基于Walker模型的空气钻井钻柱疲劳寿命算法

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1、2010年第39卷石油矿场机械第4期第57页0ILFIELDEQUIPMENToo文章编号：100l_3482(2010)04—0057-04基于Walker模型的空气钻井钻柱疲劳寿命算法罗增，林元华，明传中，卢强，谢居良，刘贵喜。(1．西南石油大学石油管工程重点实验室，成都610500；2．塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000；3．川庆钻探工程有限公司，西安710018)摘要：空气钻井工况中的钻柱受力非常复杂，钻柱在井下既自转又反转，且在空气锤的作用下不断地上下纵向振动，该振动对钻柱的破坏最严重，在复合载荷作用下常造成钻柱疲劳损伤。修正了钻柱轴向应力和疲劳裂纹计算公式，并运用第四强度

2、理论计算出裂纹处的平均应力；提出新的基于Walker模型的钻柱疲劳寿命算法，并结合Walker模型的计算结果，解释了塔里木油田空气钻井钻具大量刺穿失效的原因。关键词：旋转钻井；疲劳；振动分析；wa1ker模型中图分类号：TE921．202文献标识码：AResearchOilPredictingDWADriveDrillstringFatigueLifebyWalkerModelLUOZeng，LINYuan—hua，MINGChuan—zhong。，LUQiang。，XIEJu—liang，LIUGui—xi。(1．KeyLaboratoryforTubularGoods，Southwes

3、tPetroleumUniversity，Chengdu610500，China；2．TarimOilfieldCompany，Korla841000，China；3．Sichuan-ChangqingDrillingEngineeringCo．，Ltd．，Xi’an710018，China)Abstract：ThecombineforceofthedrillstringisverycomplexduringDWA．PneumaticpowerhammerdrivethedrillstringaxialvibrationwhichiSthemostseriousfactor，because

4、itoftencausethefatiguefailuretothedrillstring．Theaxialstressandsizeofthefailurecrackleformulawasamendedinthispaper，andthentheaveragestressoftheriskspotsiscalculatedbyusingNo．4strengththeoryandgaveanewfatiguelifemodelofthedrillstring：Walkermode1．ThispaperexplainedthedrillstringfailurereasoninTarimO

5、ilfieldbytheresultscalculated．Keywords：rotarydrilling；fatigue；vibrationanalysis；Walkermodel钻柱由方钻杆、钻杆、钻铤、接头等组成，其工作必要准确地预测钻柱的疲劳寿命，更好地预防和减环境极其恶劣，钻具失效时有发生，造成的损失相当少井下钻柱断裂事故，节约油气田开发成本。严重。空气钻井的高效、高质量钻井效果得到石油目前，国内外学者在这方面做了较多的研究工行业的广泛认同，但空气钻井通常会带来复杂的井作。艾池等细化了钻柱表面裂纹形态，将钻柱的裂下事故口]。根据塔里木油田统计数据，空气钻井的纹分为工型和Ⅲ型复合裂

6、纹，利用断裂力学方法和钻柱失效远大于泥浆钻井，进一步的研究还表明，空复合型裂纹理论对下部钻柱疲劳寿命进行估算_3]；气钻井约有1／2的钻柱失效为疲劳失效]。因此有林元华教授考虑弯曲钻柱的交变应力，建立了Prais收稿日期：2009—10—26基金项目：国家“新世纪优秀人才支持计划”资助项目(NCET一08—0907)；四川省杰出青年学科带头人培养基金(O6ZQO26—028)；中国石油天然气集团公司应用基础研究项目(2008A-3005)作者简介：罗增(1984一)，男，四川广元人，硕士研究生，2007年毕业于西南石油大学石油工程专业，主要从事石油管、石油钻井工艺方面的研究，E—mail：

7、swpilz@163．corn。石油矿场机械2010年4月模型预测疲劳寿命；A．Baryshnikov等人认为引式中，为钻头因波状井底引起的动载钻压，N；F起钻柱疲劳失效的原因包括制造和钻井工艺2个因为静载钻压，N；A为钻头因波状井底引起的动载素，并提出了计算钻杆和钻具接头疲劳寿命的方钻压振幅值，N；E为杨氏模量，MPa；A为钻柱横截法；M．M．Hossain等人则认为起下钻容易在钻杆面积，m。；S为波状井底高差，In；