顶驱钻井柔性钻柱动力学特性分析

与单独分析钻杆纵向振动不同,将钻柱、吊环、顶驱装置、水龙头、起升系统和井架组成的柔性多体系统与钻井液、井壁耦合进行分析。首先推导了多体系统在耦合条件下起下钻过程钻柱系统纵振方程和频率方程,把内外钻井液对钻柱系统的作用力折算成等效的附加质量,运用Matlab编程计算,得到钻柱前8阶固有频率的理论解,并与采用Ansys软件计算得到的数值解比较,验证了理论推导的合理性;其次,针对钻柱提升或下放速度与加速或减速所延续的时间的比值与动载的线性关系,对钻柱系统进行谐响应分析,得出了不同v/t值下钻柱系统的动力响应。为起下钻过程中合理的起升、下放速度和时间参数设计提供了参考依据。     

固液耦合工况下钻柱的扭振频率分析

采用ANSYS有限元分析软件对钻柱在固液耦合工况下的扭振频率进行分析,得到了钻柱的前5阶扭转振动固有振型,并对钻井液、钻铤长度、钻柱长度等因素对钻柱各阶扭振频率的影响进行研究.结果表明:钻铤长度、钻柱长度均对钻柱的扭振频率有较大的影响,可以忽略井筒中钻井液、轴向载荷等因素对钻柱扭转振动的影响.     

井下多体钻柱系统瞬态动力学仿真分析

钻井过程中钻杆柱的高速涡动会引起钻杆柱与井壁的随机碰撞。为了有效预测与控制钻杆柱与钻头在井下的运动规律,建立了符合实际工况的井下多体钻柱系统固液耦合有限元模型,分析了钻井液对钻柱系统瞬态动力学特性仿真结果的影响。研究结果表明:钻柱在钻井液的作用下横向振动减弱、与井壁发生碰撞的次数减少。为进一步阐明钻柱运动规律、预测和控制井眼轨迹奠定了基础。