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第1章 绪论1

1.1 钻柱力学的研究背景和意义1

1.2 国内外研究现状2

1.2.1 基于受约束管柱的钻柱力学模型综述3

1.2.2 弹簧钻柱稳定性模型介绍5

1.2.3 温湿钻柱及复合钻柱的屈曲模型进展7

第2章 典型钻柱与计算方法简介11

2.1 典型钻柱介绍11

2.1.1 钻柱组成部分11

2.1.2 典型钻具组合15

2.2 数值方法简介21

2.3 解析方法回顾23

第3章 基于受圆管约束管柱模型的钻柱稳定性分析29

3.1 井内钻柱后屈曲变形分析29

3.1.1 不包含摩擦力影响的钻柱屈曲模型及求解29

3.1.2 包含扭矩影响的钻柱屈曲模型32

3.1.3 包含摩擦力影响的钻柱屈曲模型34

3.2 钻柱系统屈曲稳定性影响因素分析36

3.2.1 下部钻具上端压力为零时钻柱壁厚对钻柱屈曲的影响36

3.2.2 下部钻具上端压力为零时钻井环空对钻柱屈曲的影响42

3.3 水平井内钻柱动态稳定性分析48

3.3.1 数学模型的建立48

3.3.2 第一类蛇行运动52

3.3.3 第二类蛇行运动54

第4章 钻柱系统屈曲稳定性实例分析59

4.1 某科学钻井钻孔结构设计方案介绍59

4.2 某科学钻井设计方案简介60

4.2.1 阶段Ⅰ在设计井深5800m用涡轮-转盘钻进的钻柱组合61

4.2.2 阶段Ⅱ在设计井深5800m下尾管方案63

4.2.3 阶段Ⅲ 5800～6600m的钻柱组合方案63

4.3 某科学钻井钻柱系统屈曲稳定性分析65

4.3.1 阶段Ⅰ设计井深5800m下部钻具系统屈曲稳定性分析65

4.3.2 阶段Ⅲ设计井深5800～6600m的下部钻具稳定性分析66

4.4 采用孕镶金刚石取心钻头的钻柱屈曲实例分析68

4.4.1 取壁厚δ=34.9mm的钻柱进行稳定性分析68

4.4.2 取壁厚δ=25.4mm的钻柱进行稳定性分析68

第5章 井内弹簧钻柱及简支温湿钻柱力学模型研究71

5.1 井内弹簧钻柱力学模型屈曲分析72

5.1.1 控制方程及其求解72

5.1.2 结果与讨论76

5.2 井内简支温湿钻柱力学模型的稳定性分析78

5.2.1 温湿钻柱后屈曲数学模型及求解78

5.2.2 结果与讨论82

5.3 典型算例分析84

5.3.1 应用弹簧钻柱的屈曲模型分析结果84

5.3.2 应用简支温湿钻柱的屈曲模型分析结果85

5.4 井内温度对钻柱力学性能的影响分析86

5.4.1 温度可自由向上传导的情况分析86

5.4.2 在钻柱中和点处有约束的情况分析87

第6章 井内复合钻柱屈曲模型分析89

6.1 井内复合钻柱力学模型研究89

6.1.1 控制方程及求解90

6.1.2 结果与讨论93

6.2 钢铝合金复合钻柱举例分析96

第7章 钻柱振动的变截面杆模型研究99

7.1 引言99

7.2 数学模型的建立100

7.3 模型求解方法103

7.4 结果与讨论105

第8章 钻探用MEMS/NEMS传感器微梁稳定性研究109

8.1 引言109

8.2 固支MEMS微梁后屈曲变形力学模型及其求解112

8.2.1 控制方程及总势能112

8.2.2 求解方法113

8.2.3 结果与讨论115

8.3 弥散场及Casimir力对NEMS稳定性影响分析118

8.3.1 力学模型及其求解118

8.3.2 结果与讨论121

参考文献126

附录139