第十五章 钻柱寿命模型
钻柱寿命模型预测钻柱疲劳损坏。系统提供了两种力学模型：疲劳和裂纹生长模型。疲劳模型预测钻柱弯曲应力和预测造斜率/狗腿度的极限、疲劳损伤和钻具管柱的旋转极限情况。疲劳失效被认为是当疲劳损伤累积超过100%后发生的。裂纹生长模型是基于钻具管柱的Exxon相关性，并且能预测出钻具检查周期来预防钻具失效。
15.1输入
15.1.1项目页面
钻具寿命模型的项目页面与典型的DrillNET软件的项目页面很相似。
15.1.2轨迹数据页面
钻具寿命模型的轨迹数据页面与典型的DrillNET软件的轨迹数据页面很相似。
15.1.3管柱数据页面
钻柱寿命模型的管柱数据输入页面与典型的DrillNET软件的管柱数据页面很相似。他们的主要不同在于管柱数据表被改变成输入疲劳数据。第九列成为了下拉列表框来从S-N曲线数据库中选择钻具对应的材料。
15.1.4井身数据页面
钻柱寿命模型的井身数据输入页面与典型的DrillNET软件的井身数据页面很相似。
15.1.5作业页面
1)钻柱寿命作业表单。输入数据来描述作业过程、管柱在井筒中工作时的周期性和弯曲应力。表单中的每一行明确了操作的深度范围，而每一部分的最低深度列于“底部测深”列中。
在上面的例子中，钻杆从地面到3500ft的深度没有旋转下入的(行1)，而从3500到4000ft时是以40ft/hr，100rpm的转速和一个划眼钻压20000lb下入的(行2)。
流体腐蚀性是疲劳的关键因素。为每一部分输入一个腐蚀系数。他的取值范围从0到1，而1表示腐蚀对疲劳寿命没有影响。系统建议值可以通过点击表单下面的腐蚀系数按钮来显示。
2)钻柱寿命历史数据表单。您指定的钻柱接头被列于这个表单中。对于每一个接头，为之前作业现场使用的接头输入一个疲劳寿命。
3）应用接头跨度
为了初始化表单，点击【应用接头跨度】按键在接头跨度的长度和在管柱数据页面中您指定的累积长度的基础上为每个管柱接头填写一行。在数据输入到表单后，您可以根据需要编辑接头长度的条目。经过您的任何修改后，点击【刷新】来更新这个表单。
初始化寿命
为了输入初始的值到“以前使用的寿命”中，您可以手动一行一行的输入。如果相同的值适用于各种接头，点击【初始化寿命】按钮。他将会打开一个窗口来明确接头的范围和消耗的疲劳寿命的初始值。
更新使用寿命
【更新使用寿命】被用来永久的添加消耗的疲劳寿命，为每一个接头，他通过当前的作业到寿命历史记录中。值被显示在“当前已使用的寿命”列中。保存项目文件来使新的总计疲劳寿命被作为下一次运行的“以前使用的寿命”列所调用。
编辑表单
在表单上右击来打开一个编辑菜单。他提供了用于复制、打印和添加/删除行的条目。选着“另开窗口..”来在一个新、大的窗口中打开这个表单，这样使浏览数据和编辑修改更容易些。
15.1.6参数选择页面
1)失稳模型选项。系统提供了三种屈曲模型。当管柱遭受到螺旋屈曲，那么他沿着管柱的应力，即轴向力会受到影响。这反过来又影响到疲劳寿命。
2)螺旋屈曲和弯曲刚度。选择“考虑螺旋失稳摩擦力”是考虑到压缩应力产生了螺旋屈曲。这些力的径向部分推动管柱贴近井壁。额外的侧向力导致了摩擦力和正压力的增加。
选择“考虑弯曲刚度”是考虑到钻柱刚度对在井眼弯曲部分发生屈曲的影响。传统的软绳扭矩和摩阻模型假设钻柱上的载荷是由于自身重力的效果产生的，而钻柱的摩擦阻力是由于钻柱和定向井井壁接触而产生的。如果您没有勾选这个选项，程序会使用软绳模型(如管柱的刚度不会影响计算)。对于一个短半径的定向井，钻柱会有高的抗弯曲刚度，井眼与钻柱之间的额外法向力是巨大的，那么这个抗弯曲刚度作用是不可忽视的。为了考虑到钻柱的刚度，勾选此选项将弯曲刚度的影响包括进去。
15.2输出
钻柱寿命模型的输出页面包括两个结果标签项：
1、小结---为关键的参数而显示他的数据。
2、图形/表格---一个典型的DrillNET多功能输出显示，允许一个或者多个图形显示。
15.3特殊功能项
15.3.1工具条图标
当钻柱寿命模型被选择，系统将会提供特殊的功能条图标。特殊的功能条包括：
单跨度疲劳分析。为单独的管柱接头来分析狗腿度和旋转的极限条件，他将会开一个单跨度疲劳分析窗口。
破裂扩展模型分析。为单独的管柱接头生产破裂检查间隔，他将会打开一个破裂扩展模型窗口。
15.3.2单跨度疲劳分析
在钻柱寿命模型中的主要的输入/输出窗口为整个钻柱基于一个明确的井眼和作业操作程序追踪并预测疲劳寿命的损坏。其他更基本的工程分析同样可以被执行。单跨度分析他为钻柱单一的接头考虑到狗腿度和旋转极限条件。他不需要井筒的测斜数据。通过点击图
标来执行这个功能。
1)单跨度疲劳模型选项。选择狗腿度极限(未疲劳)来计算临界狗腿度(当管柱可以无限次的周期旋转而无疲劳损坏)和接触狗腿度(当管柱本体在输入的最大轴向载荷下接触井壁)。
旋转极限(失效)被使用在带有明确造斜率(如：狗腿度)的井眼中来确定管柱旋转的圈数，这个圈数将会使管柱疲劳失效。特定载荷条件下，如果预测的是无限寿命，108旋转数的值将会分配给表单和图形显示。
2)单跨度输出表单和图形。在您输入所有数据后，点击【计算】按钮来更新表单和图形。您确定一个最大轴向载荷上限(井眼/作业数据最靠右边的列)。行表示在此范围内10%的增量。
您可以根据您的喜好在图的下方选择压缩力和拉伸力作为X轴。
编辑图形
单跨度疲劳图形可以作为单独的窗口打开，这样易浏览，又可以打印、复制。在图形上右击您的鼠标来打开编辑菜单。选择“另开窗口..”来打开一个新窗口来易于浏览。如果您想要以后分析这些数据，请您点击“导出到Excel”。
3)单跨度钻柱数据表单。为正在分析的单独管柱接头输入数据。从下拉列表框中选择一个管柱等级。显示在列表中的选项是从我的S-N曲线数据库中得来。该管柱的力学参数显示在窗口右下角的管柱材料表单中。
点击【S-N曲线】按钮来打开一个我的S-N曲线数据库。
4)单跨度井眼/作业数据表单。为单个接头分析输入井眼和作业数据。
15.3.3破裂扩展模型分析
破裂扩展模型同样可以用于为管柱单一接头预测破裂检查间隔。不需要井眼的测斜数据。这个功能可以点击
图标来执行，或者通过从工具菜单中选择“破裂扩展分析”项。
1)破裂扩展模型选项。您可以根据您的喜好点击选择拉伸应力或者压缩应力为破裂扩展分析图作为他的X轴。
当磁粉探伤(MPI)被用来检查钻柱的接头时，检测到裂纹的概率很低。因此，为钻柱接头计算出的检查间隔通常被减少到6倍的因子，能获得99%的可能性检查出存在裂纹的接头。
请注意：所有工具接头的检查结果都是基于6倍的检查探伤因子(这是用户不能修改的)。
2)裂缝扩展输出表单和图形。在您输入所有数据后，点击【计算】按钮来更新表单和图形。你可以指定最大的轴向载荷的上限(井眼/作业数据表单的第一列)；行代表在这个范围内10%增量增长。
编辑图形
裂纹扩展分析图形可以作为一个单独的窗口打开，易于浏览和复制、打印。在图形上右击鼠标来打开编辑菜单。选择“另开窗口..”来打开一个新的窗口方便用户浏览。点击“导出到Excel”，如果您想在以后分析这些数据的话。裂缝扩展钻杆数据表单，为正在被分析的单独管柱接头输入数据。从下拉列表框中选择管柱的钢级。管柱的物理参数显示在窗口右下角的管柱材料表单中。
3)裂纹扩展井眼/作业数据表单。为单个接头分析输入井眼和作业数据。
《本章结束》