超深井钻柱粘滑振动特征的测量与分析

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。

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。

2020年11月第36卷第11期石油工业技术监督Technology Supervision in Petroleum IndustryNov. 2020V ol.36N o.llP D C钻头涡动和粘滑震动现场识别方法及消除措施阴治平，朱剑飞，尚钲凯，李兴鑫，王关锁中国石油塔里木油田分公司安全环保与T程监督中心（新疆库尔勒841000)摘要塔里木油田的勘探开发重点逐步转向深层、超深层油气藏，7000m以上的超深井的开发已常态化…随着井深的增加地层可钻性越来越差，在深部硬地层经常出现钻头涡动和粘滑震动介绍了钻井现场快速识别钻头涡动和粘滑震动的方法，提出了消除这两种P D C钻头非正常工作状况的措施关键词P D C钻头；超深井；涡动；粘滑On-site Identification Method and Elimination Measures of Eddyand Stick Slip Vibration of PDC BitYin Zhiping, Zhu Jianfei, Shang Zhengkai, Li Xingxin, Wang GuansuoSafety, Environmental Protection and Engineering Supervision Center, PetroChina Tarim Oilfield Company(Korla, Xinjiang 841000, China)A bstract The exploration and development focus of Tarim Oilfield has gradually shifted to deep and ultra deep reservoirs, and the depth of oil wells is over 7 (X K) m. With the increase of well depth, the formation drillahility has become more and more bad, and the whirl and stick slip vibration of l)it often appear in the deep hard formation. The method to quickly identify the whirl and stick slip vi­bration of hit in drilling site is introduced, and thr measures to eliminate the abnormal working state of these two kinds of PDC hil are put forward.Key words PDC bit; ultra deep well; whirl; stick slip阴治平，朱剑飞，尚钲凯，等.PI)C:钻头涡动和粘滑震动现场识别方法及消除措施U|.石油工业技术监督，2()2()，36( 11L52-54. Yin Zhiping. Zhu Jianfei, Shang Zhengkai, et al. C^)n—site identification method and elimination measures o f eddy and stick slip vibra­tion ot PDC' bit LI].Technolog\r Superv-ision in Petroleum Industr%-, 2〇2〇, 36(11):52—54.P D C钻头瞬时旋转中心发生位移的现象称为 钻头涡动。

基于井下参数测量的钻柱运动特征及异常状态分析方法
胜亚楠
【期刊名称】《石油地质与工程》
【年(卷),期】2024(38)2
【摘要】随着石油勘探开发的不断深入,井下地质构造越来越复杂,井下钻柱/钻头等工作环境更加恶劣,对井下复杂工况做出准确及时的判断是钻井过程中面临的主要难题之一。

传统的地面录井手段由于所测数据不是井底真实数据,并且数据传输存在时效性等问题,已难以满足超深井等复杂井安全钻井需求。

为此,研制了井下工程参数测量仪,该仪器能够实现井下钻压、扭矩、振动、管内压力、环空压力、温度等工程参数的精确测量、采集与存储,具有采集频率高、存储容量大、安全系数高等特点,能够获取井下近钻头处真实的工程参数,为提速工具优化设计、井下复杂工况诊断、优快钻井方案的制定提供了技术支撑。

现场试验测试数据的分析验证表明,该仪器测得的各数据同现场实际工况和井下状态相互吻合。

【总页数】5页(P108-111)
【作者】胜亚楠
【作者单位】中国石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TE242
【相关文献】
1.近钻头井下钻具运动特征及异常状态分析方法
2.超深井钻柱粘滑振动特征的测量与分析
3.井底动力钻具钻水平井下部钻柱受力的状态矩阵法
4.基于视觉的运动物体特征点参数测量方法研究
5.基于非线性参数分析的优秀气步枪运动员不同状态下大脑顶枕区脑电变化特征研究
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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。

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。

钻柱振动问题及其理论研究发表时间：2019-05-08T11:17:28.837Z 来源：《防护工程》2019年第2期作者：赵海新[导读] 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。

广州广电计量检测股份有限公司广东省广州市 510656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。

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。