基于ANSYS的钻柱纵向振动有限元分析及应用

根据动力学理论建立钻柱动力学振动方程。把钻柱看作一个弹性直杆，建立几何模型；通过ANSYS软件分析，得出钻柱纵向振动的特性以及减振器的安放位置对钻柱纵向振动的影响。结果表明，减振器安装适当的位置，可以减少钻柱的纵向振动，从而减少和防止钻柱发生断、刺事故。     

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.     

井下钻柱纵向振动特性分析

针对钻柱纵向振动影响钻头寿命和加剧钻柱疲劳破坏的问题,把整体钻柱作为研究对象,建立钻柱振动方程,采用动力有限元方法求解该模型。研究表明,稳定器的数量及尺寸等参数对钻柱组合的纵向振动力影响不大,给出的钻柱纵向振动分析动力学模型和求解方法合理有效。     

基于ANSYS软件的钻柱纵向振动分析

结合钻柱振动分析的常见力学模型和分析方法，给出了ANSYS对钻柱纵向振动分析的模型假设、分析步骤和分析结果。通过谐振分析，给出了减震器刚度和安装位置对钻柱振动和钻头动载的影响。考虑系统的阻尼和钻井液浮力使计算结果更加精确；利用ANSYS APDL的对话框语句实现了人机交互，简单方便，可以用于现场计算。     

大位移井钻柱纵向振动理论计算与ANSYS分析

钻柱振动是导致钻柱失效、疲劳损坏的主要原因,本文结合钻柱动力学理论以及运动微分方程,并通过ANSYS软件对大位移井钻柱的纵向振动模型的建立和分析做了合理的假设,经过ANSYS分析计算得出大位移并全井段钻柱的振动规律,对钻柱的合理设计和正常钻进有一定的指导意义。     

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     

钻井液对钻柱纵向振动影响分析

钻柱纵向振动严重时造成钻头损坏、钻杆磨损加剧和迅速的疲劳破坏,使钻井成本大大增加。利用ANSYS软件建立钻柱振动有限元模型,采用Block Lanczos法进行固有振动特性分析,然后在钻头处施加干扰力,采用完全矩阵法进行动力响应分析,得出钻井液密度对钻柱纵向振动的影响规律。钻井液密度降低,导致固有振动频率升高,振幅增大;钻柱响应力的变化趋势与响应位移基本一致;钻井液密度降低引起钻柱的响应位移和响应力增大,进而造成von Mises等效应力增大,疲劳寿命降低。     

钻柱系统纵向振动等效网络分析

忽略阻尼对钻柱振动的影响,在一维钻杆纵向振动方程的基础上,推导出单根钻杆和多根相同钻杆纵向振动的等效网络。利用等效网络级联理论,结合钻柱系统边界条件,给出了钻柱纵向振动的等效网络和机械等效阻抗表达式,并阐述了根据机械等效阻抗确定钻柱纵向振动机械共振频率的原理和方法。由等效网络分析法和ANSYS有限元法对2例钻柱纵向振动机械谐振频率的计算结果表明,利用等效网络分析法计算钻柱纵向振动的机械谐振频率,具有直观、简单易用、计算速度快的特点,其计算结果与ANSYS有限元法的数值模拟结果一致,是一种行之有效的方法。     

横向振动对水平井眼中钻柱摩阻的影响研究

激振力的幅值和频率是影响横向振动类减摩阻工具性能的主要参数,利用自行研制的旋转激励载荷作用下摩擦力测试试验装置,研究了激振力的幅值和频率对钢-石板平面摩擦副摩擦系数的影响规律.试验结果发现,在激振频率为5,10和20 Hz条件下,与未施加激振力时的摩擦系数相比,当激振力增加到34.2 N时,钢-石板平面摩擦副的摩擦系数分别减小21.6%,29.0%及34.4%;在激振力为11.4,22.8和34.2 N条件下,与未施加激振力时的摩擦系数相比,当激振频率增加到30 Hz时,钢-石板平面摩擦副的摩擦系数分别减小22.8%、27.4%及39.0%.研究结果表明:在相同激振频率下,钢-石板平面摩擦副的摩擦系数与激振力幅值呈线性负相关;在相同激振力幅值下,钢-石板平面摩擦副的摩擦系数与激振频率呈对数负相关.      

基于ANSYS的钻柱扭振模态分析

应用ANSYS软件建立了钻柱的扭转振动有限元模型。经过合理的假设,通过模态分析技术计算分析得出了钻柱扭转振动规律。分析结果表明,钻柱扭转振动的固有频率随着钻柱长度的增加而显著减小;通过采用合理的钻机转速,可以避开临界转速,避免引起共振;钻柱扭转振动最大角位移位置因主振型的阶数不同而变化。该项研究结果对于常规的回转钻进中采用合理的减振措施等方面具有现实的指导意义。     

弯曲井眼中钻柱屈曲的非线性有限元分析

建立了弯曲井眼中的钻柱模型,在模型中考虑了重力、钻井液浮力、曲率半径、井眼轨迹等因素,用有限元法对钻柱屈曲过程进行分析,通过调整扶正器安放位置,得到超刚性钻具组合,并与满眼钻具组合计算结果进行比较。结果表明,超刚性钻具的最大挠度比满眼钻具的最大挠度小,说明超刚性钻具的刚度比满眼钻具的刚度大,受钻压和转速的影响小,抗地层造斜能力强;钻压和转速对钻柱挠度都有影响,但转速影响比钻压大得多。     

空气钻井条件下钻柱振动特性研究

空气钻井过程中钻柱损坏问题严重,直接影响到了钻井成本并威胁钻井安全,共振是引起钻柱失效的主要原因之一,故需要对其振动特性进行分析和研究。为此,在理论分析的基础上,建立了钻柱振动有限元模型,利用ANSYS软件对空气钻井钻柱振动特性进行了数值模拟。研究结果表明：扭转和纵向振动固有频率数值较大,共振区域窄;横向振动固有频率很小且各阶频率间隔小,共振区域宽;钻柱扭转、纵向振动和横向振动特性受钻柱长度影响很大;空气钻井中钻柱纵向振动和横向振动的固有频率比常规钻井中钻柱振动的固有频率要高很多。谐响应分析结果表明：钻井液的存在使钻柱低频共振响应显著加强,而高频共振减弱;钻井液对钻柱安全有着积极的影响。在进行空气钻井时,需要根据不同的钻柱长度和钻柱组合,动态选择合理的转盘转速。该研究成果对空气钻井转速优选具有一定的指导意义。     

F1300型三缸钻井泵机架的静力有限元分析

对F1300型钻井系机架结构按板壳单元和三维块元进行了离散；采用主从节点技术、罚单元和边界弹簧单元处理了复杂壳体结构的特有问题；应用微机版LISA结构分析程序对F1300型三缸泵机架的强度和刚度进行了静力有限元分析计算，获得了机架在额定载荷作用下各部位的应力和变形的分布规律。计算结果表明，最大应力发生于主墙板轴承座周围，最大相对位移发生在轴承座中心平面处；整个机架结构应力、变形不均匀，强度、刚度富余，从而为F1300型钻井泵的改造、减轻重量和降低成本提供了必要的依据。     

4000m车载钻机钻台的有限元计算与分析

钻台在工作过程中,不仅承受很大的起升载荷和作业载荷,而且由于转盘的旋转以及井底钻压的波动容易引起钻台的强烈振动,对钻台设备造成不利影响,甚至在一定转速范围内无法进行正常的钻井作业。为此,对4000 m车载钻机钻台的多种工况进行了有限元计算及分析,找出了钻台的危险工况、最大应力位置及共振频率,为钻台设计、制造与使用的可靠性和安全性提供了保证或依据,并为同类型结构设计提供了借鉴。     

钻井液影响下多扶正器钻柱振动的理论分析

根据动力学基本理论的分析认为,钻井液流体对多扶正器钻柱横振振型的影响主要来源于流体的科氏惯力。据此,推导了考虑钻井液流动影响的多扶正器钻柱横向振动的微分方程,并用拉普拉斯变换理论中的有理分式反演法、延迟定理、位移定理、卷积定理等求解了该微分方程,给出了考虑钻井液流动影响的多扶正器钻柱横向振动的频率方程和振型函数的精确解析式。与忽略钻井液影响的结果比较,其频率方程,振型函数要复杂得多,需要用计算机编程求解,但这一新的课题有待继续研究。     

抽油杆柱的纵向振动特性与共振条件

针对美国中西部研究所关于抽油杆柱纵向振动研究力学模型存在的问题 ,在研究抽油杆柱纵向振动特性时 ,提出将抽油杆柱简化为上端固定于随悬点运动的基础之上 ,下端受液体载荷激励的力学模型。得出单级抽油杆柱纵向自由振动的固有频率以及抽油杆柱对悬点运动和泵柱塞液体载荷两种激励的稳态响应计算公式。指出单级抽油杆柱产生共振的条件是激励频率等于基频的奇数倍。证明APIRP11L《有杆抽油系统的设计计算推荐方法》中关于激励频率等于基频偶数倍时单级抽油杆柱将产生共振的结论是错误的 ,并指明导致这一错误结论的根本原因是所采用的力学模型是错误的     

ZJ70D型钻机双升式底座有限元模态分析

针对ZJ70D型钻机双升式底座的振动问题,在结构分析的基础上,应用ANSYS7.0有 限元软件建立了钻机底座有限元模型,计算得到钻机底座前10阶固有振动频率和主振型。对现役 钻机底座做了现场振动测试,得到频响函数曲线及前10阶模态频率。有限元计算和现场测试结果 的对比分析表明,ZJ70D型钻机转盘工作转速与钻机底座低阶固有频率接近,转盘的转动必然会 激起钻机的振动,因此需要对钻机底座结构进行调整。     

ZJ30/1700CZ钻机钻台固有振动特性分析

采用ANSYS有限元软件对南阳石油机械厂开发设计的XJ30／1700CZ轻便钻机的钻台固有振动特性进行了分析。通过对钻台的结构分析建立了钻台固有振动分析有限元模型，给出了其固有振动频率计算结果。计算结果的分析表明，该钻机在不同设计转速下进行钻井工作时，钻台不会发生共振现象，并对该钻机的结构设计及使用提出了建议。