收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于浑沌理论的钻柱横扭耦合动力学特性分析

付雷  
【摘要】:顶驱细长钻柱作为钻井工程中特有结构,在充满钻井液的井筒内旋转,存在着三个方向的耦合振动,钻柱动力分岔又加剧振动,使其与井壁发生随机接触碰撞,造成井壁和钻具的损坏。钻柱的不规则浑沌运动导致钻头受力方向不确定,从而使井眼轨迹难以控制。由于钻柱系统结构和运动规律复杂,无法进行现场试验,而一般的受力分析方法又很难解决,因此有必要将TDS、钻柱、钻铤、钻井液、井壁、井底岩石等作为一个柔性多体系统,开展基于浑沌理论的钻柱横扭耦合动力学特性分析。这对了解钻柱运动规律、预测和控制井眼轨迹、优化钻具组合和防止钻井事故的发生等具有重要意义,同时还有利于推动和完善新的钻井工艺和顶驱驱动等技术。 在总结前人工作基础上,基于柔性多体动力学理论和浑沌理论,研究多体系统动力学和浑沌动力学相互融合的方法和原理,推导了钻柱偏离定常运动而失稳的条件。依据哈密顿原理推导出该系统动力学方程,应用摄动法和数值积分原理对钻柱上端纵、扭耦合振动方程进行求解分析。基于振动理论、动力间隙元理论及非线性固液耦合理论,采用有限元法推导了垂直井中柔性多体钻柱系统横、扭耦合非线性动力学模型,并基于有限元的(ui,p)格式将钻井液与钻柱、井壁之间的固液耦合作用考虑到模型中。 采用ANSYS软件对1700m以内垂直井钻柱系统横、扭耦合动力学特性进行了仿真分析。提取了钻柱横、扭振动的固有频率及阵型,结果显示:钻井液的耦合作用使钻柱横振固频减小,而轴向载荷使其增加;钻井液、轴向载荷对扭振固频无影响;钻柱或钻铤长度的增加,使钻柱各阶扭振固频减小。施加轴向载荷使钻柱横振极值位移下移到钻铤上,加剧了钻铤振动。施加钻柱轴向载荷使得靠近钻头处钻柱首先发生失稳屈曲,与井壁发生随机接触碰撞,同时紧贴井壁做间歇性或连续性的公转运动;钻铤上部钻柱由于受拉而出现微弱的横振。距离钻头50m处钻柱横振轨迹紊乱,有明显撞击井壁的现象;井筒内钻井液有效的减小了钻柱横振振幅,降低了钻柱与井壁发生碰撞的概率。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 黄根炉,韩志勇;大位移井钻柱粘滑振动机理分析及减振研究[J];石油钻探技术;2001年02期
2 张建诺;钻柱内防喷系统[J];石油机械;1990年03期
3 薛中天,屈展;旋转钻柱振动的动力响应分析[J];石油机械;1994年03期
4 彭勇,王启玮,杨洁;水平井段钻柱稳定性分析的有限元法[J];石油机械;1994年03期
5 屈展;钻压波动导致的钻柱参激振动分析[J];石油机械;1994年08期
6 韩志勇;垂直井眼内钻柱的轴向力计算及强度校核[J];石油钻探技术;1995年S1期
7 高宝奎,高德利;滚动钻柱摩阻研究[J];石油大学学报(自然科学版);1998年02期
8 黄根炉,韩志勇;大位移井钻柱扭转振动顶部扭矩负反馈减振研究[J];石油大学学报(自然科学版);2001年05期
9 王潜龙,冯全科,屈 展;基于BP人工神经网络的钻柱动态行为预测方法[J];石油机械;2001年12期
10 高德利,韩志勇;弹性钻柱两个特殊点的意义及计算方法[J];石油大学学报(自然科学版);1987年01期
11 王珍应;钻柱动力失稳现象的初步研究[J];石油机械;1990年07期
12 王建军,张绍槐,狄勤丰,赵业荣;钻柱抗弯强度分析[J];西安石油学院学报(自然科学版);1995年02期
13 刘延强,吕英民;钻柱拖扭阻力的计算分析[J];石油学报;1996年03期
14 高宝奎,高德利;深井钻柱的横向振动浅论[J];石油钻采工艺;1996年04期
15 高岩,刘志国,郭学增;钻柱轴向振动固有频率的计算和测量[J];西安石油学院学报(自然科学版);2000年01期
16 李旭扬;定向井钻柱提升载荷系数的探讨[J];石油矿场机械;2003年01期
17 祝效华,刘清友,童华;牙轮钻头动力学特性仿真研究[J];石油学报;2004年04期
18 石崇东,张绍槐;智能钻柱设计方案及其应用[J];石油钻探技术;2004年06期
19 杨东全;钻柱下部组合的数值分析[J];暨南大学学报;2005年01期
20 孙永兴,林元华,施太和,陈燕琼;钻柱扭矩测量方法研究[J];石油钻探技术;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王晓阳;张青峰;焦永树;;波动钻压激励下斜井段钻柱运动的数值模拟[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2010年
2 吴泽兵;罗宇义;郑兴华;;钻柱扭转振动计算机仿真[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
3 朱润;隋允康;;斜井中钻柱复杂运动的数值模拟[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
4 嵇国华;;非开挖定向钻水平穿越钻柱与井壁切点位置分析[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2010年
5 吴何珍;葛洪魁;;基于Goupillaud模型的钻柱波信号特征模拟研究[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
6 李丽娟;张娜;张青峰;焦永树;;铅垂井段两端固支钻柱屈曲的理论与数值分析[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2010年
7 李子丰;李敬元;;油气井杆管柱动力学基本方程及应用[A];中国石油石化工程技术和物装手册(第一分册)[C];2003年
8 史玉才;;下部钻柱涡动规律研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
9 蔡宗熙;马驰;焦永树;;定向井中钻柱的受力与变形分析[A];第十三届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2004年
10 姚志刚;张伟;张君华;;柔性旋转梁的非线性动力学分析[A];The 5th 全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韩春杰;深水平台钻井钻柱耦合振动及模拟分析[D];大庆石油学院;2010年
2 闫向宏;随钻测井声波传输特性数值模拟研究[D];中国石油大学;2010年
3 谈梅兰;三维曲井内钻柱的双重非线性静力有限元法[D];南京航空航天大学;2005年
4 刘峰;定向井中钻柱非线性稳定性分析[D];南京航空航天大学;2005年
5 甘立飞;直井和曲井内管柱非线性稳定性分析[D];南京航空航天大学;2008年
6 夏焱;随钻扩眼工具结构及与之相匹配的钻具组合设计方法研究[D];中国石油大学;2007年
7 廖辉;超深水超深钻井作业钻柱三维运动补偿系统的研究[D];广东工业大学;2011年
8 王林飞;随钻地震勘探关键技术研究[D];中国海洋大学;2009年
9 胡以宝;基于实际井眼轨迹的钻柱动力学特性有限元分析[D];上海大学;2011年
10 姚建林;气体钻井环空流场分析及岩屑对管柱的冲蚀特性研究[D];上海大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 付雷;基于浑沌理论的钻柱横扭耦合动力学特性分析[D];中国石油大学;2011年
2 魏振;三高气田钻柱设计[D];中国石油大学;2011年
3 徐李甲;石油钻井过程故障仿真及控制技术研究[D];西安石油大学;2010年
4 殷有财;基于液固耦合作用下钻柱纵向振动分析[D];中国石油大学;2011年
5 周学芹;钻井井下钻柱振动特性分析及减振技术研究[D];大庆石油学院;2010年
6 王雪刚;钻柱非线性耦合振动模型研究[D];东北石油大学;2012年
7 张冰冰;超深井条件下钻柱使用深度极限的研究[D];中国地质大学(北京);2011年
8 王健;定向井钻柱耦合振动有限元分析[D];东北石油大学;2011年
9 姜英健;超深井中钻柱横向振动特性分析[D];中国地质大学(北京);2011年
10 陈洪岩;地质钻探钻柱功率传递规律模拟实验系统设计与研建[D];中国地质大学(北京);2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 朱建国;浅谈钻杆检测分级管理[N];中国石油报;2003年
2 孟洪喜;抓安全不可忽视“细节”[N];解放军报;2004年
3 佘伟军 李杰;为石油管工程事业忠诚奉献[N];科技日报;2006年
4 李琛;钻井震击器技术浅谈[N];中国石油报;2006年
5 本报记者 刘祥飞;周英操:钻井难题攻克者[N];中国石油报;2003年
6 李雪林;一个小弯角节省1.8亿元[N];文汇报;2007年
7 记者 郑干臣通讯员 秦小成;河南油田成功实施油井套管钻井技术[N];中国石化报;2007年
8 本报记者 张晓波;小井眼钻井春暖花开[N];中国石化报;2008年
9 记者 赵龙;钻三钻出新纪录[N];大庆日报;2010年
10 中国石油天然气集团公司管材研究所党委书记、所长 杨龙;全力打造一流高科技企业[N];中国石油报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978