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2017年第45卷第12期石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERY—7 —◄钻井技术与装备►钻柱-钻头-岩石系统动力学特性研究胡志强1>2祝效华2郝军1姚嘉欣3(1.江汉机械研究所2.西南石油大学机电工程学院3.渤海钻探工程有限公司测井分公司）摘要：钻头、钻柱和岩石系统作为一个整体，其动力学特性相互耦合，相互影响，而现有文 献的研究中大都忽略了整个系统这种动力学耦合。
鉴于此，考虑下部钻具纵横扭动力耦合、钻头 与岩石非线性接触，建立了钻柱-钻头-岩石系统动力学模型。
采用有限元法模拟了三牙轮钻头破 岩钻进的动态过程。
研究结果表明：在三牙轮钻头破岩钻进过程中，钻头与岩石互作用以及由此 引起下部钻具振动均具有明显的非线性和随机性；由于牙轮钻头破岩方式以纵向冲击为主，钻具 纵向振动强于横向，动钻压平均振幅达到静钻压的40%以上；扭转振动可能引起负扭矩现象。
研 究结果为牙轮钻头破岩机理及井下钻具非线性动力学特性的研究提供了新思路。
关键词：牙轮钻头；岩石力学；动力学特性；非线性；振动；有限元法中图分类号：TE921 文献标识码：A doi: 10. 16082/ki.issn. 1001-4578.2017. 12.002Study on Dynamic Characteristics of drill String-drill Bit-rock SystemHu Zhiqiang1,2 Zhu Xiaohua2 Hao Jun1 Yao Jiaxin3(1. Jianghan Machinery Research Institute, CNPC Drilling Research Institute \ 2. School o f Mechanical Engineering, Southwest Petroleum University ； 3. Well Logging Company, BHDC)Abstract : Drill bit，drill string and rock system as a whole，has coupled and interacted dynamic characteris-tics, which is neglected in most of researches. In view of this, considering the coupling of axial and lateral torsion of the lower drilling tool and the non-linear contact between the drill bit and the rock, a dynamics model of drill string-bit-rock system has been established. By using the finite element method, the dynamic process of rock drilling by tricone bit has been simulated. The results showed that, the interaction between the drill bit and the rock and the consequent vibration of the lower drilling tool were obviously nonlinear and random in the process of rock drilling by tricone bit. Because the axial impact is dominant in tricone bit drilling rock, and the axial vibration is greater than lateral vibration，the average amplitude of the dynamic weight on bit is 40% more than that of the static weight on bit. Torsional vibration may cause negative torque. The results provide a new idea for the study of the rock breaking mechanism of cone bit and the nonlinear dynamic characteristics of the downhole drilling tool.Keywords ： cone bit ； rock mechanics ； dynamic characteristics ； nonlinear ； vibration ； finite element method到硬度大和研磨性差的岩层时振动尤为剧烈。
深井钻柱粘滑振动特性分析贾晓丽;钟晓玲;刘书海;计朝晖【摘要】粘滑振动严重影响钻柱系统的机械钻速,进而增加钻井成本,影响完井周期.为研究深井钻柱系统的粘滑振动特性,采用集中参数模型,通过钻头与岩石相互作用原则,既考虑钻头的摩擦作用,又考虑钻头的切削作用,建立钻柱系统轴向和扭转的耦合振动无量纲控制方程.基于MATLAB/Simulink软件对钻柱系统振动响应进行数值求解,分析了无量纲化控制参数,即转盘角速度、钻压以及粘性阻尼比、刀翼数对钻柱粘滑振动特性的影响.结果表明,确定的钻柱结构和系统参数存在发生粘滑振动的临界值,增大转盘转速、减小钻压、增大阻尼比到临界值时,钻头粘滑振动消失,同时增加刀翼数也会使粘滑振动得到抑制.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2018(047)006【总页数】7页(P1-7)【关键词】钻柱系统;切削作用;耦合振动;粘滑振动【作者】贾晓丽;钟晓玲;刘书海;计朝晖【作者单位】中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE921.2钻具在切割岩层时受到摩擦、压强、岩石质地等因素影响，经常会出现钻柱振动现象，造成严重的钻井问题，例如脱扣、跳钻、钻头的提前失效、较低的机械钻速以及BHA的失效等[1]。
通常，钻柱振动被分为纵向、横向及扭转振动3种形式。
本文研究的钻柱系统为旋转钻井系统，其广泛用于深层油气资源的勘探开发。
在深井的钻井过程中，随着井深的增加，岩石硬度增加，塑性增加，地质条件更加错综复杂，并且随着钻柱长度的增加，钻柱的等效转矩刚度降低，传递转矩不足，在钻柱、钻头与井壁、井底的摩擦作用下，钻柱系统极易产生粘滑振动。
钻柱粘滑振动被视为一种破坏性极大的扭转振动，将导致钻头及井下钻具的加速失效，严重影响钻井效率和钻井成本[2]。
1980年代，大位移钻井过程中出现的“粘滑”现象引起了钻井研究人员的注意，认为粘滑振动为扭转振动的一种特殊情况。
钻柱力学分析读者朋友，欢迎你来到这篇文章，这篇文章将为你提供一个深入的分析，关于叫做钻柱力学（Drilling Column Mechanics）的话题。
本文将概述钻柱力学的基本原理和它的在石油钻探中的应用，还将分析钻柱力学的可行性以及它在钻探方面的发展前景。
一、钻柱力学的基本原理钻柱力学的主要原理来自于两个优秀的物理原理：力的平衡和圆柱曲线力学。
力的平衡是指钻柱的各种力，如系统重力、钻柱扭矩、钻柱圆柱曲线力学及系统抗拉力，需要相互抵消，以维持力学稳定。
而圆柱曲线力学是指圆柱形轴向力的力学行为，可以用来计算钻柱的截面变形情况。
二、钻柱力学在石油钻探中的应用现代石油钻探技术中，钻柱力学是一个重要的因素，可以帮助工程师理解钻探过程中钻柱受力和变形的情况，以及如何确定在钻探过程中采取正确的措施。
此外，钻柱力学还可以用来估计井壁收敛变形，以及确定最佳钻柱尺寸，以减少钻井时间和成本。
三、钻柱力学的可行性在钻探过程中，钻柱受到各种不同的力，这些力会促使钻柱产生微小的变形，并在时间的推移中不断影响钻探过程的进展。
因此，利用钻柱力学可以有效地控制钻柱的受力状态，从而帮助钻探工程师在短时间内完成钻井。
此外，钻柱力学可以帮助建立仿真模型，以便工程师可以在实际钻探之前模拟出不同情况下的钻井受力和变形状况。
四、钻柱力学的发展前景由于石油钻探技术不断进步，钻柱力学在钻井过程中也将变得越来越重要。
目前，钻柱力学已经被广泛应用于石油钻探，但未来仍有很多空间可以改进和优化，如研发新型工具和材料，以及提高力学分析技术。
此外，研究人员正在尝试用钻柱力学来优化钻探布线，以减少钻探过程中的受力和变形。
总结以上是关于钻柱力学的详细介绍。
从上面可以看出，钻柱力学是一个非常重要的概念，它可以帮助工程师在短时间内完成钻井，而且在未来也会越来越受重视。
因此，为了提高石油钻探的效率，应该加强对钻柱力学的研究，以提升钻探技术水平。
钻柱工作状态及受力分析一、钻柱的工作状态在钻井过程中，钻柱主要是在起下钻和正常钻进这两种条件下工作。
在起下钻时，整个钻柱被悬挂起来，在自重力的作用下，钻柱处于受拉伸的直线稳定状态。
实际上，井眼并非是完全竖直的，钻柱将随井眼倾斜和弯曲。
在正常钻进时，部分钻柱（主要是钻铤）的重力作为钻压施加在钻头上，使得上部钻柱受拉伸而下部钻柱受压缩。
在钻压小和直井条大钻压，则会出现钻柱的第一次弯曲或更多次弯曲（图1）。
目前，旋转钻井所用钻压一般都超过了常用钻铤的临界压力值，如果不采取措施，下部钻柱将不可避免地发生弯曲。
在转盘钻井中，整个钻柱处于不停旋转的状态，作用在钻柱上的力，除拉力和压力外，还有由于旋转产生的离心力。
离心力的作用有可能加剧下部钻柱的弯曲变形。
钻柱上部的受拉伸部分，由于离心力的作用也可能呈现弯曲状态。
在钻进过程中，通过钻柱将转盘扭矩传送给钻头。
在扭矩的作用下，钻柱不可能呈平面弯曲状态，而是呈空间螺旋形弯曲状态。
根据井下钻柱的实际磨损情况和工作情况来分析，钻柱在井眼内的旋转运动形式可能是自转，钻柱像一根柔性轴，围绕自身轴线旋转；也可能是公转，钻柱像一个刚体，围绕着井眼轴线旋转并沿着井壁滑动；或者是公转与自转的结合及整个钻柱或部分钻柱做无规则的旋转摆动。
从理论上讲，如果钻柱的刚度在各个方向上是均匀一致的，那么钻柱是哪种运动形式取决于外界阻力（如钻井液阻力、井壁摩擦力等）的大小，但总以消耗能量最小的运动形式出现。
因此，一般认为弯曲钻柱旋转的主要形式是自转，但也可能产生公转或两种运动形式的结合，既有自转，也有公转。
在钻柱自转的情况下，离心力的总和等于零，对钻柱弯曲没有影响。
这样，钻柱弯曲就可以简化成不旋转钻柱弯曲的问题。
在井下动力钻井时，钻头破碎岩石的旋转扭矩来自井下动力钻具，其上部钻柱一般是不旋转的，故不存在离心力的作用。
另外，可用水力荷载给钻头加压，这就使得钻柱受力情况变得比较简单。
二、钻柱的受力分析钻柱在井下受到多种荷载（轴向拉力及压力、扭矩、弯曲力矩）作用，在不同的工作状态下，不同部位的钻柱的受力的情况是不同的。
钻柱一、钻柱的作用与组成二、钻柱的工作状态与受力分析三、钻柱设计一、钻柱的组成与功用（一）钻柱的组成钻柱(Drilling String)是钻头以上，水龙头以下部分的钢管柱的总称.它包括方钻杆(Square Kelly)、钻杆(Drill Pipe)、钻挺(Drill Collar)、各种接头(Joint)及稳定器(Stabilizer)等井下工具。
（二）钻柱的功用(1)提供钻井液流动通道；(2)给钻头提供钻压；(3)传递扭矩；(4)起下钻头；(5)计量井深。
(6)观察和了解井下情况（钻头工作情况、井眼状况、地层情况）；(7)进行其它特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）；(8)钻杆测试 ( Drill-Stem Testing),又称中途测试。
1. 钻杆（1）作用：传递扭矩和输送钻井液，延长钻柱。
（2）结构：管体+接头（3）规范：壁厚：9 ～ 11mm外径：长度：根据美国石油学会(American Petroleum Institute,简称API)的规定，钻杆按长度分为三类：第一类 5.486～ 6.706米(18～22英尺)；第二类 8.230～ 9.144米(27～30英尺);第三类 11.582～13.716米(38～45英尺)。
常用钻杆规范（内径、外径、壁厚、线密度等）见表2-12•丝扣连接条件：尺寸相等，丝扣类型相同，公母扣相匹配。
•钻杆接头特点：壁厚较大，外径较大，强度较高。
•钻杆接头类型：内平（IF）、贯眼（FH）、正规（REG）； NC系列•内平式：主要用于外加厚钻杆。
特点是钻杆通体内径相同，钻井液流动阻力小；但外径较大，容易磨损。
贯眼式：主要用于内加厚钻杆。
其特点是钻杆有两个内径，钻井液流动阻力大于内平式，但其外径小于内平式。
正规式：主要用于内加厚钻杆及钻头、打捞工具。
其特点是接头内径<加厚处内径<管体内径，钻井液流动阻力大，但外径最小，强度较大。
三种类型接头均采用V型螺纹，但扣型、扣距、锥度及尺寸等都有很大的差别。
超深井射孔管柱动态力学分析陈华彬,唐凯,任国辉,廖志开,欧跃强(中国石油集团川庆钻探工程有限公司测井公司,重庆400021)摘要:超深井射孔完井过程中，射孔瞬间形成的动态载荷对射孔管柱产生影响，严重时会使射孔管柱弯曲、断裂。
通过管柱动力学理论分析，利用PulsFrac射孔工程软件对射孔管柱在超深井井况下进行力学仿真。
利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对射孔管柱进行隐-显动力学分析。
认识到射孔管柱受到口袋长度、井液密度、管柱长度、射孔厚度、井深以及枪弹变化等因素影响，射孔时受约束的封隔器下端面处射孔管柱受力最大。
提出了提高油气井射孔管柱安全性的6项措施。
关键词:石油射孔;超深井;射孔管柱;动态力学;仿真;有限元分析;安全性中图分类号: TE256.2文献标识码: A1超深井射孔管柱动力学效应超深井射孔井下情况较为复杂，射孔管柱是一个关键部位。
射孔冲击波形成的动态载荷使射孔管柱产生振动，促使管柱轴向拉伸或压缩，严重情况下会使射孔管柱弯曲，甚至断裂[2]。
一般情况下，超深井射孔都会结合封隔器一起作业，以便缩短试油周期和降低成本。
井筒内的射孔管柱上端受到封隔器约束，周围受到套管的限制，射孔管柱可当成单自由度运动体系。
2超深井井况因素对管柱的影响利用射孔工程软件PulsFrac[3]对井况条件下管柱进行影响分析，将油气井基本数据包括地层岩性、杨氏模量、泊松比、孔隙度、渗透率等参数输入到软件中，通过计算模拟出射孔管柱受力变化情况(见表3超深井管柱的有限元分析ANSYS/LS-DYNA软件的动态松弛功能可以实现管柱的隐-显动力学分析。
射孔管柱准静力学阶段的重力载荷可以采用隐式分析，对几何模型应力初始化；射孔瞬间的动态载荷对管柱作用采用显式分析，获取管柱动态阶段的最大响应[5-6]。
一般情况下射孔管柱较长，可能几十米到几百米不等，连接着不同性质的工具,对射孔管柱进行数值分析时进行简化。
4结论利用射孔专业软件的仿真和有限元隐-显动力学分析，表明射孔管柱可以通过这2种软件的应用来预测油气井射孔瞬间射孔管柱的安全性。
华中科技大学硕士学位论文超深井石油钻机转盘驱动系统振动特性分析姓名：彭超申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：陈学东20080529摘要为了开采位于地表深层的油气资源，缓解国内能源紧缺的局面，同时为了提高国产钻机在国际市场上的竞争力，研制具有自主知识产权的高性能超深井石油钻机迫在眉睫。
转盘驱动系统作为驱动钻具钻进的动力系统，其性能直接影响着超深井钻机的生产率和使用寿命。
本文基于有限元方法和虚拟样机技术，重点研究了某超深井石油钻机转盘驱动系统的扭转振动特性和启动性能、抗干扰性能、制动性能。
其研究的内容与成果如下：对转盘驱动系统关键零部件动力学参数进行了有效辨识。
根据转盘驱动系统的传动原理和各零部件的结构特点，在Pro/E中建立了转盘驱动系统的三维几何模型。
通过线性静力学分析和正则模态分析分别计算了弹性柱销联轴器的扭转刚度。
通过线性静力学分析计算了二档齿轮变速箱内的两档齿轮传动、转盘内锥齿轮传动的扭转刚度，得到了三对齿轮传动的扭转刚度随输入扭矩变化的曲线。
根据计算的扭转刚度系数，计算了相应零部件的扭转阻尼系数，并结合实际情况加以修正。
对转盘驱动系统振动特性进行了仿真分析。
利用计算得到的扭转刚度/阻尼系数，建立了转盘驱动系统参数化的动力学模型。
分别对高速档、低速档齿轮传动情况下的转盘驱动系统进行了振动模态分析，研究了钻杆的角速度对电动机输入扭矩的频率响应特性。
通过对转盘驱动系统的动力学仿真，分析了其启动性能、抗干扰性能和制动性能，均满足使用要求。
本文的工作对今后超深井石油钻机转盘驱动系统的研制有一定的指导意义。
关键词：钻机，转盘驱动系统，扭转刚度，动力学仿真，模态分析，频响分析AbstractIn order to exploit deep oil and gas resources, ease the shortage of domestic energy, and enhance China-made drilling rig’s competitiveness in the international market, it is imminent to develop high-performance ultra-deep drilling rig with independent intellectual property rights. Rotary table drive system being the power system to drive drill-strings, its performance directly impacts on the productivity and life expectancy of ultra-deep drilling rig. In this article, based on the finite element method and virtual prototype technology, the torsional vibration characteristics of an ultra-deep drilling rig’s rotary table drive system are studied. The start-up performance, anti-jamming performance and braking performance are also analyzed. This thesis’s research contents and results are as follows:The dynamic parameters of the complex key components in the rotary table drive system are effectively identified. According to the transmission principle of the rotary table drive system and the structural features of its components, the three-dimensional geometric model of the rotary table drive system is established in the Pro/E software. Through linear static analysis and normal mode analysis, the elastic pin coupling’s torsional stiffness is calculated respectively. Using linear static analysis, the torsional stiffness coefficients of two gear pairs in the gear box and the bevel gear pair in the rotary table are computed. And the curves of these three gear pairs’ torsional stiffness according to the input torque are plotted. Based on the torsional stiffness coefficients which have been worked out above, the torsional damping coefficients of corresponding components are estimated. With comprehensive considering actual situations, estimated values are revised.The dynamic characteristics of the rotary table drive system are analyzed. On the basis of the torsional stiffness/damping coefficients derived above, the parameterized dynamic model of the rotary table drive system is established. Respectively aimed at high-speed and low-speed gear transmission conditions of the rotary table drive system, the vibration mode analysis is accomplished, and the frequency response characteristic of the drill pipe’s angular velocity according to the motor’s output torque is also analyzed. Through the dynamic simulation of the rotary table drive system, its start-up performance, anti-jamming performance and braking performance are analyzed and can meet the requirements in actualsituations.The research work of this thesis has definite instructive significance for the future development of the ultra-deep drilling rig’s rotary table drive system.Keywords: Drilling Rig, Rotary Table Drive System, Torsional Stiffness, Dynamic Simulation, Mode Analysis, Frequency Response Analysis独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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。
超深井钻柱动态疲劳失效特征及参数优选
王文昌;徐祖凯;周星;王昭彬;陈锋
【期刊名称】《石油钻探技术》
【年(卷),期】2024(52)2
【摘要】随着油气勘探深度不断增大,超深井钻柱井下振动更加复杂,应力状态随时间变化显著,为保障超深井钻柱的安全性,开展了受空间挠曲井筒约束超细长钻柱的动态疲劳失效特征研究,并进行钻柱结构及工作参数优选。
基于实际井眼轨迹,考虑钻柱与井壁的碰撞特征,通过有限元仿真分析,得到全井钻柱动力学特性;根据疲劳损伤累积理论,研究了超深井全井钻柱在非对称循环变幅应力状态下的疲劳强度;结合现场实例,研究了超深井钻柱的危险截面,分析了钻柱疲劳强度随转速、钻压和稳定器安装位置的变化规律。
研究表明:钻压和高转速对钻柱疲劳强度的影响较大,低转速对钻柱疲劳强度的影响较小;稳定器可以大幅降低底部钻具组合疲劳失效的概率,而且稳定器安装位置对钻柱疲劳强度的影响较为显著。
研究结果为超深井钻柱组合结构参数和钻井参数优选提供了理论依据。
【总页数】8页(P118-125)
【作者】王文昌;徐祖凯;周星;王昭彬;陈锋
【作者单位】上海大学力学与工程科学学院;上海市应用数学和力学研究所;上海大学机电工程与自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE21
【相关文献】
1.深井随钻扩眼钻柱动力学分析及钻井参数优选
2.深井、超深井钻柱失效的力学机理分析及预防对策
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4.提高深井和超深井钻柱使用寿命的途径
5.塔里木盆地超深井311.2mm井眼钻柱动力学特性及参数设计
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万米深井上部大尺寸井眼钻柱动力学特性研究祝效华;李柯;李文哲;贺明敏;佘朝毅;谭宾【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2024(44)1【摘要】油气勘探已向更深、更复杂的超深层的万米勘探新领域推进,但上部大尺寸井眼给万米深井的钻井提出了巨大挑战:岩石硬和返速低导致钻速慢,大尺寸井眼内剧烈振动导致钻具裂纹多发,钻压小则钻速慢,钻压稍大则下部振动快速加剧从而导致大尺寸钻具使用寿命远低于预期。
为此,在对比研究了深地川科1井(以下简称SDCK-1井)和毗邻8000 m超深井上部井段钻柱振动问题基础上,基于全井钻柱系统动力学模型和数值仿真方法,针对性研究了大尺寸井眼中的钻柱动力学特性。
研究结果表明:①井眼尺寸越大,钻头和下部钻具的振动越剧烈,SDCK-1井二开大尺寸井眼与邻井中等尺寸井眼相比(井深500 m处),其钻头及下部钻具振动强度均值分别增加了48.0%和41.5%,比SDCK-1井三开中等尺寸3000 m井深的钻头及下部钻具振动强度均值分别高了29.0%和2.9%;②相同井眼尺寸和岩石特性情况下,下部钻具组合比钻柱整体长度对钻头振动的影响更大,优化下部钻具组合能够明显改善钻头振动,保护钻头,同时还可以提高钻头破岩能量利用效率实现钻井提速;③在大尺寸井眼中钻头破岩激励向上传播,横向振动衰减慢于轴向振动衰减,大尺寸钻头扭矩更大且钻压和扭矩波动更加明显,因此从保护下部钻具的角度出发,大尺寸井眼钻具组合对抑制横振更加有效;④大尺寸井眼中下部钻具弯矩和弯矩波动更大,现场频繁出现的钻具裂纹除受控于整体振动强度较大以外,交变弯矩是裂纹发生的重要原因。
结论认为,该研究成果揭示了超深井大尺寸井眼中钻柱的动力学特性,指出了应着重控制横振和交变弯矩,该认识可以为超深井上部大尺寸井眼钻井提供技术指导。
【总页数】9页(P49-57)【作者】祝效华;李柯;李文哲;贺明敏;佘朝毅;谭宾【作者单位】西南石油大学;中国石油西南油气田公司;中国石油川庆钻探工程有限公司【正文语种】中文【中图分类】TE2【相关文献】1.斜直井眼中钻柱的动力学特性分析2.深井大尺寸井眼钻速低的原因及对策3.大斜度小井眼随钻扩眼钻柱动力学研究4.超深井上部大尺寸井眼稳定器接头母扣失效机制5.塔里木盆地超深井311.2mm井眼钻柱动力学特性及参数设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
