横向振动对水平井眼中钻柱摩阻的影响研究_张会增

针对可调弯螺杆钻具振动特性研究摘要：可调弯螺杆钻具在减少钻具储备量、降低定向井、大斜度井、水平井钻井成本方面起到十分有效的作用，但是，在超深井钻井过程中，由于钻井工况存在的复杂性，螺杆钻具出现刺漏和连接螺纹断裂的失效情况时有发生，一般失效过程为产生疲劳裂纹、产生疲劳断裂，一般造成这种情况的原因和钻柱整体振动有关。

文中通过建立钻柱动力学模型研究可调弯螺杆钻具振动特性，为进一步研究深井钻井钻具失效夯实研究基础。

关键词：可调弯；螺杆钻具；振动特性钻具振动是螺杆钻具产生失效的主要原因，因此，对螺杆钻具进行振动特性研究对保证螺杆钻具的安全性十分必要。

文中利用钻柱动力学分析法建立钻柱动力学分析模型，对可调弯螺杆钻具全井段所承受的纵向、横向和扭转振动振型和固有频率进行模拟，通过分析不同弯角螺杆钻具在井下产生共振的可能性，确定在进行可调弯螺杆钻具钻井参数设计的过程中要尽量避免或减小钻柱在低阶固有频率上产生共振，要适当考虑配置扶正器、减震器等不同类型的深井减振工具。

1钻柱动力学分析模型1.1钻柱动力学建模钻柱在井下的受力情况和运动状态比较复杂，在分析前必要进行一定假设，为简化建模，在建模师不考虑钻杆间螺纹连接和钻杆连接接头截面变化，钻杆分段内视为同一内外径，为了便于计算，忽略不同钻具间转换接头和工具外径变化。

从钻头开始向上划分成多个单元，任取一个单元中心轴线为 ,与分别于截面主惯性轴相重合，在每个节点取移动位移和转动位移，包含六个自由度。

单元总能量=动能+势能，任意取钻柱元段分析，该元段动能可表示为：弯曲扭转变形能为：单元体的总势能为：1.2接触函数在进行钻柱动力学分析过程中，要充分考虑到钻柱和井壁间的接触碰撞与摩擦，假设钻柱振动的阻尼影响因素包含钻井液的影响、钻柱材料的内摩擦，钻柱和井壁间的接触力与摩擦力主要被分解为径向力和切向力，主要可以通过IM-PACT冲击函数进行求解。

首先假设井壁径向摩擦因数和轴向摩擦因素相等，摩擦力分配为：此时，钻柱和井壁之间产生的摩擦切向力对钻柱产生一个摩擦等效力矩,通过等效摩擦力矩就可以模拟钻柱和井壁接触过程中的摩擦情况。

收稿日期:2006203230作者简介:张宝增(19642),男,河北遵化人,博士研究生,主要从事油气钻、完井及井下作业工程领域的研究工作。

文章编号:100123482(2006)0520009204侧钻水平井钻柱动力学几个关键问题研究张宝增,王瑞和(中国石油大学石油工程学院,山东东营257061)摘要:通过对实际钻井经验总结和钻柱动力学研究现状分析,认为反转运动是钻柱疲劳失效的一个主要原因,侧钻水平井钻柱的反转运动尤其需要进一步研究。

钻柱的接触摩擦影响到井身剖面、钻柱及下部钻具组合的优化设计。

目前对钻柱动态摩阻和大变形后摩阻问题研究不足,井眼中固体、流体耦合关联,钻井液阻尼对钻柱动态影响不能忽略,钻柱内钻井液可处理为附加质量,但外部钻井液则应考虑为阻尼。

为了实现依据钻柱动力学的井眼轨迹控制,应特别重视钻柱振动特性与钻头受力状况的相互影响。

关键词:侧钻;水平井;钻柱;反转;振动;摩阻;液体阻尼中图分类号:TE921.201 文献标识码:AAnalysis on the key dynamic problems of the drill string in sidetracked horizontal w ellZHAN G Bao 2zeng ,WAN G Rui 2he(College of Pet roleum Engineering ,China Uni versit y of Pet roleum ,Dongy ing 257061,China )Abstract :The present sit uation of researches on dynamics of t he drill st ring in sidet racked horizo ntal well was analyzed ,and several important p roblems were p ut forward in t his paper.First of all ,t he backward p recession is t he main factor which causes fatigue failure of drill st ring ,but no detailed information is a 2vailable for sidet racked horizontal well.Secondly ,t he st udy on t he contact 2f riction problem between drill st ring and hole wall is not enough to optimize t he well profile ,t he drill st ring and t he bottom hole assem 2bly.The f riction of buckled st ring and t he dynamic f riction of rotary st ring must be st udied caref ully.Third t he fluid damp must be considered when st udying vibrations of t he drill st ring ,and t he drilling fluid out side t he pipe should not be regarded as accessional mass.Finally ,in order to control t he well pat h by dynamics ,great attention should be paid to t he interaction between bit and drill st ring.K ey w ords :sidet racking ;horizontal well ;drill st ring ;backward p recession vibration ;friction ;fluid damp ; 在钻井过程中,钻柱受力状况复杂[1],工作环境恶劣,是一个复杂的动力学系统,侧钻水平井钻柱受力更具复杂性和特殊性。

水平井钻柱摩阻、摩扭分析张宗仁一、文献调研与综述在水平井中，由于重力的作用，钻具总是靠着井壁（或套管）的，其接触面积就比直井大很多所产生的摩擦力和扭矩将会大大的增加。

对管柱的摩擦阻力和轴向拉力研究计算，保证钻井管柱（钻柱或则套管，油管）的顺利上提和下放。

如今，国内外已经有很多关于磨阻计算的力学模型，主要分为两大类：一类为柔杆模型，另一类为柔杆加刚性模型。

1．1约翰西克柔杆模型：约翰西克(Johansick)在1983年首次对全井钻柱受力进行了研究，为了研究的方便，在研究过程中.他作了以下几点假设: (1)钻柱与井眼中心线一致； (2)钻柱与井壁连续接触:(3)假设钻柱为一条只有重量而无刚性的柔索； (4)忽略钻柱中剪力的存在:(5)除考虑钻井液的浮力外忽略其他与钻井液有关的因素。

在此假设条件下，建立了微单元力学模型，根据单元的力学平衡，推导出如下的拉力、扭矩计算公式:1222cos [(sin )(sin )]t T W NM NrN T T W αμμθααα∆=±∆==∆+∆+式中：T:钻柱单元下端的轴向拉力，N ； Mt:钻柱扭矩，N.m ；N:钻柱与井壁的接触正压力，N ； W:钻柱在钻井液中的重量，N ； u:钻柱与井壁的摩擦系数； r:钻柱单元半径；a,△a,△θ:平均井斜角，井斜角增量，方位角增量;起钻时取“+”，下钻时取“-”。

1．2二维模型:Maida 等人对拉力、扭矩进行了平面和空间的分析，建立了应用于现场的二维和三维的数学模型。

他建立的二维模型和三维模型如下:111211111**[(1)(sin sin )2(cos cos )]1exp[()](exp[()](Ai Ai B i i B i i BB i i B i i i i i qRF A F C a A a C a A a A a a A a a l l a a μμμμμ-------=+--+-+=-=---i 起钻)下钻)R=式中B μ为摩擦系数，li 计算点井深，FAi 为计算点轴向载荷，C1、C2为符号变量，其取值由表1-1给出：1111()()()()[()][()*()()*()()*()arccos[cos()*sin *sin cos *cos ]24()()(1)1Au B s N N b u b p i i i i i i i i s F q l C l q l dlq l q l q l q l q l q b l q l q p l l l R a a a a C l l μμθθγππ----=±=+===-=-+=-+式中u(l) , b(1) , p(1)分别为计算单元井段切线、副法线和主法线方向向量。

钻柱纵向\横向振动分析研究进展作者：刘磊刘剑辉来源：《硅谷》2011年第03期摘要：钻井是石油生产中的重要环节，而钻柱更是重中之重。

主要阐述当前钻柱振动研究的基本方法和基本理论。

通过对钻柱纵向、横向振动的分析，找出振动规律。

这些研究对于钻柱乃至整个生产过程的安全性有十分重要的作用。

关键词：钻柱；振动；安全性中图分类号：TE2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0210025－010 引言石油行业中，生产中的各个环节紧密联系。

石油钻井是油田生产中最基础的环节，钻井的质量直接影响到后续生产；钻井也是生产各个环节中投入最大、难度最大的。

在石油钻井中，钻柱能否安全工作，不仅影响到油田安全；通过降低油田钻柱的失效事故，也能极大程度提高油田的经济效益。

在众多导致钻柱失效的原因中，由于钻柱振动产生的危害不容忽视。

对钻柱危害最大的振动主要为钻柱横向和纵向振动。

对钻柱振动的研究历来是国内外学者的重要研究方向。

上世纪80年代开始众多学者对其进行了深入的分析，近年来随着计算机技术和有限元分析技术的提高，计算机仿真分析也成为了一个重要的研究方法。

但是，钻柱的振动是一个极其复杂的过程，许多理论和研究成果还待进一步修改和完善。

1 钻柱振动危害钻柱振动会对油田生产带来极大危害。

首先，由于钻柱的振动，会产生交变载荷，长期工作在交变载荷下容易导致钻柱的疲劳失效，钻柱疲劳破坏是一种典型的钻柱失效形式。

在井眼中，套管是井壁唯一的保护层，钻柱在套管中工作，由于钻柱和套管的接触，加大了套管的磨损程度。

而且当钻柱的固有频率与激励频率接近时，钻柱会发生共振，此时钻柱受到的影响是最大的。

在油田生产中，钻柱失效不胜枚举。

2 钻柱振动基础理论目前，国内外学者对钻柱进行了一系列的研究分析，主要还是基于一些基本振动理论进行的分析。

这其中最主要的方法就是非线性分析方法。

基于这些理论和方法完成了对钻柱纵向、横向的振动分析。

当系统振动过程可以用非线性微分方程描述时，此时系统的振动称之为非线性振动。

浅谈水力振荡器的原理与应用在斜井钻进中，钻具基于重力影响会自然贴合下井壁，并与井壁产生静摩阻，滑动钻进中则进一步演变为托压现象，常导致工具面摆置困难、机械钻速降低、单趟钻进尺减少等问题;若活动钻具不及时，则有可能引发钻具粘卡事故，严重时可致单井报废。

因此，降低摩阻、减缓托压已然成为安全钻井的重要环节。

摩阻大小由钻柱自重在井眼轨迹法线方向上的分力和静摩擦系数来决定。

在滑动钻进中，技术人员往往通过向泥浆中添加润滑剂或进行短起下（目的为修整井壁）等方式来降低静摩擦系数，从而达到降低摩阻、减缓托压的目的。

由经典物理可知静摩阻大于滑动摩阻，因此，可以通过把静摩阻转化为动摩阻来减缓托压。

标签：摩擦阻力;扭矩;水力振荡器;托压0前言钻井过程中，钻具贴合下井壁会产生摩擦阻力，摩擦阻力贯穿于整个钻井作业中。

其中旋转钻进中摩擦阻力会让钻柱所承受的扭矩是所有工况下的最大值，甚至会出现钻柱强度不够而导致钻具断裂。

而滑动钻进会产生轴向摩阻，一旦轴向摩阻大到完全平衡掉上部钻柱重力在轴向上的分量，钻头便难以得到钻压，钻头无钻压将无法钻进，产生“托压”现象。

这样不但会严重影响了水平井的钻井效率，也容易引起压差卡钻等井下故障。

为此相关研究人员做了多种尝试。

其中优化井眼轨迹、在钻井液中加入润滑剂和使用滚动扶正器等方法可以有效地降低摩擦阻力，同样的使用水力振荡器，利用机械振动将钻具与井壁之间的静摩擦力转化为动摩擦力以降低摩擦阻力，为我们水平钻进提供了一个新思路。

1结构与原理1.1 结构水力振荡器主要由动力部分（定子和转子）、阀轴系统（动阀和定阀等）和振荡短节部分（心轴和碟簧等）等组成。

其中，花键心轴用于传递扭矩，碟簧通过压缩或者拉伸释放能量，产生轴向振动，钻井液驱动转子旋转，在定子末端进行平面往复摆动，定阀与动阀做相对运动，使过流面积发生变化。

1.2 工作原理动力部分将钻井液动能通过转子转换为旋转的机械能，使动阀旋转，并使其工作时产生的流量呈周期性变化（尽可能为正弦波），使压力产生水击现象，水击作用于阀座上产生的温和振荡力通过钻具传递给钻头，形成周期性连续柔和变化的钻压。

钻井过程中钻柱的横—扭耦合振动分析王鸿雁;肖文生;刘忠砚;侯超;崔俊国;付雷【摘要】钻井过程中,钻柱的横-扭耦合振动是钻井作业工程中无法避免的一种运动形态,也是产生钻柱故障和系统噪声的原因之一.针对实际钻井过程中,钻柱在井下的受力情况复杂,提出采用了一种简化假设方法,对局部坐标系中空间钻柱单元与间隙元进行分析,推导出钻柱横—扭耦合振动的动力学矩阵和钻井过程中钻柱的横—扭耦合振动规律,从而取得了钻井过程中钻柱的横—扭耦合振动特性,对于钻井过程中振动和噪声的控制与故障排除也提供了有价值的参考.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2014(034)001【总页数】6页(P61-66)【关键词】振动与波;钻柱;横扭耦合振动【作者】王鸿雁;肖文生;刘忠砚;侯超;崔俊国;付雷【作者单位】中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛,266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛,266580;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛,266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛,266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛,266580;北京石油化工工程有限公司西安分公司,西安710000【正文语种】中文【中图分类】TB52振动问题是钻井过程中的一种重要的危害和噪声来源。

为了提高钻井的可靠性和安全性，降低钻井的工作噪声，对钻井过程中钻柱的振动问题进行研究是有必要的。

钻柱横扭耦合振动是引起钻井故障的原因之一，横扭耦合振动的加剧会造成钻杆断裂、钻杆磨损严重、噪声过大等问题，这些都会影响钻进的动力性和安全性。

对钻进过程中钻柱横扭耦合振动的研究具有重要的意义。

在垂直井中，假设钻进前，钻柱轴线与井眼轴线重合，并且没有初始变形；在钻进过程中，由于钻柱很长且柔性较好，在载荷作用下一般不会产生塑性变形，因此可以认为材料是线弹性的。

在狭长的井眼中，钻柱的变形受井壁的限制，产生了钻柱与井壁之间的接触问题，接触点的位置是未知的，并且在接触点处，钻柱与井壁之间存在摩擦力，于是，形成了接触摩擦非线性问题。

水平井钻柱纵向振动研究的开题报告
一、研究背景和意义
水平井是一种油气钻井方式，与直井相比，其具有水平延伸距离大、生产能力高等优点，越来越受到油气开采企业的重视。

然而，钻井过程中井钻柱的纵向振动会对钻井效率和设备寿命产生不利影响。

因此，研究水平井钻柱纵向振动及其控制方式具有重要意义。

二、研究内容
本文旨在研究水平井钻柱纵向振动特征及其控制方式。

具体研究内容如下：
1、搜集水平井钻井数据，分析钻柱纵向振动的原因和机理。

2、研究钻柱失稳时的动力模型，建立水平井钻柱纵向振动数学模型。

3、分析纵向振动的频率响应特性和稳定性，给出控制策略。

4、采用数值仿真方法验证控制策略的有效性。

三、研究方法
1、采用实验数据分析法，分析钻柱纵向振动的原因和机理。

2、建立水平井钻柱纵向振动数学模型，采用控制理论分析纵向振动的频率响应特性和稳定性。

3、采用MATLAB等数值仿真软件，对控制策略进行验证和优化。

四、预期成果和创新点
本研究旨在探索水平井钻柱纵向振动的机理和控制方式，预期成果如下：
1、揭示水平井钻柱纵向振动的机理和特征，给出控制策略。

2、建立基于控制理论的水平井钻柱纵向振动模型，实现对纵向振动的预测和控制。

3、验证控制策略的有效性，为水平井钻井提供指导意见。

本研究的创新点在于：1、研究水平井钻柱的纵向振动机理和特征；2、基于控制理论建立水平井钻柱纵向振动模型；3、探索水平井钻柱纵向振动的控制策略。

—48 —石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERY2017年第45卷第3期◄钻井技术与装备►水平井直井段钻柱固液耦合横向振动分析曹宇1周思柱1孟繁强2华剑1张凯1吴话怡1(1.长江大学机械工程学院机械结构强度与振动研究所2.河北省廊坊市百斯图工具制造有限公司）摘要：针对钻柱共振导致的钻具疲劳失效问题，以西南地区某水平井直井段钻柱为研究对象，釆用流体数值计算软件，建立了钻柱内、外壁压力关于井深的函数。

基于动力学理论，考虑钻柱 内、外不同密度钻井液与钻柱耦合作用，通过有限元软件进行了水平井直井段钻柱横向振动分析，研究了钻铤长度和减震器安装位置对钻柱横向振动固有频率的影响规律，指出钻柱长度一定时，钻铤越长，钻柱横向振动的固有频率越大；安装减震器时，减震器安装位置与钻头距离增加，钻 柱横向振动的各阶固有频率增大。

研究结果可为水平井施工提供一定的指导。

关键词：钻柱；水平井；直井段；钻井液；横向振动；固有频率中图分类号：TE921 文献标识码：A doi: 10. 16082/ki.issn. 1001-4578.2017.03.011Analysis of Transverse Vibration of the Drill String in VerticalSection of Horizontal WellCao Yu1Zhou Sizhu1Meng Fanqiang2Hua Jian1Zhang Kai1Wu Huayi1(1. School o f Mechanical Engineering, Yangtze University；2. Langfang City Best tools M anufacturing Co. L td.)Abstract：For the drill string fatigue failure caused by drill string resonance, taking the drill string in the ver­tical section of a horizontal well in the southwest of China as study object, the inner and outer pressure of the drill string as the function of well depth has been established by using the fluid numerical software. Based on the dynam­ic theory, considering the coupling effect of different density drilling fluid inside and outside the drill string, the transverse vibration of drill string in the vertical section of horizontal well has been analyzed by finite element soft­ware. The influences of drill collar length and shock absorber installation position on the natural frequency of drill string transverse vibration have been studied. The results show that, with the given drill string length, the longer the drill collar is, the larger the natural frequency of the transverse vibration of the drill string is. While installing shock absorber, each order of natural frequency of transverse vibration of the drill string increases with the distance of the shock absorber installation from the drill bit. The study results could provide guidance for horizontal well operation.Key words：drill string；horizontal well；vertical section；drilling fluid；transverse vibration；natural fre­quency〇引言水平井钻进过程中，钻柱易发生偏心，导致横 向振动，而剧烈的钻柱振动会导致钻具疲劳失效和 钻柱断裂失效等事故，将给油田生产造成不可挽回 的经济损失[1]。

钻井液对钻柱固有振动特性的影响
胡大梁;彭敬国;王希勇;朱礼平
【期刊名称】《天然气技术》
【年(卷),期】2008(002)004
【摘要】钻柱在钻井过程中主要进行旋转向下的运动，同时伴随纵向、横向、扭转和耦合振动。

振动是导致钻柱失效的主要原因，而钻井液又是影响钻柱振动的关键。

利用ANSYS软件建立钻柱整体有限元模型，采用Block Lanczos法进行固有振动特性分析，得出钻井液密度对钻柱纵向、横向和扭转振动固有频率及振幅的影响规律。

钻井液密度降低，导致钻柱固有振动频率升高，振幅增大；钻井液的阻尼作用导致钻柱横向振动从钻头处开始向上逐渐减弱，直到井口处完全消失；当外界激振频率达到某种程度时，钻柱发生纵向和横向、横向和扭转耦合振动，导致振动更加剧烈。

【总页数】3页(P37-39)
【作者】胡大梁;彭敬国;王希勇;朱礼平
【作者单位】中国石化西南油气分公司工程技术研究院,618000;胜利西南石油工程管理中心
【正文语种】中文
【中图分类】TE28
【相关文献】
1.钻井液对钻柱横向振动固有频率的影响 [J], 李茂生;闫相祯;高德利
2.钻柱内外沿轴向流动的钻井液对钻柱横向振动的影响 [J], 吴天新;陆鑫森
3.钻柱内钻井液密度对钻柱横向振动的影响分析 [J], 迟立宾;闫铁;毕雪亮;王健
4.钻柱外钻井液对钻柱横向振动的影响 [J], 吴天新;陆鑫森
5.钻柱内钻井液流动对钻柱横向振动的影响 [J], 李子丰;李邦达
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超深井中钻柱横向振动特性分析【关键词】超深井; 钻柱; 横向振动; 模态分析;【英文关键词】ultra-deep well; drill string; lateral vibration; modal analysis;【中文摘要】在实际的钻井工作中,钻柱会不可避免的发生振动,钻柱振动有共有三种形式,其中钻柱的横向振动便是很重要的一种振动形式。

由于钻柱横向振动而引起的钻柱剧烈共振会导致钻柱失效,造成严重的钻井事故,进而增加钻进工作的难度和风险,甚至带来重大的经济损失。

本文主要对超深井中的钻柱横向振动进行了理论分析,总结了钻柱横向振动的产生方式、力学规律、影响因素,并建立了力学模型,推导出了振动频率方程,得到了钻柱振动共振规律。

设计了井深为10000米的超深井钻柱组合,并以此为例应用ANSYS软件建立了基于APDL语言的钻柱参数化的有限元仿真模型。

由于推导出的钻柱横向振动固有频率均为谐和函数求解起来十分困难,所以使用该模型能够极大地提高分析和研究的效率,具有很强的实用性和通用性,并为进一步的分析和研究奠定了良好的基础。

本论文采用ANSYS分析时假设钻孔为垂直孔,不考虑接头影响并且忽略钻头几何尺寸条件。

通过分析得到钻柱轴向力和温度等因素对钻柱横向振动固有频率的影响,同时获得钻柱横向振动的前十阶固有振型图。

结果表明:当钻柱轴力为压力时钻柱的横向振动固有频率会减小,而当钻柱轴向力为拉力时,振动的固有频率会增加;而随着温度的增加,...【英文摘要】The vibration of drill string in practical engineering is inevitable. The vibration includes three types, while the lateral vibrationis an important one. The strong wave of drill string which is caused by lateral vibration can lead to severe failure of drilling. It will put more difficulty and risk on drilling, even bring huge loss in economic. Theoretical analyses of the lateral vibration in ultra-deep well are discussed in this article. The cause of lateral vibration, mechanical discipline and affecti...摘要5-6Abstract 6第1章绪论9-181.1 概述9-101.2 国内外研究现状10-161.3 本论文的研究工作16-18第2章钻柱横向振动形成机理18-282.1 钻头与地层相互作用引起的钻柱横向振动18-202.1.1 钻柱动力失稳引发的钻柱横向振动182.1.2 钻柱横向振动的力学模型18-202.2 钻柱与井壁作用引起的钻柱横向振动20-222.2.1 钻柱的反转运动20-212.2.2 反转运动激发的钻柱横向运动21-222.3 钻柱中性点附近的横向振动情况22-252.3.1 钻柱的中性点222.3.2 钻柱中性点附近的横向振动22-242.3.3 钻柱横向振动频率与共振部位到井底距离的关系式24-252.4 钻柱中性点处冲击力计算模型25-262.5 本章小结26-28第3章影响钻柱横向振动固有频率的因素28-403.1 高温对钻柱横向振动固有频率的影响28-313.1.1 高温对钻柱管材性能的影响28-293.1.2 高温对钻柱管材尺寸的影响29-303.1.3 高温对钻柱横向振动固有频率的影响30-313.2 钻井液对钻柱横向振动固有频率的影响31-353.2.1 钻柱内钻井液对钻柱横向振动的影响31-333.2.2 钻柱外环空内钻井液对钻柱横向振动的影响33-353.2.3 钻柱内外钻井液对钻柱横向振动固有频率的影响353.3 扶正器对钻柱横向振动的影响35-393.3.1 扶正器对钻柱横向振动影响的力学模型35-363.3.2 考虑扶正器影响的钻柱横向振动方程36-393.4 本章小结39-40第4章超深井钻柱设计40-494.1 不同规格钻杆极限使用深度的计算40-474.2 复合钻柱结构设计47-484.3 本章小结48-49第5章钻柱横向振动的ANSYS有限元分析49-895.1 钻柱ANSYS 有限元模型的建立与求解49-515.1.1 有限元模型的建立49-505.1.2 利用ANSYS 原件对有限元模型求解50-515.2 算例及对钻柱横向振动固有频率及振型的分析51-885.2.1 钻压为零时的钻柱横向振动特性分析51-595.2.2 钻压为40000 牛时钻柱横向振动特性分析59-665.2.3 钻压为80000N 时钻柱横向振动特性分析66-735.2.4 深井高温对钻柱横向振动固有频率的影响73-805.2.5 提钻时钻柱横向振动特性分析80-865.2.6 钻铤处横向振动的ANSYS 有限元求解86-885.3 本章小结88-89结论89-911 本文的结论89-902 展望90-91致谢91-92参考文献。

侧钻井水平段钻柱淹没工况下横向振动特性研究王宗明 张宝增 王瑞和(中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 东营 257061)摘要：对GCP105-5侧钻井水平段钻柱横向振动特性进行了计算，得到了倒装钻具组合和正常钻具组合的横向振动固有频率，研究了钻井液、钻具组合及钻具长度对钻柱横向振动特性的影响。

通过谐响应分析进一步研究了钻井液动力效应对水平段钻柱横向共振特性的影响。

关键词：侧钻水平井；淹没钻柱；横向振动；固有频率；谐响应引 言侧钻水平井的特点是井眼直径小、曲率变化大，侧钻过程中最易发生的事故就是钻柱在增斜段折断。

侧钻井的技术难点还有井眼轨迹控制困难、水平井段钻压施加困难、转盘扭矩大，等等。

这些问题都与水平段钻柱的横向振动有关系。

早在1985年，Wolf S. F.等人使用有线遥控系统对直井钻进时的井底力和加速度等参数进行了测量，发现系统的共振频率明显低于钻柱的固有频率，根据静态模拟得到的弯矩比实际弯矩小1个数量级，而且观察到了井底存在但井口却测不到的高弯矩[1]。

Allen M. B.和Close D. B.等经过研究指出底部钻柱横向振动水平比纵向振动水平高得多，在BHA 中产生很高的弯曲应力，而此时轴向振动产生的纵向应力却不严重[2，3]。

吴天新[4]研究了环空中钻井液阻尼对钻柱横向振动的影响，发现钻井液引起的附加质量与钻柱本身的质量为同一数量级，不能忽略。

屈展[5]利用固液耦合振动理论探讨了钻柱在内外钻井液共同作用下的横向振动，认为钻井液可以等效为一定的广义分布质量，影响不能忽略，与吴天新的结论基本一致。

李军强[6]等人对钻井液阻尼进行了探讨，具体估算了阻尼对钻柱稳定性的影响。

2005年大庆石油学院韩春杰等研究了水平井侧钻过程中底部钻柱的横向振动规律，认为侧钻过程中钻柱的横向共振是很容易发生的一种现象，最低共振频率取决于钻柱的材料性能和钻井液特性，与钻柱的长度关系不大[7]。

本文应用ANSYS 软件，利用考虑液体动力效应和浮力效应的淹没管道单元进行数值计算，以期对侧钻水平井水平段钻柱淹没工况下的振动特性进行更深入的研究。