小环空条件下钻柱动力学及可靠性研究

发布时间：2024-02-15 01:03

　　国内外研究表明,钻柱失效大多发生在轴向载荷和扭矩载荷最小的底部钻具部位上,这种现象和钻具的转速以及钻具和井壁之间的环空间隙密切相关。论文结合国家自然基金资助项目《复杂钻井条件下钻井新技术研究》(50234030),对小环空条件下钻柱的动力学和可靠性进行了深入研究,所取得的成果在石油钻井行业有良好的应用前景。本论文的主要研究内容总结如下: (1)考虑环空间隙的钻柱动力学理论分析 直井中的旋转钻柱是一个多支点的十分复杂的自激横振系统。对这样一个系统进行理论分析和数值模拟十分困难。论文首先研究了单根钻柱的运动状态以及由涡动所引起的弯曲应力。 钻柱的横向振动是在钻井液中发生的,钻井液对钻柱横向振动的影响不可忽略,论文从理论上研究了考虑环空间隙的情况下钻井液对钻柱横向振动固有频率的影响。 钻柱的纵向振动是研究钻柱的动力学特性一个重要方面,论文对钻柱系统的纵向振动进行了系统分析,使用有限元方法对钻柱纵向振动模型进行了数值仿真,同时对钻柱的纵向振动以及其谐响应特性进行了动力学模拟。钻柱的涡动与钻柱的动力学特性密切相关,涡动过程中的钻柱会消耗更多的能量,钻柱的涡动特性和钻柱与井壁之间的间隙密切相关,论...

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图4-1钻柱与井壁碰撞的实体模型图

力；在整个单元域上，计算内部节点力。离散单元的节点力组合成整体矩阵。在显式方法中，大多数基本边界条件是容易处理的。例如，如果将沿任意边界上的速度或位移描述为时间的函数，通过数据设置节点速度(,)+1/2+1/2=niIniLvvxt(4-60则可以强迫速度—位移边界条件。4.....

图4-2钻柱与井壁碰撞的有限元模型

ab图4-2钻柱与井壁碰撞的有限元模型(1)钻柱与井壁碰撞的模型、边界条件和初始条件在图4-1a中的钻杆与井壁碰撞的实体模型图中，没有考虑钻杆本体和井壁的碰撞，井壁的模型只建立了一部分。在整个碰撞过程中，井壁是固定的。t=0时，由于公转运动，整个钻杆以速度v=3....

图5-2钻柱碰撞井壁示意图

中国石油大学博士论文：小环空条件下钻柱动力学及可靠性研究⑤.计算加速度。⑥.更新节点速度。⑦.施加基本边界条件。⑧.更新节点位移和速度。⑨.更新序数和时间。输出这一时间步的结果，如果模拟没有完成，返回至第②步。5.3计算实例与分析5.3.1钻铤上相距9.6m的两....

图5-3钻铤有限元网格示意图

中国石油大学博士论文：小环空条件下钻柱动力学及可靠性研究⑤.计算加速度。⑥.更新节点速度。⑦.施加基本边界条件。⑧.更新节点位移和速度。⑨.更新序数和时间。输出这一时间步的结果，如果模拟没有完成，返回至第②步。5.3计算实例与分析5.3.1钻铤上相距9.6m的两....

本文编号：3898924