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作者簡介
目次
商品簡介
本書構建了包括鉆井系統動力學建模、鉆頭及鉆柱動靜態特性分析、鉆柱與井壁接觸問題、井眼軌跡預測與控制問題等內容的鉆井系統動力學行為理論體系；分別建立了基于鉆柱、BHA、鉆頭、井底巖石、井壁等相互作用下的鉆井系統動力學模型、鉆頭在鉆井過程中的位移模型和井眼軌跡預測模型等，并根據所建多重數學模型，開展了確定性與隨機性、連續變量與離散變量耦合作用的大型非線性系統的數值求解方法研究；結合工程的應用闡述了與鉆井系統密切相關的優化設計理論和防斜控制技術，以及自行研發的仿真分析軟件。
本書可作為石油高等院校研究生教材，也可作為石油工程、機械設計、應用力學和計算機科學等專業領域的工程技術人員的參考資料。
本書可作為石油高等院校研究生教材，也可作為石油工程、機械設計、應用力學和計算機科學等專業領域的工程技術人員的參考資料。
作者簡介
劉清友．男，l965年10月出生於重慶開縣。1 986年畢業于西南石油大學礦機專業，隨后留校任教。1 991年獲得重慶大學機械工程碩士學位，1 997年獲得西南石油大學博士學位，1 999年完成了在重慶大學機械傳動國家重點實驗室的博士后研究工作。現擔任西南石油大學研究生部主任，為西南石油大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室固定研究人員、學術骨干，教授．博士生導師。 先后主持了國家863、國家支持計劃、國家自然科學基金、教育部、三大石油公司和四川省等各類基金項目26項．其他各類研究項目30余項；已獲得省部級科技進步一等獎2項、二等獎2項，三等獎3項：獲得國家專利22項；開發了具有自主知識產權的專用仿真軟件6套：發表論文l 40余篇，其中被三大檢索機構收錄53篇：參加國際學術會議8次，大會特邀報告3次：撰寫專著3部，先后獲得“新世紀百千萬人才工程”國家級人選、 “國務院政府津貼專家” 、“四川省學術和技術帶頭人”、 ”四川省科技創新優秀人才獎”、“四川省有突出貢獻的優秀專家”、“孫越崎科技教育基金第十一屆能源科學技術獎青年科技獎”、四川省第六屆“高校十佳青年教師”、“四川省青年科技獎”等榮譽稱號。
目次
序
前言
第一章 緒論
§1.1 鉆井系統概述
§1.2 鉆井系統動力學概述
參考文獻
第二章 鉆柱幾何非線性動力學研究
§2.1 直井段鉆柱幾何非線性動力學分析
2.1.1 基本假設
2.1.2 鉆柱系統動力學的直線梁格式
2.1.3 直線梁位移函數
2.1.4 直線梁鉆柱單元剛度矩陣
2.1.5 直線梁鉆柱單元質量矩陣
2.1.6 直線梁鉆柱單元阻尼矩陣
2.1.7 直線梁鉆柱單元組集整體矩陣
2.1.8 直線梁鉆柱的三維坐標轉換
§2.2 曲井段鉆柱幾何非線性動力學分析
2.2.1 曲線梁位移函數
2.2.2 鉆柱系統動力學的曲線梁格式
2.2.3 曲線梁鉆柱單元剛度矩陣
2.2.4 曲線梁鉆柱單元質量矩陣和阻尼矩陣
參考文獻
第三章 鉆柱參考構形及初始問題研究
§3.1 基于數學描述的鉆柱參考構形分析
3.1.1 鉆柱參考構形問題描述
3.1.2 鉆柱參考構形軸線位置坐標插值函數
3.1.3 鉆柱參考構形軸線位置坐標的導函數
3.1.4 鉆柱參考構形軸線的曲率和撓率
§3.2 基于數學描述的鉆柱初始問題分析
3.2.1 初位移的計算
3.2.2 單元畸變的計算
3.2.3 單元內初始內力的等效節點力
參考文獻
第四章 井眼內鉆柱與井壁接觸非線性動力學研究
§4.1 鉆柱接觸碰撞非線性動力學分析
4.1.1 接觸碰撞非線性問題
4.1.2 鉆柱與井壁接觸碰撞定解條件
4.1.3 接觸非線性動力學有限元格式
§4.2 基于元胞自動機的鉆柱非線性動力學研究
4.2.1 元胞自動機基本理論
4.2.2 基于元胞自動機的鉆柱非線性動力學求解方法
4.2.3 元胞自動機計算實例
參考文獻
第五章 基于鉆柱動力學氣體鉆井防斜技術研究
§5.1 氣體鉆井井斜機理分析
§5.2 氣體鉆井防斜技術
§5.3 氣體鉆井下部鉆具組合有限元分析
5.3.1 氣體鉆井中鉆柱動力學的有限元分析
5.3.2 氣體鉆井中下部鉆具組合動力學分析
§5.4 氣體鉆井鉆柱動力學特性仿真結果分析
參考文獻
第六章 小井眼側鉆水平井鉆柱動力學分析
§6.1 鉆柱摩阻模型建立
6.1.1 基本假設與坐標系的建立
6.1.2 建立模型
6.1.3 旋轉鉆進狀態時的摩阻模型
6.1.4 復合運動摩阻系數的確定
6.1.5 黏滯力數學模型
§6.2 小井眼側鉆水平井鉆柱動力學分析
6.2.1 鉆柱系統動力學模型的建立
6.2.2 鉆柱的外載荷
6.2.3 結構動力學非線性方程
6.2.4 鉆柱與井壁接觸的動力學模型
§6.3 動力學模型的邊界條件
6.3.1 上端邊界條件
6.3.2 下端邊界條件
§6.4 小井眼側鉆水平井動力學評價系統軟件
6.4.1 評價系統軟件設計
6.4.2 各個模塊功能說明
6.4.3 軟件運行環境
§6.5 小井眼側鉆水平井鉆柱仿真分析
6.5.1 小井眼側鉆水平井鉆柱靜力學仿真分析
6.5.2 小井眼側鉆水平井鉆柱動力學仿真分析
參考文獻
第七章 基于多自由度牙輪鉆頭動力學的井眼軌跡研究
§7.1 巖石物理力學性能試驗研究
7.1.1 嘉陵江灰巖的物性描述
7.1.2 巖石抗拉強度測定
7.1.3 巖石單軸抗壓強度試驗
7.1.4 巖石三軸強度試驗
7.1.5 巖石的硬度和塑性系數測定
7.1.6 巖石的可鉆性測定
7.1.7 嘉一灰巖力學性能分析
§7.2 鉆頭破巖機理研究
7.2.1 分析破巖應力的理論基礎
7.2.2 巖石在不同硬質合金鑲齒壓入時的應力分布
7.2.3 巖石在不同齒形壓入時破碎的基本特點
§7.3 牙輪鉆頭幾何模型
7.3.1 坐標系的建立
7.3.2 牙輪上任一點的幾何學基本方程
7.3.3 牙輪結構仿真模型
§7.4 九自由度牙輪鉆頭動力學模型
7.4.1 三牙輪鉆頭動力學模型
7.4.2 接觸齒受力模型
§7.5 井眼軌跡仿真模型
7.5.1 井底和井壁幾何模型描述
7.5.2 鉆頭動坐標變換
7.5.3 鉆頭位移模型
§7.6 基于牙輪鉆頭動力學的井眼軌跡模擬
7.6.1 計算方法
7.6.2 仿真試驗與結果分析
參考文獻
第八章 基于小波分析的井眼軌跡預測模型
§8.1 基于小波分析的預測方法研究
8.1.1 小波分析概述
8.1.2 小波分析的基本理論
8.1.3 小波分析在井眼軌跡預測研究中的應用
§8.2 基于小波分析的井眼軌跡預測模型的建立和求解
8.2.1 井眼軌跡的小波包分解
8.2.2 井眼軌跡組合預測模型
§8.3 仿真試驗和結果分析
參考文獻
第九章 鉆井系統動力學及井眼軌跡模擬研究
§9.1 仿真策略
§9.2 程序結構和算法設計
§9.3 仿真試驗結果分析
9.3.1 邊界條件及參數計算
9.3.2 仿真實例
參考文獻
附錄1 曲線梁形函數中非零元素表達式
附錄2 常用小波函數的主要性質
附錄3 仿真數據
前言
第一章 緒論
§1.1 鉆井系統概述
§1.2 鉆井系統動力學概述
參考文獻
第二章 鉆柱幾何非線性動力學研究
§2.1 直井段鉆柱幾何非線性動力學分析
2.1.1 基本假設
2.1.2 鉆柱系統動力學的直線梁格式
2.1.3 直線梁位移函數
2.1.4 直線梁鉆柱單元剛度矩陣
2.1.5 直線梁鉆柱單元質量矩陣
2.1.6 直線梁鉆柱單元阻尼矩陣
2.1.7 直線梁鉆柱單元組集整體矩陣
2.1.8 直線梁鉆柱的三維坐標轉換
§2.2 曲井段鉆柱幾何非線性動力學分析
2.2.1 曲線梁位移函數
2.2.2 鉆柱系統動力學的曲線梁格式
2.2.3 曲線梁鉆柱單元剛度矩陣
2.2.4 曲線梁鉆柱單元質量矩陣和阻尼矩陣
參考文獻
第三章 鉆柱參考構形及初始問題研究
§3.1 基于數學描述的鉆柱參考構形分析
3.1.1 鉆柱參考構形問題描述
3.1.2 鉆柱參考構形軸線位置坐標插值函數
3.1.3 鉆柱參考構形軸線位置坐標的導函數
3.1.4 鉆柱參考構形軸線的曲率和撓率
§3.2 基于數學描述的鉆柱初始問題分析
3.2.1 初位移的計算
3.2.2 單元畸變的計算
3.2.3 單元內初始內力的等效節點力
參考文獻
第四章 井眼內鉆柱與井壁接觸非線性動力學研究
§4.1 鉆柱接觸碰撞非線性動力學分析
4.1.1 接觸碰撞非線性問題
4.1.2 鉆柱與井壁接觸碰撞定解條件
4.1.3 接觸非線性動力學有限元格式
§4.2 基于元胞自動機的鉆柱非線性動力學研究
4.2.1 元胞自動機基本理論
4.2.2 基于元胞自動機的鉆柱非線性動力學求解方法
4.2.3 元胞自動機計算實例
參考文獻
第五章 基于鉆柱動力學氣體鉆井防斜技術研究
§5.1 氣體鉆井井斜機理分析
§5.2 氣體鉆井防斜技術
§5.3 氣體鉆井下部鉆具組合有限元分析
5.3.1 氣體鉆井中鉆柱動力學的有限元分析
5.3.2 氣體鉆井中下部鉆具組合動力學分析
§5.4 氣體鉆井鉆柱動力學特性仿真結果分析
參考文獻
第六章 小井眼側鉆水平井鉆柱動力學分析
§6.1 鉆柱摩阻模型建立
6.1.1 基本假設與坐標系的建立
6.1.2 建立模型
6.1.3 旋轉鉆進狀態時的摩阻模型
6.1.4 復合運動摩阻系數的確定
6.1.5 黏滯力數學模型
§6.2 小井眼側鉆水平井鉆柱動力學分析
6.2.1 鉆柱系統動力學模型的建立
6.2.2 鉆柱的外載荷
6.2.3 結構動力學非線性方程
6.2.4 鉆柱與井壁接觸的動力學模型
§6.3 動力學模型的邊界條件
6.3.1 上端邊界條件
6.3.2 下端邊界條件
§6.4 小井眼側鉆水平井動力學評價系統軟件
6.4.1 評價系統軟件設計
6.4.2 各個模塊功能說明
6.4.3 軟件運行環境
§6.5 小井眼側鉆水平井鉆柱仿真分析
6.5.1 小井眼側鉆水平井鉆柱靜力學仿真分析
6.5.2 小井眼側鉆水平井鉆柱動力學仿真分析
參考文獻
第七章 基于多自由度牙輪鉆頭動力學的井眼軌跡研究
§7.1 巖石物理力學性能試驗研究
7.1.1 嘉陵江灰巖的物性描述
7.1.2 巖石抗拉強度測定
7.1.3 巖石單軸抗壓強度試驗
7.1.4 巖石三軸強度試驗
7.1.5 巖石的硬度和塑性系數測定
7.1.6 巖石的可鉆性測定
7.1.7 嘉一灰巖力學性能分析
§7.2 鉆頭破巖機理研究
7.2.1 分析破巖應力的理論基礎
7.2.2 巖石在不同硬質合金鑲齒壓入時的應力分布
7.2.3 巖石在不同齒形壓入時破碎的基本特點
§7.3 牙輪鉆頭幾何模型
7.3.1 坐標系的建立
7.3.2 牙輪上任一點的幾何學基本方程
7.3.3 牙輪結構仿真模型
§7.4 九自由度牙輪鉆頭動力學模型
7.4.1 三牙輪鉆頭動力學模型
7.4.2 接觸齒受力模型
§7.5 井眼軌跡仿真模型
7.5.1 井底和井壁幾何模型描述
7.5.2 鉆頭動坐標變換
7.5.3 鉆頭位移模型
§7.6 基于牙輪鉆頭動力學的井眼軌跡模擬
7.6.1 計算方法
7.6.2 仿真試驗與結果分析
參考文獻
第八章 基于小波分析的井眼軌跡預測模型
§8.1 基于小波分析的預測方法研究
8.1.1 小波分析概述
8.1.2 小波分析的基本理論
8.1.3 小波分析在井眼軌跡預測研究中的應用
§8.2 基于小波分析的井眼軌跡預測模型的建立和求解
8.2.1 井眼軌跡的小波包分解
8.2.2 井眼軌跡組合預測模型
§8.3 仿真試驗和結果分析
參考文獻
第九章 鉆井系統動力學及井眼軌跡模擬研究
§9.1 仿真策略
§9.2 程序結構和算法設計
§9.3 仿真試驗結果分析
9.3.1 邊界條件及參數計算
9.3.2 仿真實例
參考文獻
附錄1 曲線梁形函數中非零元素表達式
附錄2 常用小波函數的主要性質
附錄3 仿真數據
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