钻柱纵向受迫振动的广义传递矩阵法

钻柱纵向受迫振动的研究在钻柱的三种振动形态中最为重要。本文建立了能更真实反映钻柱系统的纵向受迫振动模型,此模型适合于任意组合钻柱。分析钻柱各种能量损耗后,给出钻柱纵向振动时的阻尼系数计算公式。根据钻柱纵向受迫振动的特点,本文提出广义状态向量的新概念,并且用此向量描述钻柱的振动状态。用广义传递矩阵方法研究钻柱纵向受迫振动的一般规律,克服了直接求问题的解析解存在的困难。文章给出计算任意组合钻柱系统的纵向受迫振动的稳态响应的一般公式和不同测量条件下求状态向量的不同途径。     

钻柱振动特性分析与井底岩性识别方法初探

文中详细分析钻柱轴向振动的特性,建立了更能直实反映钻柱系统的轴向振动的力学模型,提出钻柱柱轴向振动的广义状态向量,用广义传递矩方法研究钻柱轴向受迫振动的一般规律,并给出计算任意组合钻柱系统的轴向振动稳态响应的一般方法,提供了不同测量条件下分析钻柱轴向振动状态的不同方法。     

钻柱轴向振动仿真与井底状态监测方法探讨

在钻柱轴向振动的研究中 ,为了弥补先前的变量分离法和有限单元法存在的不足 ,提出了广义传递矩阵法。根据钻柱结构、受力和运动特性 ,建立了适合任意钻柱组合 ,且能真实反映钻柱系统的轴向振动的计算机仿真模型。引入描述钻柱轴向振动特性的广义状态向量 ,可简化复杂的工程计算问题。针对不同的测量方法 ,可仿真钻柱不同截面与不同功用的振动量。实现的两种仿真方案中 ,方案 (1)可用来优选钻头、优化设计钻具组合和优选钻井参数 ;方案 (2 )可用来随钻监测井底工况、井底岩石性质和钻头工作状态     

钻柱自重对钻柱弯曲振动的影响

本文从整体钻柱出发,考虑钻柱自重的作用和泥浆质量的影响,建立了较接近实际钻柱的弯曲振动模型,推导出钻柱的弯曲振动的偏微分方程。用迦辽金方法计算出钻柱系统弯曲振动频率,分析各因素对频率大小的影响,为选择转盘转速提供理论指导。但本文没考虑井眼弯曲因素,故本文的公式只适用于直井。     

直井钻井时基于截面法的中性点计算新方法

建立直井钻井时复合钻柱局部理论模型,根据截面法推导出复合钻柱任意截面的有效轴向力计算方法。建立直井钻井复合钻柱整体模型,结合局部理论模型结论推导出实际钻井工况下复合钻柱有效轴向力计算公式和考虑液体摩阻力下及射流冲击力下钻压增量计算公式,给出了新的中性点计算方法。经实例比较分析,推导出的中性点计算公式的精度高,但计算复杂,建议在深井和超深井的钻井设计中选用。     

钻柱轴向与横向耦合振动的有限元分析

钻柱在钻井施工过程中的受力状况十分复杂,钻柱轴向与横向振动的耦合影响着整个钻进过程。以定向井钻柱为研究对象,利用有限元法建立了对整体钻柱进行受力分析的数学模型。在对钻柱单元进行线性分析的基础上,考虑钻柱横向振动对轴向变形的影响,建立了钻柱耦合振动的动力学方程,编制了计算程序,计算出了钻柱发生轴向与横向非线性耦合振动的共振频率。     

钻柱在钻井液反馈影响下的横向振动

在假设钻柱为无扶正器的均质等截面弹性管，且两端为铰支的情况下，既考虑钻柱内钻井液流速和轴向力对钻柱振动的影响，又考虑振动的钻柱对钻井液的反馈影响，建立了钻井液在钻柱内流动时钻柱横向振动微分方程，推导出钻井液波动压力计算式，并给出了钻柱横向振动固有频率方程。定性分析时取频率方程前两阶进行近似计算，讨论了钻井液滚动压力对钻柱固有频率的影响。     

钻柱的动力不稳定性

从整体钻柱入手,考虑波动轴向力、钻井液的流动和质量,以及钻柱旋转的影响,建立了较接近实际的钻柱弯曲振动模型;推导出钻柱弯曲振动的偏微分方程并求出弯曲振动的频率;角渐近线方法确定在波动钻压作用下钻柱的动力不稳定区域,分析了动力失稳的特点及影响动力不稳定区域的因素。     

井下温度对钻柱轴向振动固有频率的影响分析

钻柱共振是引起深井钻具失效的主要原因之一，钻柱工作在井下一个高温的环境下，温度的升高必然使钻柱的固有频率发生变化。分析了井下温度对钻柱轴向振动固有频率的影响，推导出了井下任意温度时钻柱轴向振动固有频率的计算公式。通过实际算例，分析了井下温度对钻柱轴向振动固有频率的影响。计算结果表明：钻柱轴向振动固有频率随着温度的升高而降低，其降低的幅度随着钻杆长度的增大而增大；当井下温度不超过200℃时，钻柱轴向固有频率的变化幅度不会超过常温下计算值的6．7％。任意温度时钻柱轴向振动固有频率与温度成近似线性关系，可以根据常温下的计算值和温度值通过一个简单的一次函数来计算。     

井下温度对钻柱扭转振动固有频率影响的讨论

钻柱共振是引起深井钻具失效的主要原因,钻柱工作在井下的高温环境中,温度的升高必然使钻柱的固有频率发生变化。分析了井下温度对钻柱扭转振动固有频率的影响,推导出了井下任意温度时钻柱扭转振动固有频率的计算公式。通过实际算例,讨论了井下温度对钻柱扭转振动固有频率的影响。分析结果表明:钻柱扭转振动固有频率随着温度的升高而降低,不管钻柱多长,二阶固有频率的降低幅度都大于一阶固有频率的降低幅度,但二者差别不大。当井下温度不超过200℃时,钻柱扭转振动固有频率的变化幅度不会超过常温下计算值的3.7%。当温度升高时,钻柱扭转振动固有频率的降低幅度与钻柱长度关系很小,可以忽略钻柱长度的影响。任意温度时钻柱扭转振动固有频率与温度成近似线性关系,可以根据常温下的计算值和温度变化值通过一个简单的一次函数来计算,避免了求解超越方程的困难。     

旋转钻柱振动的动力响应分析

针对钻井过程中钻柱的旋转运动及扭转和横向弯曲振动形式的同时发生，分析和探讨了旋转状态下的钻柱耦合振动问题，建立了一个含回转项的旋转钻柱运动方程，并用近似方法解出了其动力响应的具体表达式。     

井下温度对钻柱横向振动固有频率的影响

在钻柱横向振动固有频率一般表达式的基础上，研究了井下温度对钻柱横向振动固有频率的影响，结果表明：随着温度的逐渐升高，钻往横向振动的固有频率逐渐降低。给出了按常温算得的钻柱横向振动因有频率加上一个修正项来计算井下高温条件下钻柱横向振动段固有频率的具体公式及计算实例。     

钻压波动导致的钻柱参激振动分析

研究和探讨了钻柱轴向压力随时间变化时所激发的钻柱振动问题，建立了变参数的钻柱横向振动方程，然后利用多尺度方法对这一钻柱参激振动响应及动力失稳进行了分析和计算。     

深井中钻柱动力学机理研究

为合理设计深井中的钻柱结构，提高钻具寿命，防止井下断钻具事故，讨论了钻柱的纵向振动、横向振动、扭转振动及进动之间的相互耦合关系，并指出了钻柱振动的危害和减少振动的现场措施。介绍了两种研究钻柱振动动力学的方法──有限元法和机械阻抗法。经举例说明深井中大井眼小钻铤的危害性，认为大井眼小钻铤的环空较大，钻铤的刚度较弱，在轴向力作用下易屈曲，激发横向振动，且钻铤的横向变形较大，因振动引起的交变应力也较大；纵向振动易出现动力失稳而诱发横向振动，横向振动又易诱发扭转振动。建议使用大井眼大钻铤设计方案。     

大斜度井中钻柱的有限元分析

井眼的弯曲特性和钻柱与井壁的接触是大斜度并中钻柱的受力与变形分析的难点。根据钻柱的变形特点，提出了将钻柱的弯曲特性和接触问题分开计算的方法，构造了一个结点坐标系描述钻柱在井眼中的变形，在接触问题的求解算法中，考虑了钻柱在空间两弯曲平面内的变形耦合。实例计算了一口大斜度井眼中钻柱上提和下放时的受力与变形，表明本文提出的方法是可靠的。     

基于ANSYS的钻柱纵向振动固有频率分析

采用ANSYS的有限元法对钻柱纵向振动固有频率进行了分析研究,通过建立有限元模型,对钻柱的纵向振动固有频率进行了模态分析和谐响应分析.阐明了钻柱的纵向振动各阶频率与井下钻柱长度、钻柱提升或下放速度与时间比值之间的规律.     

气体钻井中钻柱失效试验研究

为了研究气体钻井中钻柱在冲蚀和振动工况下的力学性能,通过使用新研制的能模拟气体钻井钻柱同时受到振动及冲蚀情况的试验装置,进行了不同钻具组合情况下钻柱力学性能试验和钻柱冲蚀试验。试验结果表明,气体钻井过程中,钻柱所受交变应力波在由底部钻柱向上传播时有一定的衰减,但衰减程度不大,所以下段钻柱的应力值对上段钻柱的受力有较大影响;钻柱绕井简反转将增大钻柱所受的交变应力,且转速越高交变应力变化越大,从而加深钻柱损伤程度;钻柱冲蚀量随着注气量的增大而增大,但其增大是非线性的。     

钻井液液动压力对钻柱纵向振动的影响

从理论上研究了钻井液在钻柱弹性振动下的液动压力对钻柱纵向振动的影响,建立了考虑钻井液液动压力的钻柱纵向振动微分方程,并给出了这种情况下钻柱纵向振动的频率方程。