深井钻柱粘滑振动特性分析

钻柱黏滑振动特性仿真与产生机理分析付蒙;李江红;吴亚锋;李嫣然【摘要】针对钻探作业中产生的钻柱黏滑振动现象,研究了仿真环境下钻柱系统的黏滑振动特性与振动产生机理.基于振动理论,建立了井下钻进系统的双自由度弹性模型,提出了一种模拟钻头-岩石摩擦力矩的算法;构造了钻进系统结构图,模拟了钻柱黏滑振动的变化规律,并通过极限环分析钻柱黏滑振动的产生机理;绘制钻井参数与振动幅值和周期的关系曲线,讨论了钻井参数对钻柱黏滑振动的影响.仿真结果表明,钻柱黏滑振动主要表现为钻头周期性地黏滞和滑动,属于一种由非线性摩擦力引起的自激振动;钻井参数的改变影响钻柱黏滑振动的剧烈程度.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2016(034)003【总页数】6页(P467-472)【关键词】钻柱;黏滑振动;弹性模型;特性仿真;产生机理【作者】付蒙;李江红;吴亚锋;李嫣然【作者单位】西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TE92石油与天然气的勘探作业中,钻井设备受到摩擦、压强、岩石质地等不确定因素影响,容易引发钻柱黏滑振动现象。

钻柱的剧烈振动是引起钻柱失效事故占钻井事故的主要原因[1]。

剧烈的黏滑振动发生时,井底钻具组合(BHA)的瞬时速度会增加到正常转速的3～9倍,非常容易破坏钻井设备[2]。

因此研究钻柱黏滑振动的动力学特性,分析振动产生机理具有现实的经济效益。

近年来,随着随钻测井技术的发展,钻柱动力学的研究取得了很大的进展。

Richard 和Detournay基于振动扭摆原理,用弹簧来模拟钻柱,用刚性飞轮来模拟BHA,建立了钻柱黏滑模型[3-4]。

Khulief通过拉普拉斯变换求解钻柱动力模型的方程式,解释了扭转向弯曲惯性组合引发钻柱黏滑振动的原因[5]。

文章编号:1000-2634(2008)06-0081-04油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析*石晓兵,陈平,熊继有( 油气藏地质及开发工程 国家重点实验室 西南石油大学,四川成都610500)摘 要:针对深井、超深井、高压油气井等钻井作业中安全高效的扩眼问题,研究随钻扩眼钻具组合在井下的实际受力情况,对随钻扩眼钻进钻柱扭转振动进行了三维有限元模拟,提出了研究扩眼器的质量偏心、钻机顶部支撑等因素对扭转振动作用的力学分析模型,并讨论了随钻扩眼钻具组合的扭转振动频率和动力学强度等力学问题。

通过分析提出了在实际施工作业中减少扭转振动带来危害的技术措施,为油气深井高效随钻扩眼的钻井参数的优化和安全钻进提供了理论基础和参考依据。

关键词:油气深井;钻井;随钻扩眼;扭转振动中图分类号:TE245 文献标识码:A DO I:10 3863/j i ssn 1000-2634 2008 06 019引 言随着石油工业的发展,油气勘探面临越来越复杂的地质问题,钻井难度越来越大,特别在深井和超深井中,钻井作业的复杂性、高压油气井的钻井作业等都使安全高效的扩眼作业技术需求不断增长,扩大井眼直径使其超过钻头尺寸可以解决复杂问题,例如盐层蠕变缩径、钻屑沉积、井壁形成虚泥饼。

在深井钻井中要求下多层套管,为了扩大井眼尺寸、降低钻井成本,增加了对更可靠的井下扩眼器的应用需求[1-2]。

随钻扩眼(R W D)是解决复杂深井阻卡、非常规井身结构应用和提高固井质量的有效手段。

目前这项技术掌握在国外技术服务公司手中,只做技术服务,工具研制和钻具组合设计原理没有公开报道过。

近年来国内开始了这类工具的研制与现场试验[3]。

加快国内随钻扩眼技术的发展与应用,进行随钻扩眼钻具组合设计及其受力分析研究,从而为油气深井高效随钻扩眼的钻井参数的优化和安全钻进提供理论基础和参考依据,以适应复杂深井超深井钻井的发展,具有重要的现实意义。

1 随钻扩眼钻柱扭转振动有限元分析钻头的周期性运动导致扭矩成周期性变化,引起周期性的扭转振动。

钻柱的黏滑与高频扭转耦合振动测量与分析李玉梅;邓杨林;张涛;于丽维;刘明【期刊名称】《石油机械》【年(卷),期】2024(52)5【摘要】钻井系统的自激扭转振动会导致钻头和地层之间的接触力或切削力相对速度出现下降特征。

为减轻这种机制的影响,通过对三轴振动的时域、频域分析,研究了钻柱扭转振动特征。

研究结果发现,低频的扭转振动会引发黏滑振动,黏滑振动频率为0.128 Hz,三轴振动和转速会出现周期性波动。

钻柱发生高频扭转振动(HFTO)时,三轴加速度都出现了177.2 Hz的主频率。

时域分析发现,切向加速度远大于轴向和法向加速度峰值,均方根值也较高,表明切向振动波动较大、能量高,说明此时井下正发生扭转振动。

黏滑与HFTO发生耦合时,法向加速度会出现2个主频,即黏滑时的主频和HFTO的主频。

高扭转频率会提高扭矩和机械转速导致钻具疲惫。

研究结果对描述扭转振动的特征,判断钻井过程是否发生黏滑、HFTO和及时采取消除黏滑振动、缓解钻具疲惫技术措施具有指导作用。

【总页数】7页(P40-46)【作者】李玉梅;邓杨林;张涛;于丽维;刘明【作者单位】北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室;北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室;新疆油田公司工程技术研究院;天津开发区鑫昌达船舶工程有限公司【正文语种】中文【中图分类】TE242【相关文献】1.钻柱系统黏滑振动的自激振动特性研究2.钻柱黏滑振动特性仿真与产生机理分析3.水平井钻柱-井壁摩擦诱导黏滑振动机理研究4.扭力冲击器对钻柱黏滑振动的影响分析5.深井钻柱纵-扭耦合下的黏滑振动特性分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

钻井液对钻柱振动特性影响分析钻井液对钻柱振动特性影响分析随着油田勘探和开发深入，钻井液在石油勘探中扮演着至关重要的角色。

钻井液在钻井过程中起到了冷却钻头、清洗井孔、控制孔壁稳定等重要作用。

然而，钻井液的使用也带来了一些问题，如钻柱振动。

钻柱振动是指在钻探过程中，由于地层结构、钻井液性质等因素的影响，使得钻柱发生震动的现象。

钻柱振动不仅会影响钻具寿命和钻井效率，而且会影响到钻井自动化程度的提高。

本文主要研究钻井液对钻柱振动特性的影响，通过实验和理论分析探讨这一问题。

实验部分：在实验中，我们先是选取了两种不同类型的钻井液，分别为石油基钻井液和水基钻井液，用来观察它们对钻柱振动特性的影响。

实验设备主要是一台高速万能试验机，试验中首先需要将液体加入到试验机中，以模拟真实的钻井液环境。

然后在极限负载下加以振动，记录振动过程中钻柱产生的振幅和频率。

实验结果表明，不同的钻井液对钻柱振动特性的影响存在明显差异。

石油基钻井液的密度大、粘度高，对钻柱振动有良好的阻尼作用，可以有效控制钻柱振动。

而水基钻井液的阻尼效果相对较弱，会加剧钻柱振动现象的发生。

理论分析部分：通过理论分析，我们进一步探究了钻井液对钻柱振动特性的影响。

理论模型主要基于新著名力学模型，包括杠杆作用、冲击力和液力反馈效应等。

实验结果和理论分析表明，钻井液对钻柱振动有着重要的影响，具体表现为两方面。

第一，钻井液对钻柱的动态特性有着非常显著的影响。

特别是其密度、粘度等物理特性，对钻柱的阻尼作用有着不可替代的作用。

因此，为了防止钻柱振动，需要选择良好的钻井液，以确保其阻尼作用。

第二，钻井液对孔壁的影响也会导致钻柱振动。

特别是在孔壁稳定性较差的情况下，钻井液的影响特别重要。

因此，在挑选钻井液时，也需要考虑其孔壁稳定效果。

综上，在钻井液的选择和使用中，需要综合考虑钻柱振动特性和孔壁稳定性等因素，以确保钻井过程的高效可靠性。

对于以上研究结果，我们认为钻井液与钻柱振动有密切联系的本质在于：首先，钻井液在钻井过程中需要扮演多重角色，包括冷却钻头、清洗井孔、控制孔壁稳定等，这些角色均需要通过液体介质来完成。

钻柱振动问题及其理论研究摘要：在工程实践中，钻柱被广泛的使用，而对其的具体利用做分析发现在工作的时候钻柱会出现振动的情况，这种情况不仅对钻柱的利用效率不利，对其的安全保证也十分不利，所以准确了解钻柱振动问题并对其做相应的研究现实意义显著。

文章对当前工程实践中的钻柱振动问题做具体的分析，总结其表现并对振动的具体原因等做分析，旨在全面的掌握影响钻柱稳定的因素，从而基于因素做钻柱使用的具体控制。

关键词：钻柱；振动问题；理论钻柱是工程实践中利用比较广泛的一种设备，比如自钻井实践中，钻柱具有着普遍性的应用。

对当前的钻柱使用做实践中分析发现钻柱会因为环境问题、设备自身的连接问题以及操作问题出现振动的情况，这种情况一方面影响了具体工程的质量，另一方面会造成安全威胁，所以为了保证工程施工的质量和安全，对钻柱问题进行全面的分析和研究有突出的现实价值。

一、钻柱振动的具体表现在工程实践中，钻柱是普遍利用的一种工具，其对工程的效率和质量有非常显著的影响。

就实际研究来看，所谓的钻柱具体指的是钻头以上，水龙头以下的钢管柱的总称，其主体包括方钻杆，钻铤，各种连接接头及稳定器等井下工具，其是快速优质钻井的重要工具，它是连通地面与地下的枢纽。

对目前的钻柱做具体的分析，振动是其使用中表现比较突出的一种文体，该问题主要有三种表现形式：第一种为纵向振动，这种振动在钻柱的具体利用中十分的常见，主要表现为钻柱呈纵向的不规则跳动，严重的时候会出现钻柱崩断的情况。

第二种为横向振动，这种振动具体表现为钻柱的横向不规则跳动，严重的时候会出现脱落的情况。

第三种是旋转振动，这种振动比较的复杂，在钻柱振动中的表现相对较少。

二、钻柱振动的影响因素对钻柱振动做具体的分析发现其在使用的过程中之所以存在振动，主要是三方面因素引起的，以下是具体的分析。

（一）设备问题首先，钻柱的振动产生与设备自身有显著的关系。

就钻柱的具体分析来看，其使用需要和钻头进行连接，如果在连接的过程中出现连接不稳的情况，那么钻柱的具体使用会因为动力原因出现不规则振动，严重的时候会出现钻柱脱落的情况。

对钻具振动信号分析钻具振动信号是一种极其复杂多样的振动波，能实时体现井下的工况信息。

文章作者首先对钻具振动的现状进行阐述，紧接着介绍钻具振动的产生机理，并针对具体的钻具振动信号分析方法进行阐述，从而有利于优化钻井参数，加快钻井速度，降低钻头与钻柱的早期损坏概率，避免出现钻头与卡钻事故，减少钻井成本，以供同行参考。

标签：钻具；振动信号；机理钻具振动信号具有实时体现井下工况的作用，它涵盖了结构与机械的内在特征与运作情况。

所以说，实时检测并分析钻具振动信号，能够识别出钻具的工作状态及其可能出现的机械故障问题。

作者在下文中将重点阐述钻具振动及其产生机理，并提出并分析三种钻具振动信号分析方法。

1 钻具振动的现状目前，钻具振动虽已取得了一定的发展，且深受人们关注，但我国国内对于钻具振动信号的研究尚处在初始阶段，依旧有不少问题存在。

（1）尚未真正地掌握钻具振动的综合规律，无法充分运用钻具振动信号，不知如何深入探究钻井的优化，不能准确地进行岩性识别与工况分析。

（2）井下振动的测量点同钻头之间存在一定距离，这无疑会削弱振动信号，产生信噪比。

为此，我们要对井下的振动进行实时的检测，并深入研究钻头振动测量的准确度与数据传送的可靠性。

2 钻具振动的产生机理阐述2.1 钻具横向振动的成因及特点偏转是横向振动的一大反应。

实际上，钻具之所以会出现偏转，主要是由于地层特征、钻井参数、钻头构造以及井眼条件等因素的影响。

在同等条件下，牙轮钻头出现偏转的可能性要比PDC钻头低。

当钻具在转动时，若BHA钻具或者钻头的任意一处与井眼的中心线转动相互偏离，那么钻具或者钻头就会发生偏转。

一旦开始偏转，就会形成较大的离心力，让接触点部位形成摩擦力，从而确保偏转的正常进行。

然而，钻具偏转会使得钻具在高频率的交变应力下形成疲劳破坏。

在一般情况下，钻具偏转的轨迹会出现一定的变动，钻杆的扶正器或者接头并非一直紧靠井壁，而是持续敲击井壁，其瞬时旋转中心也在不断地变动，导致钻头切削齿向后或横向切削井底岩石，进而导致PDC钻头复合片掉下来，减少钻头的使用时间。

超深井钻柱粘滑振动特征的测量与分析滕学清;狄勤丰;李宁;陈锋;周波;王敏【摘要】粘滑振动是引起钻具失效、影响钻井时效的复杂振动形式,国内外学者对其产生机理进行了大量研究,但至今没有定论.采用ESM钻柱振动测量工具测量了某超深井井下钻柱的三轴加速度,通过分析三轴加速度的特征,研究了井下钻柱的粘滑振动特征.结果表明:实测井段发生了大量的粘滑振动,粘滑振动频率约为0.11 Hz,粘滑振动周期约为9.0 s,粘滞时长达4.0 s,滑脱阶段井下钻柱转速最大达330.0r/min,约为地面转速的2.75倍;粘滑振动与地面测量扭矩波动具有很好的对应关系,说明可以通过地面测量扭矩特征初步判断井下钻柱是否产生粘滑振动.频域分析结果表明,当发生滑脱运动时,径向加速度的频谱中粘滑振动频率对应的能量幅值最大,同时还包含横向共振频率和与井壁接触产生的外激励频率等,但轴向振动的频谱中粘滑振动频率对应的能量幅值较小,表明钻柱粘滑振动过程中扭转振动最为突出,并存在强烈的横向振动和较弱的轴向振动.研究结果对描述粘滑振动的特征、判断超深井钻井过程是否发生粘滑振动和及时采取消除粘滑振动技术措施具有指导作用.%Complicated stick-slip vibration might induce drilling tool failure and negatively impact drilling efficiency.Much research has been conducted on the mechanisms that cause the generation of such a vibration but they have not been able to arrive at a confirmed conclusion.In this paper,we present a study in which we used ESM drill string vibration measuring devices and tri-axial accelerations of a downhole drill string in an ultra-deep well.Through the analysis of tri-axial acceleration,the stick-slip vibration features of the drill string were reviewed.Research results showed that massive stick-slip vibration occurred in the concerned interval with astick-slip frequency of 0.11 Hz,period of 9.0 s and a total stick time up to 4.0 s.During the slip stage,the maximum rotation speed of the downhole drill strings reached 330.0 r/min,approximately 2.75 times higher than that on the ground surface;Generally speaking,the stick-slip vibration was in accordance with fluctuations in surface torque.In other words,features of surface torque might be used for preliminary determination of stick-slip vibration of drill string in the borehole.Analysis of frequency show that stick-slip frequencies of radial acceleration were in accordance with the highest amplitude in energy during stick-slip.There were also horizontal resonance frequency and external exciting frequency generated by drilling string contact with the sidewall.But stick-slip frequencies of axial vibrations corresponded well with minor energy amplitudes.In conclusion,the stick-slip of the drill string may be characterized by torsional vibration.At the same time,there were intensive horizontal vibration and relatively weak axial vibrations.This study can provide as reference in stick-slip vibration characterization and removal strategy for eliminating it in ultra-deep wells drilling.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2017(045)002【总页数】8页(P32-39)【关键词】超深井;钻柱;粘滑振动;加速度;扭矩;频率【作者】滕学清;狄勤丰;李宁;陈锋;周波;王敏【作者单位】中国石油塔里木油田分公司,新疆库尔勒 841000;上海大学上海市应用数学和力学研究所,上海 200072;中国石油塔里木油田分公司,新疆库尔勒841000;上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072;中国石油塔里木油田分公司,新疆库尔勒 841000;中国石油塔里木油田分公司,新疆库尔勒 841000【正文语种】中文【中图分类】TE21钻井过程中，粘滑振动(stick-slip vibration)是引起钻头和钻具组合失效破坏的重要原因，其本质为自激产生的强烈扭转振动。

井下钻柱振动分析及DDS在现场的应用关键词：钻柱振动钻具加速度计 mwd一、井下钻具振动的定义及危害1.井下钻具振动的定义井下钻具震动是指井下钻具在受到外界震击以后，发生的周期性、围绕中心位置来回的弹性运动，进行能量释放的过程。

井下钻具的破坏方式主要有两种：1.1受到瞬间的强烈震击，碰撞对钻具造成破坏。

1.2受到外界能量输入以后，钻具自身发生的频繁的周期性的振动，使钻柱发生弹性破坏。

2.井下钻具振动的危害[2]破坏钻柱及钻头。

造成井下事故（如粘卡）浪费大量非生产时间，增加生产成本。

降低进尺，浪费不必要的能量在钻具振动上。

二、井下钻具振动的检测sperry-sun是通过dds（钻柱动力传感器）来测量井下钻具振动的。

而dds是由三个互成直角的加速计（x，y，z）组成。

x指钻柱中心在侧向上沿x轴上的加速度（axc）和钻柱径向上沿x轴方向上的离心加速度（rω2）的叠加，y指在侧向上钻柱中心沿与x 轴垂直的y轴上的加速度（ayc）和与离心力相垂直的加速度（rω）的叠加，r指钻柱的半径，ω指钻柱的转速（rpm）。

z指钻柱沿轴向方向的加速度（azc）[1]。

1.模拟/加速计板模拟/加速计板是一个被组合了加速计的模拟电路板。

模拟电路板用来监控，过滤和放大变频信号。

这种信号通过以下三种方式来体现：峰值，平均值和脉冲。

2.数字面板数字面板包含一个摩托罗拉8字节hc11处理器，512 kb ram， 32 kb eeprom（电子可擦只读内存）和一个温度传感器。

所有的数据（峰值，均值，脉冲和温度）计数范围为0-255。

三、钻柱振动的分类和影响因素1.振动机理及分类[1]：钻头和钻柱振动可分为三种类型：轴向：钻柱沿轴方向上的移动。

扭转：钻柱侧向扭转引起的移动。

横向：钻柱水平横向上的移动。

主要有以下六种常见的振动类型。

1.1钻头的跳动1.2粘/滑-扭矩引起的移动1.3钻头旋转-横向上的移动。

1.4钻具组合旋转- 横向上的移动。

深井钻柱振动规律的分析及应用韩春杰;阎铁;毕雪亮;陈要辉【摘要】钻柱振动是在当前钻井工程中的普遍现象,对钻井的影响很大,钻柱共振是钻柱失效的主要原因.文章研究深井钻柱的振动问题,以深井钻柱为研究对象,分析研究了钻柱的纵向振动、横向振动及扭转振动.首先,建立了深井钻柱各种振动的力学模型,获得了钻柱振动所遵循的物理规律,得到了钻柱的各种共振频率.然后,结合实际对振动规律进行了应用,该研究为减小深井钻具损坏和优化钻具设计提供了理论依据.【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2005(025)009【总页数】4页(P76-79)【关键词】深井;钻井;纵向振动;钻柱横向振动;扭转振动【作者】韩春杰;阎铁;毕雪亮;陈要辉【作者单位】大庆石油学院;大庆石油学院;大庆石油学院;大庆石油学院【正文语种】中文【中图分类】工业技术-J.• i--~ 天然气工业2005 年 9 月深井钻柱振动规律的分析及应用普韩春杰阎铁毕雪亮陈要辉｛大庆石油学院〉事事春杰等．深井钻柱振动规律的分析及应用．天然气工业， 2005;25(9) , 76～ 79摘要钻位振动是在当前钻井工程中的普遍现象，对钻井的影响很大，钻柱共振是钻柱失效的主要原因。

文章研究深井钻柱的振动问题．以深井＋伊拉为研究对象，分析研究了钻柱的纵向振动、横向振动及扭转振动．首先，建立了深井钻柱各种振动的力学模型．获得了钻柱振动所遵循的物理规律．得到了钻柱的各种共振频率．然后．结合实际对振动规律进行了应用．该研究为减小深井钻具损坏和优化钻具设计提供了理论依据．主题词深井钻井纵向振动钻柱横向振动扭转振动随着钻井技术的不断提高．勘探开发是国内外钻井的主要丁．作之一，已取得了很大的经济效益和社会敢益，然而深井钻具疲劳失效问题也比较突出。

钻柱的剧烈振动是引起深井钻具失效的主要原因，因为钻柱在剧烈振动的过程中，钻柱表面的应力集巾，应力较大处可能产生裂纹，裂纹延伸到一定程度时．钻柱会安然发生断裂事故．本文针对深井钻具失敢问题．进行深井钻具组合的钻柱力学分析，找出影响钻柱断裂、疲劳破坏的主要因素，提出减少钻具失效的方法和手段，对于提高深井钻井速度．降低钻井戚本有重要意义。

钻柱粘滑振动自适应控制系统研究钻柱粘滑振动自适应控制系统研究摘要：钻柱粘滑振动是钻井作业过程中常见的问题，对钻井效率和工作安全性有着重要影响。

为了解决这一问题，本文提出了一种钻柱粘滑振动自适应控制系统。

首先，对钻井过程中可能产生的振动进行了详细分析，并总结出振动的特点与特征。

然后，设计了一套自适应控制系统，将其应用到钻柱振动问题中。

1. 引言钻井作业中，钻柱粘滑振动是一种常见的问题。

钻柱振动不仅会降低钻井效率，还会对工作安全性产生重要影响。

因此，研究钻柱粘滑振动控制系统是一项非常有意义的工作。

2. 钻柱振动分析在钻井作业过程中，钻柱振动是由多种因素共同作用而产生的。

首先，钻井液的性质和运动状态对振动产生影响。

其次，钻井工具的结构和装配也会引起振动。

最后，钻井环境和地层条件也是振动发生的原因之一。

综合考虑这些因素，我们可以总结出钻柱振动的特点与特征。

3. 自适应控制系统设计为了解决钻柱振动问题，本文设计了一套自适应控制系统。

该系统主要包括传感器、控制器和执行器三个部分。

传感器负责采集钻井过程中的振动信号，并将其传输给控制器。

控制器根据接收到的振动信号，通过自适应算法不断调整控制策略，并将其传输给执行器。

执行器则根据控制器的指令，调整钻柱的运动状态，实现钻柱振动的控制。

4. 实验与仿真分析为了验证自适应控制系统的有效性，我们进行了一系列实验和仿真分析。

首先，我们搭建了一套实验平台，模拟了钻井作业的过程。

然后，通过改变不同的参数，观察钻柱振动的变化情况。

最后，我们比较了自适应控制系统和常规控制系统的效果差异，并分析了其原因。

实验结果表明，自适应控制系统能够有效降低钻柱振动的幅度和频率，提高钻井效率和作业安全性。

与常规控制系统相比，自适应控制系统具有更好的适应性和稳定性。

结论：本文提出了一种钻柱粘滑振动自适应控制系统，通过详细分析钻柱振动的特点与特征，设计了一套自适应控制系统，并进行了实验与仿真分析。

结果表明，该系统能够有效降低钻柱振动的幅度和频率，提高钻井效率和作业安全性。

钻柱粘滑振动自适应控制系统研究
钻柱粘滑振动是一种“运动-静止-再运动-再静止”的振动模式,往往发生于钻井深度达几千米以上的钻井工况。

粘滑振动一旦发生将容易导致钻进效率大幅降低、钻头损坏、钻杆断裂等故障。

本文研究钻柱粘滑振动自适应控制系统的主要目的是抑制钻柱粘滑振动,减小钻井事故,提高钻进效率。

文中主要从以下几个方面进行钻柱粘滑振动自适应
控制系统的研究:(1)将顶部转盘和底部钻具组合分别等效为两个集中质量块,把钻柱的质量等效到钻具组合上,钻柱等效为无惯性有扭转刚度的弹簧,建立钻柱动力学弹簧-质量模型。

对钻柱系统的弹簧-质量模型进行受力分析,建立了钻柱系统的运动模型,并对钻柱粘滑振动产生机理进行分析。

(2)建立龙伯格(Luenberger)观测器,估计钻具组合的实际运动情况;以观测器数据为基础,用局部参数最优化设计方法设计
了钻柱粘滑振动模型参考自适应控制算法,并对算法进行了稳定性分析。

搭建了控制系统仿真模型,为钻柱粘滑振动自适应控制系统的实现提供理论
支撑。

(3)完成了钻柱粘滑振动自适应控制系统的实现,主要包括三方面:1)人机交互单元的软硬件设计;2)控制算法单元的软硬设计;3)接口转换单元的软硬件设计。

为给用户提供友好的交互界面,人机交互单元采取Linux+ARM的嵌入式开发设计模式;自适应控制算法单元采用TMS320F2812DSP芯片作为主控芯片进行系
统设计,以满足系统对实时性的需求;对外接口单元采取STM32F407作为控制芯片进行系统设计,以满足系统与外部信息交互的需求。

(4)在完成钻柱粘滑振动自适应控制系统实现的基础上,进行半实物仿真实验。

油井钻柱粘滑振动仿真及控制策略研究作者：付蒙等来源：《价值工程》2014年第28期摘要：在石油钻井的过程中，钻井设备与岩层之间相互作用容易产生钻柱的粘滑振动。

主要表现为井底钻具组合周期性的粘滞、旋转。

为了更好地控制钻井平稳运行以及增强钻柱的性能，理解钻柱粘滑振动的复杂机理，研究粘滑振动控制策略具有重要的意义。

文章构建钻柱传动系统数学模型，对钻柱振动进行仿真分析，提出抑制钻柱粘滑振动的控制策略。

Abstract： During the drilling process， stick-slip friction between the drill bit and the rock can cause notable undesired drill-string stick-slip vibration. The drill-string stick-slip vibration exhibits drill bit intermittent stagnation and rotation. In order to better control the drilling operation and enhance the performance of the drill string， to understand the complex mechanism of stick-slip vibration of drill string and to research its control strategy has important significance. A mathematical model of the transmission system of drilling-string was established. According to its simulation， the characteristic of stick slip friction is analyzed and control strategy to restrain stick-slip friction is proposed.关键词：钻柱；粘滑振动；粘滑仿真；系统控制Key words： drill-strings；stick-slip oscillation；simulation of stick-slip；system control中图分类号：TE21 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）28-0045-020 引言钻具在切割岩层时受到摩擦、压强、岩石质地等因素影响，往往出现钻柱振动现象。