基于半隐式法的超短半径水平井井筒内管柱非线性屈曲分析

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作者 罗敏 崔文磊 +1 位作者 徐亭亭 李巧珍 《计算力学学报》 北大核心 2025年第3期471-477,共7页

井筒内管柱受轴向载荷作用容易发生螺旋屈曲,导致管柱下入困难,螺旋屈曲严重时可发生自锁,甚至对管柱自身造成破坏。在静力学求解管柱屈曲时,容易出现计算不收敛和结果不稳定问题,而用动力学求解时,则会导致计算时间长和计算效率低的问... 井筒内管柱受轴向载荷作用容易发生螺旋屈曲,导致管柱下入困难,螺旋屈曲严重时可发生自锁,甚至对管柱自身造成破坏。在静力学求解管柱屈曲时,容易出现计算不收敛和结果不稳定问题,而用动力学求解时,则会导致计算时间长和计算效率低的问题。为此,将隐式求解和显式求解的优点相结合,提出井筒内管柱非线性屈曲分析的半隐式法,在保证计算效率的同时,解决了管柱屈曲分析的收敛和稳定性问题。通过算例验证了半隐式方法的有效性。基于半隐式法建立了超短半径水平井井筒内管柱屈曲的有限元分析模型,分析了管柱在井筒内的屈曲形态、横向位移和接触压力等。研究结果表明,管柱发生螺旋屈曲之前先发生三维横向屈曲,且发生三维横向屈曲的临界载荷大于发生螺旋屈曲的载荷,在发生三维横向屈曲后,很容易演变为螺旋屈曲。管柱等效应力最大值为359 MPa,塑性应变最大值为0.234,管柱屈曲程度越严重,管柱轴向载荷传递效率越小。 展开更多

关键词 半隐式法 管柱 非线性 屈曲 有限元法 超短半径水平井

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超短半径水平井造斜钻进特性研究

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作者 闫壮 孙凯 +4 位作者 穆总结 刘宝振 谢津梁 曾常辉 孙照伟 《石油机械》 北大核心 2024年第10期47-54,共8页

超短半径水平井技术是老井改造、油井增产和提高产能的重要方式,对实现油田老区块的二次开发具有积极意义。基于Drucker-Prager准则建立了三维砂岩模型,模拟柔性钻具侧钻造斜过程,研究不同曲率半径侧钻中表现出的受力规律,以明确柔性钻... 超短半径水平井技术是老井改造、油井增产和提高产能的重要方式,对实现油田老区块的二次开发具有积极意义。基于Drucker-Prager准则建立了三维砂岩模型,模拟柔性钻具侧钻造斜过程,研究不同曲率半径侧钻中表现出的受力规律,以明确柔性钻具在地层造斜钻进机理,厘清柔性钻具超短半径造斜机理。研究结果表明:超短半径水平井井眼曲率是柔性钻具所受侧向力、轴向力、滑动摩擦力、钻压传递及扭矩传递等因素共同作用的结果;柔性钻具所受侧向力与井眼曲率半径呈负相关,且井眼曲率半径越大,振动频率也就越明显,钻压消耗越大;轴向力与井眼曲率半径成正比,井眼曲率越小,摩擦和碰撞对扭矩损耗的影响越小;在超短半径水平井钻进中,应适当调整钻压、提高转速、增大排量和泵注压力,并提高井眼清洗效率,进而提高柔性钻具造斜效率及钻进速度。所得结果可为超短半径水平井钻井技术的现场应用及剩余油气和非常规油气开发提供理论支撑。 展开更多

关键词 超短半径水平井 柔性钻具 钻压传递 井眼曲率 侧向力 仿真模拟

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“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术研究与现场试验 被引量：21

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作者 武晓光 黄中伟 +3 位作者 李根生 史怀忠 刘寿军 刘鑫 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期56-63,共8页

超短半径水平井在油气田老井改造、剩余油挖潜方面作用很大,但常用的柔性钻具超短半径水平井钻井技术存在起下钻周期长、作业成本高的问题。考虑连续管钻井具有钻井效率高、成本低和安全可靠等优点,提出了将连续管与柔性钻具相结合的钻... 超短半径水平井在油气田老井改造、剩余油挖潜方面作用很大,但常用的柔性钻具超短半径水平井钻井技术存在起下钻周期长、作业成本高的问题。考虑连续管钻井具有钻井效率高、成本低和安全可靠等优点,提出了将连续管与柔性钻具相结合的钻井新思路,并研制了高速和低速大扭矩螺杆、改进了柔性钻具结构、研制了叠加式斜向器和造斜PDC钻头等关键工具,优化了配套施工工艺,初步形成了“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术。该技术在江汉油田陵72-5CZ井开展了首次现场试验,成功完成了长30.21 m的超短半径水平分支井眼,平均机械钻速0.8 m/h,实钻井眼轨迹与设计井眼轨道吻合良好,水平段平均稳斜角为88.17°。现场试验结果验证了“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术的可行性,为剩余油挖潜和低渗油田高效开发提供了一项新技术。 展开更多

关键词 连续管 开窗侧钻 超短半径水平井 柔性钻具 陵72-5CZ井 现场试验

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超短半径水平井钻头喷嘴多相流规律分析 被引量：7

4

作者 王智锋 管志川 李文飞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1098-1101,共4页

为了解决高压射流钻进超短半径水平井技术中钻孔直径与钻孔深度间的矛盾问题,在考虑液固两相相间作用力的基础上,采用连续介质假设,依据液固两相双流体模型,对超短半径水平井钻头喷嘴内液固多相射流进行了模拟研究,并将结果同单相射流... 为了解决高压射流钻进超短半径水平井技术中钻孔直径与钻孔深度间的矛盾问题,在考虑液固两相相间作用力的基础上,采用连续介质假设,依据液固两相双流体模型,对超短半径水平井钻头喷嘴内液固多相射流进行了模拟研究,并将结果同单相射流进行了对比。对比结果显示:单相与多相两种情况下液相轴线速度分布趋势基本相同,喷嘴轴线上湍流强度发展趋势一致;但当流动进入喷嘴直柱段并逐渐向出口运动时,单相射流液相轴线速度要低于多相情况下液相轴线速度,单相射流的湍流强度要高于多相射流条件下湍流强度;在喷嘴出口截面上,越靠近轴心液相速度越接近;反之,越靠近壁面液相速度差别越大,并且固相颗粒在喷嘴内壁附近存在速度超前滑移现象。 展开更多

关键词 超短半径水平井 喷嘴 多相射流 单相射流

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煤层气超短半径水平井筛管完井技术研究 被引量：14

5

作者 杨刚 鲜保安 +2 位作者 毕延森 孟尚志 马腾飞 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期175-181,共7页

为解决煤层气超短半径水平井煤层坍塌、煤粉产出造成的频繁修井等问题,维持超短半径水平井连续稳产生产,探讨超短半径水平井筛管完井工艺可行性,重点研究不同材料管柱的屈服弯曲半径,采用Wellplan软件进行超短曲率半径条件下管柱可通过... 为解决煤层气超短半径水平井煤层坍塌、煤粉产出造成的频繁修井等问题,维持超短半径水平井连续稳产生产,探讨超短半径水平井筛管完井工艺可行性,重点研究不同材料管柱的屈服弯曲半径,采用Wellplan软件进行超短曲率半径条件下管柱可通过性分析,优化设计管柱组合。基于煤粉颗粒分布、运移速度、过流面积等因素进行高密度聚乙烯(HDPE)筛管参数设计,采用有限元分析法进行筛管屈服强度分析。设计高密度聚乙烯(HDPE)筛管专用送入工具及下入工艺研究,进行案例设计分析,探讨工艺可行性。结果表明:直径116 mm尺寸井眼在曲率半径不小于12 m的情况下可下入直径40 mm高密度聚乙烯(HDPE)筛管完井,筛管本体不发生塑性变形,筛孔附近出现部分塑性变形,塑性变形的体积占筛管实体体积的14.58%,为井筒流体通过提供稳定通道。筛孔可阻挡较大的煤粉颗粒进入井筒造成卡泵,T型割缝具备一定清洁功能,减少煤粉颗粒卡塞割缝。研究结果推进煤层气超短半径水平井工艺技术发展。 展开更多

关键词 煤层气井 超短半径水平井 筛管 完井工艺

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超短半径水平井液压驱动非金属完井筛管下入长度计算 被引量：5

6

作者 毕延森 鲜保安 +1 位作者 石小磊 高德利 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期818-827,共10页

针对超短半径水平井完井筛管下入过程中摩阻限制了完井筛管下入长度的问题,提出了超短半径水平井液压驱动完井管柱下入技术,设计了由内到外依次为导向管、液压驱动管、非金属完井筛管的完井管柱结构,完成了配套工具设计,建立了管柱力学... 针对超短半径水平井完井筛管下入过程中摩阻限制了完井筛管下入长度的问题,提出了超短半径水平井液压驱动完井管柱下入技术,设计了由内到外依次为导向管、液压驱动管、非金属完井筛管的完井管柱结构,完成了配套工具设计,建立了管柱力学-液压耦合模型。基于某深层煤层气超短半径水平井井身结构数据,应用管柱力学-液压耦合模型进行了数值计算,结果表明相同条件下液压驱动完井管柱下入长度为常规技术完井管柱下入长度的17倍。对数值计算结果进行了多因素正交分析,结果表明完井管柱结构和非金属复合连续筛管与井筒间摩擦系数是对液压驱动完井管柱下入长度影响最大的两个因素。优选了两种适用于不同条件的超短半径水平井液压驱动完井管柱结构,最大下入长度分别为381,655 m。研究结果可为超短半径水平井液压驱动非金属复合连续筛管完井技术提供理论支持。 展开更多

关键词 超短半径水平井 筛管完井 液压驱动 非金属复合连续筛管 下入长度

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茂加65-82井双分支超短半径水平井钻完井技术 被引量：11

7

作者 杨决算 郑瑞强 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期63-66,共4页

为了进一步完善超短半径水平井钻完井技术,提高单井产油量,大庆油田设计施工了茂加65-82双分支超短半径水平井。针对2个分支井眼曲率半径不一致导致井眼轨迹控制难度大、分支井眼与窗口密封难度大等技术难点,根据茂加65-82井原井眼情况... 为了进一步完善超短半径水平井钻完井技术,提高单井产油量,大庆油田设计施工了茂加65-82双分支超短半径水平井。针对2个分支井眼曲率半径不一致导致井眼轨迹控制难度大、分支井眼与窗口密封难度大等技术难点,根据茂加65-82井原井眼情况,对双分支水平井眼的井身结构、井眼轨道进行了优化设计,并在钻头体与导向管之间设计了倾角,以满足造斜要求,顺利完成了曲率半径分别为5.9和3.2m的上下分支水平井眼,井眼轨迹达到了设计要求。茂加65-82侧钻双分支水平井初期日产油量2.5t,与原井产油量相比提高了8.3倍,目前日产油量1.0t,已累计增油380t。茂加65-82双分支超短半径水平井的顺利钻成为大庆油田剩余油挖潜提供了一种新的技术手段。 展开更多

关键词 超短半径水平井 分支井 钻井设计 井身结构 井眼轨迹 茂加65-82井

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低渗透老油田柔性侧钻水平井挖潜技术 被引量：2

8

作者 翁定为 孙强 +7 位作者 梁宏波 雷群 管保山 慕立俊 刘汉斌 张绍林 柴麟 黄瑞 《石油勘探与开发》 北大核心 2025年第1期194-203,共10页

针对低渗透老油田老井侧向深部剩余油气资源动用难度大的问题,形成了柔性侧钻水平井挖潜技术,并开展了现场试验。该技术首先采用柔性侧钻钻具在老井筒中实现低成本侧钻,然后采用水力喷射工艺诱导多条裂缝起裂,最后下入油管柱对侧钻井眼... 针对低渗透老油田老井侧向深部剩余油气资源动用难度大的问题,形成了柔性侧钻水平井挖潜技术,并开展了现场试验。该技术首先采用柔性侧钻钻具在老井筒中实现低成本侧钻,然后采用水力喷射工艺诱导多条裂缝起裂,最后下入油管柱对侧钻井眼实施笼统多簇暂堵压裂,从而实现井间剩余储量的高效挖潜。该技术包含柔性侧钻水平井钻井和侧钻水平井压裂2项技术,前者主要涉及柔性钻杆结构和材料优化、钻进工艺、密闭取心工具3个方面,后者主要涉及压裂方案优化、压裂工具及实施工艺优化2个方面。该技术在长庆安塞油田开展了多轮现场试验,发现通过改变井型、缩小油水井排距,可以较好地建立压力驱替系统,实现压力的有效传导,从而达到低产低效井提液增产的目的,同时验证了该技术可为低渗透油藏剩余储量精准挖潜、储层精细动用提供有力支撑。 展开更多

关键词 低渗透油田 老油田挖潜 柔性侧钻 超短半径水平井 多簇压裂 安塞油田 现场试验

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胜利油田两口超短半径侧钻水平井的设计与施工 被引量：40

9

作者 倪益民 袁永嵩 +1 位作者 赵金海 史洪军 《石油钻探技术》 CAS 北大核心 2007年第6期57-59,共3页

阐述了超短半径侧钻水平井的钻井技术特点和钻井工艺流程,介绍了胜利油田完成的两口超短半径侧钻水平井——高12-39侧平1井和高17-16侧平1井的设计与施工情况。通过对钻井过程中泵压、张力变化及机械钻速的分析,指出了超短半径侧钻水平... 阐述了超短半径侧钻水平井的钻井技术特点和钻井工艺流程,介绍了胜利油田完成的两口超短半径侧钻水平井——高12-39侧平1井和高17-16侧平1井的设计与施工情况。通过对钻井过程中泵压、张力变化及机械钻速的分析,指出了超短半径侧钻水平井钻井技术存在的主要问题。 展开更多

关键词 超短半径水平井 机械钻速 高12-39侧平1井 高17-16侧平1井 胜利油田

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超短半径径向水平井抽采煤层气渗流规律的数值模拟 被引量：6

10

作者 杨新乐 张永利 李惟慷 《防灾减灾工程学报》 CSCD 2011年第1期50-55,62,共7页

为得到超短半径径向水平井开采煤层气过程中的气体渗流规律以及进行产量预测,在基本假设条件下,建立了径向水平井开采煤层气的固流耦合渗流数学模型;在一定的边界条件及初始条件下,利用Matlab软件进行编程计算后,得到直井和不同数目分... 为得到超短半径径向水平井开采煤层气过程中的气体渗流规律以及进行产量预测,在基本假设条件下,建立了径向水平井开采煤层气的固流耦合渗流数学模型;在一定的边界条件及初始条件下,利用Matlab软件进行编程计算后,得到直井和不同数目分支径向水平井开采煤层气1000天后的压力场、速度场和气产量变化规律。数值模拟结果表明,在一定的生产区域和开采时间,随着径向水平井分支数目的增加,煤储层压力下降范围更广,气体流速场干扰加强,压力漏斗降大面积扩展,煤层气有效供气区及解吸面积大幅增长,煤层气解吸能力及稳产能力加强,煤层气产量大幅度增加;同时,气产量增幅随着井筒分支数目的增加而下降,分支井数目理论上应存在一个最优值。模拟结果显示了超短半径径向水平井技术开采煤层气的有效卸压作用,对煤层气工业增产技术的选择和钻孔方案的布置具有重要的理论指导意义。 展开更多

关键词 超短半径径向水平井 煤层气 渗流规律 压力漏斗降

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超短半径水平钻井技术在煤层气开采中的应用 被引量：6

11

作者 杨新乐 张永利 章梦涛 《煤炭工程》 北大核心 2006年第8期25-26,共2页

煤层气是矿井灾害频繁发生的直接原因,但是煤层气作为一种清洁能源备受关注。我国是世界煤层气储量大国,开发和利用煤层气将解决我国的能源紧缺问题。同时由于我国煤层气自身的特点,开采煤层气具有一定的困难。论文介绍了一种煤层气开... 煤层气是矿井灾害频繁发生的直接原因,但是煤层气作为一种清洁能源备受关注。我国是世界煤层气储量大国,开发和利用煤层气将解决我国的能源紧缺问题。同时由于我国煤层气自身的特点,开采煤层气具有一定的困难。论文介绍了一种煤层气开采技术,利用该项技术可以大大提高煤层气的渗透性,增加煤层气的产量。 展开更多

关键词 煤层气开采 超短半径水平井 转向系统 渗透率

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径向水平井生产管在内压下直径增长分析 被引量：1

12

作者 赵海鸿 石凯 +1 位作者 徐学利 孙贺东 《石油机械》 北大核心 2002年第8期14-16,2,共3页

采用爆破测试和有限元软件SAP5 0计算两种方法得到超短半径径向水平井生产管在内压作用下的胀径值并进行了对比。结果表明 :(1)A6 0 6薄壁管比A6 0 6厚壁管胀径值大 ,但两种管不承受弯曲仅承受内压时的胀径值并不大 ,70MPa下的最大值仅... 采用爆破测试和有限元软件SAP5 0计算两种方法得到超短半径径向水平井生产管在内压作用下的胀径值并进行了对比。结果表明 :(1)A6 0 6薄壁管比A6 0 6厚壁管胀径值大 ,但两种管不承受弯曲仅承受内压时的胀径值并不大 ,70MPa下的最大值仅为 0 0 2 8mm ;(2 )有限元计算理论胀径值比实测胀径值大 ;(3)两种试验管在内压和弯曲共同作用下的胀径值约为内压直管胀径值的 7～ 10倍 ,说明生产管在内压和弯曲的共同作用下直径急剧膨胀 ,这对于转向器结构设计、调整间隙和制定径向水平井施工方案具有重要意义。 展开更多

关键词 油井 径向水平井 生产管 内压 超短半径水平井 有限元 爆破试验

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多体柔性筛管水平井眼下入阻力分析

13

作者 刘鑫阳 胡中志 +1 位作者 王成林 朱军 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期148-155,共8页

柔性筛管是超短半径水平井防砂的重要防砂工具,对于柔性筛管下入阻力的研究,有利于提高超短半径水平井技术的完井作业能力,提高采油效率。基于多体动力学理论,建立了柔性筛管井下运动时的数学模型,推导了筛管通过弯曲段的临界参数以及... 柔性筛管是超短半径水平井防砂的重要防砂工具,对于柔性筛管下入阻力的研究,有利于提高超短半径水平井技术的完井作业能力,提高采油效率。基于多体动力学理论,建立了柔性筛管井下运动时的数学模型,推导了筛管通过弯曲段的临界参数以及井下摩擦力的计算方法。采用ADAMS软件对柔性筛管进行仿真模拟,并基于柔性筛管的结构参数进行了动力学分析,确定了影响柔性筛管延伸能力的主要因素,揭示了在有限推力下,筛管单元长度以及井下作业环境对多体柔性筛管延伸长度的关系曲线,并给出了提高延伸能力的推荐方法。结果表明:较低的摩擦系数有利于提高井下柔性筛管的作业长度;在许用单元长度范围内,存在一个下入阻力最小的筛管单元长度的区间范围,能使多体柔性筛管的延伸能力达到最大;考虑井下柔性筛管摩擦力的累积速度,对柔性筛管进行局部减质量能达到提高延伸长度,同时降低作业成本的效果。研究成果可为提高水平井眼中运动柔性筛管的极限长度提供借鉴。 展开更多

关键词 柔性筛管 超短半径水平井 防砂 多体动力学

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自进式多孔射流钻头结构设计与流场特性分析 被引量：2

14

作者 吴成怀 韦明辉 +3 位作者 周彦希 何灵 刘忠祥 张鹏 《石油机械》 北大核心 2019年第11期1-6,共6页

为了防止钻头在钻进过程中由于射流喷嘴顶住井底而发生卡堵问题,设计了一种带支撑板的自进式多孔射流钻头,并将圆锥收敛型喷嘴的结构设计应用于前向中心喷嘴,使前向中心射流具有更长的等速核以及更高的破岩效率。对所设计射流钻头的内... 为了防止钻头在钻进过程中由于射流喷嘴顶住井底而发生卡堵问题,设计了一种带支撑板的自进式多孔射流钻头,并将圆锥收敛型喷嘴的结构设计应用于前向中心喷嘴,使前向中心射流具有更长的等速核以及更高的破岩效率。对所设计射流钻头的内外流场进行了三维流动特性数值模拟分析,并研究了支撑板结构对喷嘴流场特性的影响规律。研究结果表明:带支撑板的自进式多孔射流钻头的井底速度云图上分布着4个圆状高速区域,其中中心区域的流体流速最大,射流流束直径最大,即采用了圆锥收敛型喷嘴结构的前向中心射流具有更高效的破岩能力;当自进式多孔射流钻头具有3支撑板结构时,钻头的前向孔眼采用1+3布局结构更为合适;当射流钻头采用支撑板结构时,并不会影响漫流对井底排屑的清洗作用。研究结果对于自进式多孔射流钻头的现场应用及进一步的优化设计具有一定的参考作用。 展开更多

关键词 超短半径水平井 自进式 多孔射流钻头 支撑板 流场特性 数值模拟

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石油工程水射流技术 被引量：2

15

作者 沈忠厚 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 1999年第S1期90-90,共1页

关键词 水射流技术 石油工程 石油钻井 超短半径水平井 高压水射流 径向水平井 数值模拟 世界石油大会 旋转水射流 自激振动

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Φ120 mm柔性筛管球铰接头结构强度分析与优化

16

作者 刘鑫阳 胡中志 朱军 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第20期8634-8641,共8页

球铰连接柔性筛管的接头强度直接影响着柔性筛管的下入能力,运用ADAMS软件,在柔性筛管下入阻力估算的基础上,进行了Φ120 mm柔性筛管球铰接头强度研究以及关键参数分析。基于多体动力学理论,建立了阻力计算模型,通过理论分析与模拟计算... 球铰连接柔性筛管的接头强度直接影响着柔性筛管的下入能力,运用ADAMS软件,在柔性筛管下入阻力估算的基础上,进行了Φ120 mm柔性筛管球铰接头强度研究以及关键参数分析。基于多体动力学理论,建立了阻力计算模型,通过理论分析与模拟计算相结合的方法,分析了井下柔性筛管阻力变化趋势,并使用ANSYS有限元软件研究了球铰接头在不同摆动角度时的受力变化,揭示了球铰接头的关键结构参数以及对接头强度的影响规律。结果表明:球形接头的结构强度能满足井下作业时的自重拉伸载荷;球铰的摆动角度对接头连接处受力变化明显,且危险截面位置不同,随着摆动角度增大会加重接头的承受负担;影响接头强度的关键影响因素包括接头边缘壁厚、边缘处的倾斜角度以及球头厚度,对其进行了优化处理,不仅能有效增强接头的力学性能,还提高了造斜段通过性。研究成果可为柔性筛管的优化设计提供参考。 展开更多

关键词 柔性筛管 超短半径水平井 接头强度 有限元分析 优化设计

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