井下钻柱振动分析及DDS在现场的应用

大位移井钻柱振动规律研究引言在油气开采过程中，井下钻井作业是至关重要的环节，而大位移井钻柱振动问题一直是制约井下钻井作业安全和效率的重要因素。

针对大位移井钻柱振动问题的研究具有重要的理论和实际意义。

本文将对大位移井钻柱振动规律进行研究，以期为井下钻井作业的安全和高效进行提供理论支撑。

一、大位移井钻柱振动的影响因素1.1 井下地层条件井下地层的条件会直接影响到钻井作业的振动情况。

不同的地层条件对井下钻井作业的振动表现会有所差异。

1.2 钻井工艺参数钻井工艺参数包括钻头旋转速度、钻压和进给速度等，这些参数的不同组合对于井下钻柱振动会产生不同的影响。

1.3 钻柱结构及材料钻柱的结构和材料也会对井下振动产生一定的影响。

不同的钻柱结构和材料对于振动的影响不同。

1.4 钻井液性质钻井液的性质会对振动产生一定的影响，包括密度、黏度和化学成分等。

1.5 其他因素除了以上因素外，地质构造、井眼形态等因素也会对井下大位移钻柱振动产生影响。

二、大位移井钻柱振动的数学模型2.1 振动的动力学方程大位移井钻柱振动的动力学方程可以用如下的形式表示：m\frac{d^2x}{dt^2} + c\frac{dx}{dt} + kx = F(t)m为钻柱的质量，c为阻尼系数，k为刚度，F(t)为外力。

2.2 大位移井钻柱振动分析通过对动力学方程的分析，可以得到大位移井钻柱振动的一些基本特性，包括振幅、频率和相位等。

这些特性对于理解和控制井下振动具有重要意义。

三、大位移井钻柱振动的实验研究3.1 实验内容针对大位移井钻柱振动问题，可以进行一系列的实验研究。

通过不同的地层条件、钻井工艺参数和钻柱结构等因素的组合，进行井下振动的实验研究。

3.2 实验方法实验方法主要包括现场井下实验和室内模拟实验两种。

现场井下实验可以直接采集井下振动数据，但操作难度大；室内模拟实验可以通过模拟井下条件，对振动进行研究。

四、大位移井钻柱振动的控制方法4.1 控制策略针对大位移井钻柱振动问题，可以采取一系列的控制策略，包括优化钻井工艺参数、改进钻柱结构和材料、调整钻井液性质等。

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。

井下振动测量、分析原理研究摘要：井下振动测量在工程施工中具有重要的意义，其能够对于地下施工作业中的钻头以及钻柱系统的工作状况及时的了解，以便于防止由于振动异常而带来的一系列危害，影响正常的施工进展。

近些年来，对于井下振动测量的研究与开发应用已经有了一定的发展，新的振动测量工具也相继问世，其在新的工具中融入了当前先进的科学技术。

笔者将在下文中对井下振动测量和原理进行研究分析，其主要首先对井下振动测量工具设计进行详细的介绍，然后再以多坐标钻柱系统模型为基础，建立一定的井下振动运动以及振动测量的方程，通过合理的推导和计算，从而从数学和物理模型角度来对井下振动测量理论进行系统化分析，最后对井下异常振动的三种情况进行详细介绍，为我国井下振动测量以及其测量工具的优化创新提供一定的理论依据。

关键词：井下振动；振动测量；异常振动；原理研究前言井下振动现象主要是与钻头以及钻柱系统在进行作业的过程中的多方面因素影响作用有着紧密的联系，如果在井下作业中不能对振动进行及时有效地控制，就会带来一些比较严重的后果，比如影响正常的作业进度，使得作业进度迟滞；另外，井下振动还会对钻头设备带来一定的损坏，加大其磨损程度，同时，过大的振动还可能导致影响作业的井身质量，从而不利于工程的开展实施，增加施工作业的成本。

所以，在井下作业的过程中必须要对井下振动高度重视，全面了解井下作业的钻头、钻柱系统的工作动态，实时的对其工作状况进行监测测量，以便于能够在第一时间发现问题，及时采取措施来对其控制，降低振动所带来的危害。

当然，在现今阶段，我国的井下振动测量工具的开发和国外相比还是存在着比较大的差距，很多工具都得依靠进口，因此，井下振动测量的原理研究是一个比较热门的领域，对于井下振动测量工具开发有着极大的积极作用。

1．井下振动测量工具设计主要是借助井下振动测量工具传感器来完成对井下钻头以及钻柱系统的振动信号的采集，并且对所采集的信号进行加以处理分析。

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。

利用钻柱振动频谱判别钻柱复杂情况的方法
李春山;王崇敬;陈添;梁宏伟;孙卫
【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(035)005
【摘要】为实现钻井过程中井下钻柱运动状态以及井下复杂情况的实时监测,依据振动测试原理,结合实际钻井工况中钻柱振动特征,研制钻柱振动信号测量及处理系统.现场试验结果表明:钻柱出现黏卡、跳钻等现象后,利用快速傅里叶变换和小波变换处理方法可有效提取和识别钻柱在井下的振动特征；研制的钻柱振动采集系统可以应用于现场钻柱振动信号的采集、处理,其结果可以判断钻柱的井下工作状态.【总页数】5页(P56-60)
【作者】李春山;王崇敬;陈添;梁宏伟;孙卫
【作者单位】西北大学大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069;中国石油大学石油工程学院,山东青岛266555;中国石油化工集团公司西南石油局,四川绵阳621000;中国石油大学石油工程学院,山东青岛266555;中国石油大学石油工程学院,山东青岛266555;西北大学大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069【正文语种】中文
【中图分类】TE258
【相关文献】
1.随钻测井钻柱声波的频谱特性 [J], 车小花;乔文孝;李俊;鞠晓东;王春艳
2.钻柱声波传输信道频谱特性分析 [J], 王斌斌
3.钻柱振动条件下的钻井液冲蚀引起的钻柱失效 [J], 田家林;付传红;杨琳;庞小林;李友;朱永豪
4.利用临界面方法建立钻柱疲劳寿命预测模型 [J], Pla.,JCR;孙铭新
5.钻柱应力波频谱分析技术的应用 [J], 刘志国;郭学增
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