大位移井钻柱振动频谱分析

论文摘要

钻柱失效问题一直是关系到钻井安全和钻井成本的重要问题,而钻柱强烈振动正是引起钻柱失效的一个最重要的原因。钻柱有三种最基本的振动形式:轴向振动、横向振动和扭转振动。建立钻柱振动的力学模型,并对其进行轴向振动、横向振动、扭转振动的分析。采用线性微元法和有限元法对钻柱振动进行分析,得到钻柱振动的频谱规律。分析大位移井钻柱的粘滑振动现象,并得出钻柱振动的一般规律。利用ANSYS软件,根据实际的井身数据和钻具组合,建立大位移井钻柱直井段的有限元模型。通过施加边界条件,对直井段钻柱的振动情况进行模态分析和软件模拟,得到直井钻柱在各个振动形式下的频率分布规律;着重分析其在某一振动频率下的振动模态。对钻柱的耦合振动做了模拟分析,得出钻柱耦合振动的一般规律。以渤海QHD32-6-A26H油田为例,利用ANSYS软件采用自底向上的建模方式,建立大位移井钻柱的有限元模型,并对大位移井钻柱的振动特性进行了模态分析,得到了大位移井钻柱轴向振动、横向振动、扭转振动以及耦合振动的频谱;分析其在某一共振频率下的振动特性,得到大位移井钻柱振动的一般规律。在模态分析的基础上,对大位移井井底钻柱进行了谐响应分析。在钻头处分别施加1kN、5kN、10kN以及50kN的按正弦变化的轴向周期作用力,通过谐响应分析得到钻头处的响应曲线,所得谱线与模态分析中所得到的振动频谱吻合,显然是周期作用力在共振频率处发生共振所致,且共振的幅度大小与所加钻压有关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 概述
• 1.1 论文研究的目的、意义
• 1.2 国内外研究历史
• 1.3 本论文主要研究的内容
• 第二章 钻柱振动分析
• 2.1 钻柱的轴向振动
• 2.1.1 钻柱轴向振动的力学模型
• 2.1.2 钻柱轴向振动的线性微元法
• 2.1.3 钻柱轴向振动的有限元法
• 2.1.4 坐标变换
• 2.2 钻柱的横向振动
• 2.2.1 钻柱横向振动的线性微元法
• 2.2.2 钻柱横向振动的有限元法
• 2.3 钻柱的扭转振动
• 2.3.1 钻柱扭转振动的线性微元法
• 2.3.2 钻柱扭转振动的有限元法
• 2.4 钻柱的粘滑振动
• 2.4.1 粘滑振动的力学模型
• 2.4.2 钻柱粘滑振动的力学规律
• 2.4.3 实例分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 大位移井直井段钻柱的模拟分析
• 3.1 有限元理论
• 3.2 直井段钻柱的轴向振动
• 3.3 直井段钻柱的横向振动
• 3.4 直井段钻柱的扭转振动
• 3.5 直井段钻柱的耦合振动
• 3.6 本章小结
• 第四章 大位移井段的模拟分析
• 4.1 大位移井钻柱的物理模型
• 4.2 大位移井钻柱的轴向振动
• 4.3 大位移井钻柱的横向振动
• 4.4 大位移井钻柱的扭转振动
• 4.5 大位移井钻柱的耦合振动
• 4.6 本章小结
• 第五章 大位移井钻柱的谐响应分析
• 5.1 谐响应分析的概念
• 5.2 实例分析
• 5.2.1 轴向振动的模态分析
• 5.2.2 正弦波作用下的谐响应分析
• 5.3 本章小结
• 结论及展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要