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。     

钻柱扭矩测量方法研究

钻井过程中扭矩参数的精确测量一直是钻井工程中的一大难题，长期以来人们一直在探索。目前国内外有关钻柱扭矩测量的方法与研究工作有了较大的进展。概括介绍了钻柱扭矩测量的国内外发展状况。并在此基础上进一步介绍了方补心扭矩仪及井下马达电流测量扭矩的原理及优点，提出了通过测量扭矩来判断钻柱扭转振动的强烈程度。与此同时，方补心扭矩仪的成功研制基本解决了长期困扰钻井界的钻柱扭矩测量问题。     

钻柱振动声波录井技术实验研究

钻柱振动声波录井（DVL）技术经过多年的研究已经取得了可喜的成果。为了验证不同岩石样本在钻头的破碎作用下,其振动声波信号的响应特点,在石油大学（华东）水射流实验室开展了模拟钻机状态下的实验研究,其内容涉及：通过施加不同钻压和转速,观察在PDC钻头的切削下声波频率是否随之变化;钻柱是否为钻头破岩时振动声波的良好载体;岩石破碎的高频振动声波信号是否可以在钻柱的顶部截获;数据采集通过无线方式传输是否可行等。通过实验证实,钻压、转速的改变与破碎岩石的信号频率是不相关的。从5个岩石样本检测所获得的时间频谱图上看,它们有明显的界面和相对稳定的频域分布,其中：砂岩具有较低的频谱峰,振动能量主要集中在频域的低频部分;泥页岩的振动声波频率峰比砂岩高;水泥2号样品与泥页岩频谱峰分布基本相同,但从频谱上看,能量集中度较高．与泥页岩有较大的区别;水泥1号样品有较宽的频谱分布,尤其是低频段部分,有别于其他岩样,证明它具有较多的杂质结构：大理石的频谱峰分布较高。从获得的各类数据上看,说明DVL技术原理和方法是可行的,相应的数据处理软件及传感器、无线信号传输器及过滤器是可靠的,且数据具有很好的重复性．钻柱振动声波录井技术具有广阔的应用前景,进一步研究和开发尤其适用于PDC钻头快速钻进的录井需要。     

钻柱外钻井液对钻柱横向振动的影响

将钻井液假设为理想流体，在不考虑钻井液沿轴向流动的情况下，引入附加质量和附加质量系数的概念。讨论了钻柱与井壁环形空间内钻井液对钻柱横向振动的影响。举例计算结果表明，钻柱外钻井液所引起的附加质量与钻柱本身的质量为同一数量级，尤其当井筒直径相对较小时，附加质量与钻柱本身的质量几乎相等。在对钻柱进行动力学分析时，这一有限空间内的钻井液对钻柱横向振动的影响是不可忽视的，而这种影响主要取决于井筒直径和钻柱外径的比值。     

钻柱纵向振动仿真分析

国仙外在研究钻柱振动时都把钻柱下端当作铰支,假设激振源为周期性的,偏离实际。从建立符合实际的下端边界条件入手,着重研究了钻柱的纵向振动。用有限单元法,求出整体质量、整体刚度,整体阻尼矩阵采用的是比例阻尼矩阵,利用牛顿法得到钻柱的振动方程,另外通过钻头与岩石的相互作用模型得到了起初的钻柱下端边界条件,并利用Ｈｏｕｂｏｌｔ数字解法模型求解了振动微分方程。根据上述模型编制了用于分析钻柱纵向振动的计算机仿     

钻柱内钻井液流动对钻柱横向振动的影响

在假设无扶正器钻柱为均质等截面弹性管,两端为铰支的条件下,研究了钻柱内钻井液流动对钻柱横向振动的影响。钻柱内的钻井液增加了钻柱横向振动的惯性质量。在一般情况下,钻井液流动对钻柱的横向振动频率影响很小,既不会诱发钻柱振动,也不会使钻柱失稳。     

钻柱的纵向固有振动频率

提出了钻柱纵向固有振动的离散力学模，推导建立了相应的数学模型，特征值与固有频率的计算公式，并用实际算例对力学模型的合理性和数学模型的正确性进行了验证。     

钻柱的粘滑振动

粘滑振动作为一种新的机理被用来解释油气井钻探中的大幅扭转振动。按照新的机理,油田数据记录被确证与模拟。从数值模拟得到的分析结果以95.6％的精度与油田数据一致。钻柱粘滑振动之物理现象可用相平面中相轨迹的产生加以解释。钻井中的冲击现象也可用粘滑振动来解释。本文将讨论粘滞阻尼、转速与固有频率对粘滑振动的影响。     

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.     

分数阶PID控制对钻柱黏滑振动的抑制

钻柱黏滑振动是导致钻井设备加速磨损、钻井安全性下降以及钻井效率降低的重要原因之一。针对钻柱的扭转运动,建立了钻柱、钻杆、BHA及钻头4自由度钻柱系统扭转模型。该模型考虑了扭转自由度、钻柱阻尼以及岩石与钻头相互作用的高度非线性摩擦;通过对钻柱模型进行仿真试验,分析了钻井参数对黏滑振动的影响;为了抑制钻柱黏滑振动,设计了一种分数阶PID控制器。研究结果表明:分数阶PID控制器能够快速稳定系统,缩短调节时间,有效抑制钻柱黏滑振动,它对黏滑振动的抑制效果明显优于传统PID控制器。研究结果对抑制钻柱黏滑振动研究具有参考意义,对降低钻井工具损害、提高钻井效率以及增强作业安全性有重要的指导意义。     

深井钻柱临界转速的计算方法

深井钻井中，转速对钻速的影响非常明显，当转速达到某一值时，就会引起钻柱共振，导致钻速降低。在对钻井钻柱进行力学分析的基础上，建立深井钻柱临界转速的计算模型ｎｃ＝３０Ｐ／。通过某油田Ｘ地区的实际数据计算，表明该地区的转速可再提高１５转／分左右。     

深井钻柱粘滑振动特性分析

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。     

小波理论在钻柱振动谱分析中的应用

在钻井过程中,钻头与井底岩面之间的冲击、钻柱与井壁之间的碰撞常引起强烈的振动。钻柱振动与钻压、转速、地层岩性、井身结构、钻头磨损状况等有关。它能引起钻柱的疲劳破坏,严重时可造成钻具断落及其它井下事故,甚至导致整个井眼报废。傅立叶方法分析钻柱振动谱,解释效果不理想,而小波分析能对各种时变信号进行有效的分解,能在不同频段上更细致地研究钻柱振动信号特征。在快速傅立叶变换方法的基础上,利用小波理论开发出了小波细化分析方法和小波包方法。经过室内实验和现场测试检验,小波分析能更清楚地反映数据的特征,得到的谱图更清晰,不仅为钻井工程监测和故障诊断提供依据,而且有助于建立钻井工况故障档案。     

起下钻钻柱纵振理论分析

钻柱振动分析是一个非常复杂的动力学问题,钻柱纵向振动严重时造成钻头损坏、钻杆磨损加剧和疲劳破坏。考虑起下钻时引起的压力波动及钻柱和钻井液的耦合作用,在对模型进行假设的基础上,对起下钻时钻柱纵向振动方程和频率方程进行了分析推导,对井下多体系统动力学的研究进行了有益探索。     

流体作用下钻柱运动状态试验研究

考虑钻柱在井口、井底的位移边界条件和力边界条件,建立了直井内钻柱与钻井液耦合动力学试验装置,进行了不同激振频率、不同轴向激振力、不同排量条件下的杆柱振动试验和不同轴向激振力、不同转速、不同排量条件下的杆柱旋转试验。试验结果表明,激振频率、转速和循环流体是影响钻柱运动状态的主要因素。在空气介质的情况下,随着激振频率的增加,杆柱的横向位移基本保持不变,轴向激振力、轴向加速度有显著增加;在循环流体作用下会减小轴向激振力、轴向加速度的增长趋势。在空气介质的情况下,随着转速的增加,轴向激振力变化不大,而钻柱的横向位移、杆柱轴向加速度均呈现出增加的趋势;但在循环流体的作用下,轴向激振力、振幅及钻柱的加速度振幅都降低,加速度振幅也显著降低。可见,流体循环可明显改善杆柱振动。     

基于升沉预测的钻柱补偿装置仿真研究

为减小大洋钻探过程中井底钻压波动,提高钻柱补偿装置的补偿精度,开展了基于非水动力学船舶升沉预测方法的仿真研究.首先以船舶姿态传感器的升沉位移信号为输入,建立基于卡尔曼滤波的升沉预测模型,然后利用AMESim平台搭建450T死绳端钻柱补偿装置仿真模型,通过仿真的形式实现波浪信号的采集、处理和预测,再对引入升沉预测前、后的...     

气体排量对钻柱振动的影响规律

在气体钻井过程中,钻柱截面的变化会使高速气流产生涡旋,诱发钻柱振动,影响钻井安全.通过对气体环空流速与压力的计算,模拟得到气体对钻具的冲击作用规律以及气体排量对振动频率的影响.结果表明:钻柱在高速流体的作用下发生了变形,变形最大值均在拐点处;钻柱的各阶纵向振动频率和横向振动频率随注气量增加而增大,对高阶频率的影响较大,对低阶频率的影响较小.     

钻柱振动模态分析方法及其应用

根据振动理论和有限元方法,研究了钻柱振动的模态。考虑钻柱的纵向振动、横向振动及扭转振动之间的耦合关系,建立了钻柱振动分析的综合模型。结合实例研究了钻柱振动的固有频率及其振型,分析了跳钻和蹩钻情况下钻柱的共振频率及临界转速。该分析研究对探讨钻柱的动力学特性和现场钻具防断具有一定的意义。