考虑钻头-岩石非线性相互作用的钻柱动力学研究

钻头作为底部钻具组合的重要组成部分，直接与岩石接触，其动态特性对底部钻具组合有重要影响。提出了聚晶金刚石钻头（PDC钻头）与岩石的非线性相互作用模型，采用PDC钻头动态特性作为钻柱动态模型的边界条件。为了更真实地模拟钻柱动力学，基于哈密顿原理，采用梁有限元法建立了钻柱动力学模型，通过广义-α法求解，并分析了PDC钻头的动态特性。研究结果表明：轴向振动是钻头最剧烈的振动形式，而当轴向振动传递到钻柱时，产生大幅度衰减，横向振动成为钻柱的主要振动；中性点附近的钻柱不再与井筒碰撞，其运动轨迹接近井眼轴线。