可大幅提高机械钻速、有效发现及保护油气层、高效治理恶性井漏,因而获得快速发展。然而空气钻井经常发生钻具失效断裂事故,增加了钻井周期和成本,给后续钻井作业带来了困难。针对这一问题对钻柱进行了三向应力分析,改进了钻柱疲劳寿命计算模型。该模型反映了运动状态对寿命的影响,可用于无裂纹和有裂纹钻柱的疲劳寿命预测,计算结果和现场实际情况基本相符,对空气钻井的现场运用具有一定的指导意义。

基于初始缺陷的钻柱疲劳寿命预测方法

钻柱初始缺陷是影响钻柱疲劳寿命的关键因素之一。传统的钻柱疲劳预测模型往往忽略初始缺陷的影响,导致预测的结果偏大,影响钻柱的安全性。针对钻柱的初始缺陷,在传统无缺陷钻柱的受力研究基础上,用应力集中系数修正钻柱受到的拉伸应力和弯曲应力,同时根据钻柱裂纹拓展规律建立钻柱的疲劳寿命预测模型,最后利用有限元分析工具分别模拟具有不同深度、半长和位置的初始缺陷的钻杆和无缺陷钻杆的平均应力及最小疲劳寿命,并进行对比。研究结果显示,初始缺陷深度和半长对钻杆的最小疲劳寿命有着重要的影响,初始缺陷离接箍越近,对钻柱的疲劳寿命的影响越大。研究结果为准确预测钻井过程中钻柱疲劳寿命,从而保证安全、高效钻进,具有一定的指导意义。