钻柱
- 水平井钻柱系统动力学特性分析模型的建立*
的应用日益广泛，钻柱失效问题也日益突出。因此，钻井工程中急需了解钻柱在井下的运动状态，以进行钻柱的动力学特性方面的研究[1-2]。水平井是从垂直井段转变为水平井段，钻井施工难度较大。钻柱具有很大的长细比，其动力学特性的研究十分困难[3-4]。钻具组合优化、钻井参数优选等一系列问题可通过钻柱动力学来解决[5]。美国Tulsa大学的M.W.DYKSTRA[6]借鉴其他领域中解决转子动力学问题的方法来研究钻柱并完成了“非线性钻柱动力学”。毛良杰等[7]基于钻柱动
石油机械 2023年11期2023-12-04
- 钻进深度对煤矿水平井钻柱振动特性的影响
平井钻进过程中,钻柱同时受到重力、轴向力、扭矩、井壁摩擦力等作用力,易诱发纵向、横向和扭转振动[2],钻柱的耦合振动是导致钻柱,特别是底部钻具失效、钻进效率低的主要原因之一[3-4]。钻柱的托压效应是指钻柱与井眼底边形成接触(或托底)而无法有效施加钻压的现象。与竖直井相比,随着钻进深度增加,水平井钻柱在重力作用下与井壁产生复杂的碰撞接触,由此产生的托压效应[5-6]更加显著,这对钻柱耦合振动特性影响明显。因此,研究水平井钻柱钻进过程中的振动特性具有重要的工
重庆大学学报 2023年2期2023-04-07
- 井下钻柱系统的振动与调控特性研究*
)0 引 言井下钻柱系统黏滑振动是一种钻头黏滞、滑动、再黏滞、再滑动的往复性振动形式。在黏滞阶段，钻头停止转动而钻柱在转盘的驱动下继续扭转，当钻柱积聚的能量足以克服钻头处的摩阻力时，黏滞的钻头滑脱；在滑脱阶段，钻柱积聚的能量瞬间释放，钻头在正反方向突然加速或减速。在黏滑振动中，线性扭矩负载和摩阻负载的共同作用是黏滑振动产生的主要原因。近年来，国内外对钻柱黏滑振动的研究越来越多。在抑制黏滑振动领域，B.R.DUDLEY等[1]首次提出在一定的摩擦和速度条件下
石油机械 2022年10期2022-11-05
- 基于动力松弛法的含铰柔性钻柱接触力学分析
转化，又涉及柔性钻柱与外管之间的随机多向接触。 为此，笔者开展了外管内含铰柔性钻柱接触非线性问题研究。1 力学模型含铰柔性钻井工具如图1所示。 单节柔性钻柱结构如图2所示，由图2可知，球头柱键位于上球杆凹槽内，构成万向铰接结构，凹槽和球头柱键的尺寸决定了柔性钻柱两节之间的相对转角。图1 含铰柔性钻井工具图2 单节柔性钻柱结构示意图假设条件：a. 将柔性钻柱各部件简化为相应截面的梁；b. 将上球座、球头柱键和下球杆的连接简化为万向节连接（相对转动度数可控）；
化工机械 2022年4期2022-09-02
- 深水无隔水管钻井钻柱三维振动响应特性研究*
术不采用常规海洋钻柱隔水管系统，可降低钻井成本，但使钻柱系统面临了更多的挑战[2-3]。在无隔水管钻井过程中，海水段钻柱系统受到外部海洋载荷、顶部转盘扭矩以及底部钻头-地层作用力影响，极易发生纵-横-扭三个方向的振动，导致钻柱发生强度降低、磨损及疲劳失效。为此，亟需开展无隔水管钻井钻柱振动问题研究。早期钻柱研究主要集中于陆地常规钻柱振动，建立了钻柱系统纵向受迫振动模型[4-6]。高宝奎等[7]研究了钻柱的横向振动机理，发现底部钻具组合发生屈曲是钻柱横向振动
石油机械 2022年5期2022-05-10
- 大庆油田致密油平台三维水平井钻柱摩阻分析
相对于二维水平井钻柱所受摩阻扭矩大，托压现象更严重［3］，水平井延伸长度受到限制，甚至出现无法钻达目的井深，被迫提前完钻的情况，制约着致密油平台的开发。通过分析三维水平井钻柱摩阻规律，提出解决摩阻过大问题的针对性措施，以提高水平井延伸极限。1 平台水平井钻井施工难点平台水平井将靶区距离较近井的井口采用平台式分布，将原本为二维井的井口移动至统一平台，这样就增加了造斜段长度，而且轨道中出现三维扭方位井段。如图1所示，以靶前距300 m的二维水平井为例，将井口移
石油钻采工艺 2022年5期2022-04-13
- 基于应力刚化效应的直井钻柱横向振动分析
，430223)钻柱是钻井设备的核心部件，其受地面设备驱动，在充满液体或气体的狭长井眼中转动，带动钻头破碎井底岩石并形成井筒。钻柱在井眼中的运动状态是钻柱、钻井液与井壁或井底相互作用的结果。在钻井过程中，每段钻柱都有各自的固有振动频率，当钻柱受迫振动频率与钻柱固有振动频率重合时就会发生共振[1]。钻柱失效除了因为钻具本身的质量问题之外，还有一个重要原因是钻柱振动导致的钻具疲劳失效[2]，而钻柱的横向振动是导致钻柱磨损和疲劳破坏的主要因素。钻柱的横向振动一直
武汉科技大学学报 2022年2期2022-01-14
- 修井钻磨涡动钻柱诱发套管磨损程度分析*
量偏心或共振会使钻柱振动。钻柱振动主要包括横向振动、纵向振动以及扭转振动，其中横向振动是钻柱涡动的主要原因。钻柱涡动是指钻柱在钻进时偏离井筒轴线，发生绕轴线的不规则公转运动，当钻柱公转半径大于钻柱与套管的单边环空间隙时，钻柱会与套管内壁接触，对套管造成磨损，磨损主要以冲击磨损和滑动磨损为主。钻柱横向振动对井壁造成的冲击，会使套管内壁发生变形。此外，钻柱沿套管内壁周向滚动时，也会对套管造成磨损，导致其强度降低，影响其使用寿命，磨损严重时还会导致井下事故的发生
石油机械 2021年12期2021-12-13
- 基于钻柱屈曲的大位移井套管磨损预测模型
长,狗腿度严重,钻柱摩阻扭矩大等原因,套管的磨损问题十分严重[1-5]。目前现场实测的大位移井套管磨损深度普遍比通用模型计算出的磨损深度大,甚至很多大位移井出现了套管磨穿的现象。许多学者建立了大位移井套管磨损预测模型[1-3,6-8]。这些模型相较于传统的套管磨损模型,考虑了钻柱的刚度以及由于钻柱屈曲所导致的附加载荷等因素。在大位移井的钻井过程中,钻柱容易发生屈曲变形[9-17],前人的大位移井套管磨损预测模型只考虑了钻柱屈曲所引起的附加载荷[1-3]以及
中国石油大学学报（自然科学版） 2021年5期2021-11-12
- 考虑扭矩影响的弯曲井眼内钻柱屈曲特性分析
言在石油工程中，钻柱是十分重要的井下工具，其屈曲行为对钻完井、测井等工程作业有着重要影响。钻柱屈曲是复杂的多次变形非线性力学问题，当钻柱发生屈曲后，其构型会随轴向载荷增加而变化；同时，随着钻柱轴向载荷的增加，钻柱会发生“锁死”，导致钻压传递困难、钻柱疲劳破坏等井下复杂情况。随着水平井、大位移井、多分支井等技术的广泛应用，弯曲井眼内的钻柱屈曲问题日益严重，亟需得到解决。由于钻井过程中钻柱受力复杂，影响钻柱屈曲特性的因素众多，不同情况下对应的屈曲临界载荷也会不
西南石油大学学报(自然科学版) 2021年4期2021-10-28
- 井下段钻柱耦合振动及钻井液压力分析*
头与地层接触时，钻柱系统会同时受到横向、纵向和扭转振动的干扰，这严重影响钻柱和井下设备的使用寿命。产生这些振动的原因包括井筒内壁和钻柱以及钻头和地层界面的冲击和摩擦、钻铤段的不平衡、偏心或初始曲率、各种线性或非线性共振等。这些振动通常比较复杂，并且同时发生[1-2]。R.DAWSON等[3]和牟海维等[4]系统研究了钻柱的黏滑振动，并证明只能用非线性摩擦力解释黏滑现象。况雨春等[5]建立了钻头和钻柱扭转振动仿真模型，得到了钻头处扭矩的变化规律，但没有考虑波
石油机械 2021年7期2021-07-12
- 摩阻扭矩装置钻柱稳定性分析及可视化应用*
术中通常采用柔性钻柱进行作业，因此水平井段的细长钻杆将会受到很大的钻压作用，钻柱是否稳定直接决定了定向井钻井的成败[5]。实际钻井中如果不能很好地调整钻井参数保证钻柱稳定，将会使钻柱系统与井壁间摩阻扭矩过大，而不稳定的钻柱系统会产生严重的屈曲行为，剧烈接触下的钻柱屈曲甚至会导致钻柱“锁死”，加重钻柱在剧烈震动下的磨损，在这种疲劳累积工况下极易发生钻具失效，造成卡钻等钻井事故[6]。因此，有必要对水平井段钻柱的屈曲问题进行研究。目前，国内外学者在钻柱摩阻扭矩
石油机械 2021年3期2021-03-22
- 基于机械系统动力学自动分析水平井钻柱-井壁接触仿真分析水平井钻柱-井壁接触仿真分析
[4]等因素造成钻柱系统与井壁接触状态复杂多变，接触状态又直接影响钻柱在钻进过程中的摩阻扭矩，从而影响水平井的延伸极限[5-6]。因而，能较准确、全面地描述全井钻柱系统与井壁的接触状态是保证钻柱摩阻扭矩分析结果可靠的前提。为此，中外学者分别使用不同方法进行了大量研究。Johancsik等[7]提出了预测摩阻扭矩的软杆模型，假设钻柱与井壁连续接触并给出接触力的计算公式。祝效华等[8]采用时间历程形函数法构造了钻柱与井壁的动态边界，并验证了可靠性。刘巨保等[9
科学技术与工程 2020年33期2020-12-29
- 基于升沉补偿的钻柱-采油树纵向下放安装研究
油树在下放过程中钻柱的横向力学分析模型，讨论了一些基本参数对钻柱的应力、位移的影响；龚铭煊等［5］根据安装工况建立了在采油树下放安装过程中钻杆的力学分析模型，但未考虑升沉补偿装置以及钻柱的纵向振动；肖易萍等［6］介绍了水下采油树的发展、构造以及不同类型采油树的优缺点，研究了采油树下放安装的步骤与要求；叶永彪等［7］介绍了水下卧式采油树的结构及采油树的主流类型，并总结了水下采油树采用动态定位船吊机下放安装的几个要点。脱浩虎等［8］用OrcaFlex软件建立了
工程设计学报 2020年4期2020-09-29
- 推靠式旋转导向系统底部钻具组合动态安全评价方法
之增加,致使井下钻柱处于非线性阻尼激励的复杂工作状态,钻柱安全面临着极大挑战[1-6]。研究表明,钻柱的疲劳失效是钻柱最常见的失效形式[7-8],由于钻柱横向振动比纵向振动能引起更高的弯曲应力,且钻柱横向共振较易发生,最低共振频率取决于钻柱的材料性能和钻井液特性,这使其成为导致钻柱疲劳失效的最主要因素[9-11];钻柱的质量不平衡加剧了钻柱的横向振动,当钻柱在其固有频率附近运行时,钻柱与井壁碰撞摩擦严重,最大应力峰值可达561 MPa,远远超过了普通钻挺的
中国石油大学学报（自然科学版） 2020年2期2020-04-25
- 反转激发的以拍形式存在的钻柱横向振动
来，最常见的就是钻柱和钻头失效[2]。在钻井作业中，钻柱长期浸泡在钻井液中，受力形式多样，从诸多案例来看，钻柱损坏事故发生率较高，造成巨大经济损失[3]。据不完全统计，中石油下属公司仅在2007年至2008年就发生钻柱失效事件637起。钻柱作为整个钻井设备的关键部分，承担起下钻头、施加钻压、传输动力等作用。由实际案例可知，钻柱的振动是造成钻柱失效的主要原因，井下钻柱振动形式分为轴向振动、横向振动和扭转振动[4]。在钻柱振动研究初期，大部分学者认为轴向振动和
石油矿场机械 2019年6期2019-11-28
- 抑制油气井钻柱黏滑振动控制器设计与应用
用于油气井钻进的钻柱系统主要包括位于地上的顶驱、由许多节钻杆连接而成的钻柱以及井底钻具组合(Bottom Hole Assembly,BHA)。近年来，钻柱系统的驱动主要由顶驱取代转盘而完成。顶驱主要包括驱动电机、减速器等。顶驱提供了恒定的钻柱系统扭矩(或者驱动转速)；钻柱用于向井底钻具传递驱动扭矩，同时为钻井液循环提供流通通道；井底钻具组合用于提供转动惯量；位于井底钻具组合的钻头用于钻探[1-2]。由于钻柱(钻杆)横截面积很小、钻柱长度可达几千米导致钻柱
振动与冲击 2019年10期2019-10-19
- 大斜度井旋转钻柱横向振动规律比例实验研究
0)钻进过程中，钻柱的横向振动是导致钻柱磨损和疲劳破坏等问题的主要因素，容易导致严重的井下事故，威胁钻井作业安全[1]。自20世纪50年代以来，国内外学者开展了大量钻柱振动特性的研究，通过理论计算、数值模拟和实际测量等手段，对钻柱的横向、纵向及扭转振动进行了分析，得到了诸多具有实际指导意义的研究成果[2-11]。钻柱振动的研究最初主要集中在直井[12-13]，并逐渐发展到水平井[14-15]和大位移井[16]。随着钻井技术的进步，大斜度井钻井技术已经广泛地
振动与冲击 2019年9期2019-05-27
- 特深钻探钻柱组合优化设计研究
钻头及处理事故，钻柱结构组合设计的合理性与可靠性是确保工程优质、高效、安全实施的重要条件，直接关系着钻探工程的成败，是钻探工程的重要研究内容之一。由于钻柱材料强度的限制和重力的存在，单一规格常规钢制钻柱许用深度有限，难以满足大陆万米特深孔科学钻探及大洋深水深孔钻探工程的设计要求[1-5]。为使钻柱具有更大的许下深度，在满足孔身结构和钻机提升能力的前提下，可采取复合钻柱的设计方法，即减轻下部钻柱重力或提高上部钻柱强度[6]。在前苏联科拉科学超深井与联邦德国大
钻探工程 2019年4期2019-05-17
- 深部地质取心钻探钻柱失效行为分析
取心钻探工作中，钻柱是必不可少的一个部分，它是连接钻井设备和井底取心工具的重要纽带，是钻进工作能否顺利进行的关键所在。在深井取心钻进中，钻柱具有超细长比的特征，在充满钻井液的狭长井眼里做旋转运动，受拉、压、弯、扭和内外钻井液压力等复杂载荷的作用，同时还受到腐蚀、磨损、温度等的影响，面对如此复杂的工程服役条件，极易发生钻柱失效事故，造成重大的经济损失[1-2]。因此开展深部地质钻探钻柱失效原因和机理研究，对于提高钻柱寿命，解决和预防井下钻柱失效事故，节约钻井
钻探工程 2018年12期2019-01-18
- 水平井钻柱动态摩阻扭矩计算与分析
了实钻页岩气井的钻柱强度。针对钻柱摩阻扭矩模型的建立与计算，国内外做了大量的研究工作。在1984年由Johansick[11]提出的软杆模型的基础上国内外研究工作者发展了定向井摩阻扭矩的计算模型。1988年何华山[12]在大变形理论的基础上，首次考虑了钻柱刚度，提出了改进的拉力扭矩模型，随后，Mitchell和Samuel[13]通过考虑井下钻柱与井眼的接触位置，建立了当前较为完善的刚杆模型。1992年李子丰和刘希圣[14]通过研究钻柱运动状态和钻井液的影
天然气工业 2018年8期2018-09-17
- 大斜度井眼中钻柱运动特性模拟试验
工程实践中,由于钻柱被严格限制在狭小的井眼内,实际钻进时钻柱的受力状态十分复杂。为了避免钻柱的疲劳破坏,减少井下事故的发生,理清不同工况下钻柱的运动特性就显得尤其必要。为此,国内外专家学者从数值模拟[1-6]、现场实测[7-8]和室内试验[9-11]等方面进行了大量的探索,得到了很多重要的研究成果。直井中的钻柱动力学特性研究开展得相对较早,但随着钻井技术的发展,大斜度井、水平井技术已经广泛地应用于油气田开发,在提高采收率、增大泄油面积等方面发挥了重要作用。
中国石油大学学报（自然科学版） 2018年2期2018-05-18
- 水平井钻柱涡动特性数值分析与试验
发挥了重要作用。钻柱在旋转钻井过程中，受井眼的限制，底部钻柱的动力学特性和运动状态变得十分复杂。浸泡在钻井液内的旋转受压钻柱在屈曲和涡动的作用下，容易发生磨损、疲劳断裂以及井眼的倾斜。垂直井钻井过程中，钻柱存在涡动现象的事实已被接受。这种钻柱的涡动对钻井作业十分不利，尤其是底部钻柱的反向涡动，会加快钻柱的磨损，易导致钻柱提前疲劳破坏。国内外学者对底部钻柱动力学特性进行了研究。JANSEN等[1-2]和 NAGANAWA等[3]根据非线性转子动力学理论，建立
中国机械工程 2018年6期2018-04-03
- 斜直井眼中钻柱横向动态运动非线性模型研究
102249)钻柱作为旋转钻井的关键部件之一，承担着传递地面动力至井底的任务，同时为钻井液循环提供流通通道，它是由一根根特定规格的钻杆通过接头连接而成，钻杆的公称直径小于井眼的直径，所以钻柱在钻压、扭矩的作用下会发生受井眼约束的弯曲、扭转变形，这些变形和位移导致钻柱运动的复杂性，会出现自转、公转、回转等多重耦合非线性运动，运动的不确定性增加，管柱的运动轨迹更加难以预测，同时也增加了控制难度，这直接影响如何改善钻柱的受力状态和磨损方式[1-2]。在斜井或水
振动与冲击 2017年24期2018-01-23
- 绳索取心复合钻柱的动力学行为研究
5)绳索取心复合钻柱的动力学行为研究梁 健1， 郭宝科2， 王志刚1， 孙建华1， 李鑫淼1， 尹 浩1(1.中国地质科学院勘探技术研究所，河北 廊坊 065000； 2.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055)绳索取心复合钻柱在岩心钻探“满眼钻进”过程中，钻杆易出现不同程度的划痕、压痕及磨痕等情况。本文利用非线性有限元方法，采用三维管单元对绳索取心复合钻柱拉压两处截面的涡动轨迹、涡动速度、横向振动、纵向振动规律进行了分析。结果表明：转速的增加和钻压的
钻探工程 2017年7期2017-09-03
- 南海超深水取样钻柱纵向粘滑振动分析
南海超深水取样钻柱纵向粘滑振动分析高光海1，仇性启1，董 辉1，许俊良2，任 红2(1.中国石油大学(华东) 化学工程学院，山东 青岛 266580；2.中石化胜利石油工程有限公司 钻井工艺研究院，山东 东营 257017)针对南海超深水天然气水合物取样钻柱纵向粘滑振动问题，推导了纵向振动微分方程，采用非线性弹簧单元模拟了钻柱与岩层之间的粘滑摩擦。通过数值求解得到了钻柱纵向振动频率及振动位移，探讨了钻压、钻铤长度及作业水深对钻柱纵向振动的影响。结果表明：
石油矿场机械 2016年11期2016-12-13
- 油气井钻柱粘滑振动研究进展
249)油气井钻柱粘滑振动研究进展冯程宝，贾晓丽，刘书海，钟晓玲(中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院，北京 102249)粘滑振动是造成深井钻井井身质量下降、钻具寿命减短、钻进效率降低的主要原因之一，严重影响到钻井成本和完井周期。复杂的钻井环境也使得钻柱粘滑振动的研究进展缓慢，突破性成果较少。从理论分析、现场及室内试验研究和模拟仿真3个方面对钻柱粘滑振动的国内外研究现状进行阐述。介绍了当前关于钻柱粘滑振动的主要研究方向、方法以及研究过程中存在的问题
石油矿场机械 2016年11期2016-12-13
- 基于Ansys的水平井钻柱横向振动分析
nsys的水平井钻柱横向振动分析韩春杰 井丹丹 张海莉(东北石油大学电子科学学院,黑龙江 大庆 163318)为避免水平井钻柱出现共振导致的钻井失败，以水平井钻柱为研究对象，利用Ansys软件对水平井钻柱的横向振动进行了建模、仿真和计算，得到水平井钻柱横向自然振动的频率分布规律。水平井钻柱 横向振动 振动频率 建模 Ansys水平井是指井斜角达到或接近90°，且井身沿着水平方向钻进一定长度的井。有时为了某种特殊需要，井斜角可以超过90°。水平井开发技术是通
化工自动化及仪表 2016年4期2016-11-22
- 弯曲钻柱中声传播特性教学实验装置研制
6580)弯曲钻柱中声传播特性教学实验装置研制刘永旺, 管志川, 王庆, 樊滔, 张波(中国石油大学(华东) 石油工程学院, 山东青岛266580)建立了用于测试声波在钻柱信道中传输及衰减特性的教学实验装置,基于该装置对钻柱弯曲状态对钻柱中声传播的影响规律进行了实验研究及分析。研究结果表明:声波在钻柱中传播时存在的交替排列通阻带随着钻柱弯曲程度变化而发生变化,钻柱弯曲时,通带宽度基本不变,通带声波幅值加强,通带后移,随着弯曲程度的增加,上述趋势更加明显；
实验技术与管理 2016年10期2016-11-10
- 钻井液流速对钻柱纵向振动的影响
0）钻井液流速对钻柱纵向振动的影响刘长顺（中石化华北石油工程有限公司西部分公司钻研所，河南郑州450000）在实际的钻井中钻柱不可避免的产生纵向振动，钻柱强烈的共振可能造成严重的钻井事故从而增加了钻井难度和风险，甚至带来巨大的经济损失，本文通过对以下三方面的研究，建立了力学模型，推导出了振动频率方程，从而得出了钻柱振动的共振规律。流速；纵向振动；频率；振幅在钻井作业过程中，钻柱是传递运动和动力的主要工具，在狭长、充满着钻井液的井眼内运动时，钻柱的受力和运动
化工管理 2016年30期2016-03-14
- 水平段钻柱失稳后自锁分析＊
剖面、井眼净化、钻柱结构、钻井液性能、岩石特性等的作用，会影响钻柱的延伸能力。因此大位移水平井钻井有其客观的延伸极限，并受多种因素制约。井眼情况的任何变化均会以摩阻变化方式表现出来，如井眼的清洁状况（钻井液污染、岩屑床、井壁掉块坍塌等），井眼平滑度以及地层岩性的变化等均会以钻具摩阻的变化方式反映出来［2-3］。进入水平段以后，钻柱的屈曲稳定成为限制大位移水平井延伸能力的主要因素［4］。大位移水平井钻井过程中，由于欧拉效应，极易发生屈曲，引起钻柱失稳变形。水
潍坊学院学报 2015年2期2015-12-31
- 井中钻柱旋转方式与钻具偏磨及实例分析
34000）井中钻柱旋转方式与钻具偏磨及实例分析卿元华*1，吴强2（1.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000；2.中国石油新疆油田分公司石西油田作业区，新疆克拉玛依834000）钻具偏磨可引起钻具失效,导致钻具疲劳断裂,造成井下事故。钻柱在井中存在4种可能的运动形式，井中钻柱公转是偏磨主要方式，同时钻柱公转受多种因素制约。通过实例分析，证实了中和点以下钻柱弯曲引起钻柱公转是钻具偏磨的主要原因，提出了相应的预防措施。钻具偏磨；钻柱弯曲；钻压；钻井
西部探矿工程 2015年7期2015-12-20
- 基于ANSYS的钻柱纵向振动固有频率影响因素分析
基于ANSYS的钻柱纵向振动固有频率影响因素分析闫 铁*，刘珊珊，毕雪亮（东北石油大学油气钻井技术国家工程实验室，黑龙江大庆163318）基于ANSYS软件对钻柱纵向振动固有频率影响因素进行了分析，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。讨论了不同钻井液流速对钻柱纵向振动的影响，并当钻井液流速一定时，模拟不同钻杆长度、钻铤长度以及减震器的不同型号对钻柱纵向振动固有频率的影响。研究表明：当钻井液流速变化时，对钻柱纵向振动的固有频率没有影响
西部探矿工程 2015年6期2015-12-19
- 考虑流固耦合钻井液冲蚀引起的钻柱失效分析＊
钻井液冲蚀引起的钻柱失效分析＊田家林1，2杨 志1付传红1杨 琳1李 友1朱永豪1（1.西南石油大学机电工程学院 四川成都 610500； 2.西南交通大学机械工程学院 四川成都 610031）基于钻柱与钻井液耦合影响因素分析，建立了钻柱失效模型，利用流固耦合和钻柱振动的基本理论对钻柱的振动频率和振动速度进行了求解，分析了钻井液密度、流速、流动应力以及钻柱的振动频率和速度对钻柱失效的影响，在此基础上利用冲蚀理论对钻柱的失效进行研究得到了钻井液对钻柱的冲蚀磨
中国海上油气 2015年2期2015-07-03
- 螺旋屈曲钻柱中诱发扭矩计算方法的研究
言在钻井作业中，钻柱的螺旋屈曲问题一直是石油钻井行业的一个热点问题。螺旋屈曲的概念最早由Lubinski等［1］提出，他们是在忽略管柱自身重量与井壁摩擦的情况下，利用能量法求出螺旋屈曲的解析解，这种研究方法忽略了摩擦和钻柱自重，且认为钻柱发生螺旋屈曲时处在弹性变形的情况下，所以在钻柱中不会产生扭矩。但是随着水平井和大位移井的增多，自重和摩擦是无法忽略的，传统的螺旋屈曲钻柱的强度安全性的分析方法明显不足。Mitchell［2］在考虑以上因素的情况下，进行了螺
机械工程师 2015年7期2015-02-18
- 基于ANSYS的钻柱纵向振动谐响应规律研究
163318)钻柱振动问题非常复杂，是国内外钻井界正在深入研究的问题。在实际钻井过程中，钻柱的振动形式常存在横向振动、纵向振动、扭转振动以及它们相互耦合的振动。一般认为：对直井而言，钻柱的疲劳破坏主要是由钻柱纵向振动引起的。纵向振动是指沿着钻柱的轴线方向进行的振动，其振动方式好像是在弹簧下端悬挂着重物上下运动。钻柱的纵向振动是钻柱中最重要的一种振动形式，它所带来的危害也是极大的[1]。在钻井过程中，由牙轮钻头的运动分析可知，由于井底常存在的3个突起和牙轮
化工自动化及仪表 2015年8期2015-01-15
- 调制式振动对大斜度井减摩阻影响规律
中使用激振器激发钻柱产生轴向振动，减小钻柱与井壁之间的摩阻，从而提高机械钻速的思路。近几年，国内外开展了相关技术的应用性研究，但主要集中在激振器的研制和配套工艺技术两方面［3-6］。笔者针对激发钻柱产生轴向振动减阻技术，建立考虑振动和摩阻耦合作用的钻柱轴向振动减摩阻数学模型，并分析激振力强度等因素对减阻效果的影响。1 数学模型的建立1.1 基本假设钻柱为线弹性变形，钻柱横截面为等壁厚圆环;井壁为刚性;钻柱包含滑动钻进和静止两种状态，只考虑钻柱在轴向上的动力
中国石油大学学报（自然科学版） 2014年4期2014-10-24
- 井下多体钻柱系统瞬态动力学仿真分析
①钻井过程中，当钻柱带钻头旋转钻进时，由于钻杆柱的高速涡动，引起了钻杆柱与井壁的随机接触碰撞现象，其动力学状态非常复杂。持续的接触碰撞会导致钻柱和钻头动力学状态发生变化，改变钻柱控制井眼轨道能力，最终使钻井轨迹达不到设计要求，严重影响着钻井成本［1－6］。20世纪80年代起，随着钻井技术的不断发展，国内外学者对井下钻柱系统动力学进行了深入的研究。Millheim K K等把钻柱与井壁处理成刚性碰撞，采用位移约束的方法来描述钻柱与井壁的碰撞接触［6］；张其昌
石油矿场机械 2014年4期2014-09-07
- 钻井过程中钻柱的横—扭耦合振动分析
00）钻井过程中钻柱的横—扭耦合振动分析王鸿雁1，肖文生1,2，刘忠砚1，侯超1，崔俊国1，付雷3（1.中国石油大学(华东)机电工程学院，山东青岛，266580；2.中国石油勘探开发研究院，北京100083；3.北京石油化工工程有限公司西安分公司,西安710000）钻井过程中，钻柱的横-扭耦合振动是钻井作业工程中无法避免的一种运动形态，也是产生钻柱故障和系统噪声的原因之一。针对实际钻井过程中，钻柱在井下的受力情况复杂，提出采用了一种简化假设方法，对局部坐标
噪声与振动控制 2014年1期2014-07-25
- 垂直井与水平井钻柱屈曲数学模型优化
）垂直井与水平井钻柱屈曲数学模型优化邬柯1， 李敏2， 杨斌1（1.四川宏华石油设备有限公司，四川广汉618300；2.中石化石油工程公司管具分公司，四川德阳618000）对钻柱在井眼内的受力情况进行了分析，得到钻柱在井下的几种屈曲形式。同时对国内外利用能量法推导的垂直井与水平井钻柱屈曲数学模型进行分析对比，分别考虑井眼中在内外流体压力作用下钻柱单位长度重量及钻柱与井壁的摩擦系数，推导出更适用于现场垂直井和水平井钻柱临界屈曲载荷的正弦屈曲临界载荷与螺旋屈曲
机械工程师 2014年4期2014-07-01
- 钻柱黏滑振动动力学研究*
州 213016钻柱黏滑振动动力学研究*吕苗荣，沈诗刚常州大学石油工程学院，江苏 常州 213016以四自由度钻柱动力学方程为基础，结合钻头–岩石的相互作用规律，分析了钻柱在直井眼内的动力学特征，研发了多自由度钻柱粘滑振动仿真软件。利用该软件开展了钻柱动力学行为影响的单因素分析，得出了管柱、钻头和转盘的刚度与转动惯量，以及钻压、转速等对钻柱动力学行为的影响规律，获得了钻柱运动的4种状态特征。通过对实际钻柱动力学参数的仿真分析，表明钻杆越长，钻铤越短，钻柱越
西南石油大学学报(自然科学版) 2014年6期2014-05-05
- 转速突变对竖直井钻柱系统动力学特性的影响
地下隐蔽性工程，钻柱在钻井作业中起着至关重要的作用，钻柱失效等事故时常发生，事故源复杂多样，至今为止学者们对钻柱动力学的研究也表明，井下钻具的振动是钻柱失效造成钻井事故的主要原因［1－4］。在钻井作业中，环节多、地层形式复杂，井下工作条件多变，钻柱在破岩时并不能保持恒定转速转动，而是多处于变速转动状态。目前，国内外对于钻柱的研究多集中在恒转速下的各种振动，忽略钻柱在井下的转速变化，认为钻柱按照指定的转速运转，所受外力也只是时间的函数，而实际的钻柱在遇到岩石
石油化工高等学校学报 2013年2期2013-12-23
- 固液耦合工况下钻柱的扭振频率分析
266580）①钻柱是钻井工程中十分重要的部件，在钻井过程中，钻柱将钻头送至井眼底部并向钻头传递动力，同时伴随有各种振动和冲击，给钻井施工带来不利影响［1－3］。钻柱在恶劣的环境中产生的动力学效应，不仅导致钻具失效和钻井事故的发生，而且还严重影响井眼轨迹的控制［4－6］，提高了钻井成本。钻柱的扭转振动是指钻柱绕其中心线的旋转运动，该振动产生的原因是钻头间歇破碎岩石时所产生的变化速度［7］。钻柱固液耦合工况下的振动固有频率及振动模态分析是研究钻柱动力学特性的
石油矿场机械 2013年6期2013-07-08
- 水平旋转钻柱横向振动特性试验
580)水平旋转钻柱横向振动特性试验邵冬冬,管志川,温 欣,史玉才(中国石油大学石油工程学院,山东青岛 266580)利用水平井钻柱动力学特性模拟装置,对不同钻压和转速条件下水平旋转钻柱横向振动特性进行试验研究。结果表明:钻压和转速是影响水平井旋转钻柱横向振动特性的重要因素；随着转速增加,两横向振动的频率逐渐变大而相位差变小,两横向振动频率与钻柱自转频率呈线性关系；钻压增大对两横向振动频率的影响不大,但两横向振动的相位差会随着钻压的增大而逐渐变小；实际钻进
中国石油大学学报（自然科学版） 2013年4期2013-07-07
- 钻柱疲劳裂纹形成机理研究
勒841000）钻柱是钻井系统中一个极其重要的组成部分，钻柱失效是钻井作业过程中经常发生的问题，钻柱疲劳失效是其最常见的形式。据美国在2000年的一项统计表明，钻井费用占总勘探开发费用的50%～80%，大约14%的井会发生钻具疲劳断裂事故，每次断裂事故总损失约为106000美元［1～3］。陈世春对中石油塔里木油田分公司从2001年到2011年4月的10年间钻柱失效情况进行了研究，钻柱发生疲劳断裂和刺漏的总失效次数为611次，其中刺漏占81%，断裂占19%［
石油天然气学报 2013年9期2013-03-06
- 斜直井中涡动条件下钻柱系统非线性屈曲分析
直井钻进过程中，钻柱受力情况复杂。在一定条件下，当钻柱的工作载荷大于钻柱非线性屈曲临界载荷时，钻柱将发生非线性螺旋屈曲。而后钻柱在井口转盘的带动下绕其自身轴线旋转（自转）的同时，还绕井眼轴线公转，产生涡动。斜直井中钻柱的非线性屈曲会造成钻进摩阻增大，钻压传递困难并使涡动效应提高，进而导致钻柱的疲劳失效。本文，笔者建立了涡动条件下斜直井中钻柱的非线性屈曲模型，使用有限元法对涡动条件下钻柱的非线性屈曲临界载荷及涡动效应进行了分析，以期对同行有所参考。一、钻柱模
河南科技 2012年18期2012-12-19
- 钻柱轴向与横向耦合振动的有限元分析
＊综上述可知，钻柱单元的线性变形描述为式中，由式（7）和式（8）可表示钻柱单元发生变形时的动能和势能为钻柱轴向与横向耦合振动的有限元分析闫 铁1，王雪刚1，李 杉2，毕雪亮1，韩春杰1（1.东北石油大学，黑龙江大庆163318；2.大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆163318）＊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
石油矿场机械 2012年3期2012-12-08
- 海上钻具失效的力学特性分析及应用*
蹩停动载条件下的钻柱扭矩计算公式，并通过实例分析了上述2种条件下钻柱扭矩特性，其成果对海上钻井参数的科学选取具有重要的指导意义。1 拉伸及蹩停动载条件下钻柱扭矩计算为了研究问题方便起见，先在钻柱上取一个微元(图1)，然后由微元的应力状态，通过莫尔应力圆进行分析。对于钻柱来讲，自中性点以上的钻柱都是受拉伸轴向载荷的。图1 钻柱轴向拉伸时的应力微元从图1可以看出，微元上受到轴向应力σ和剪切应力τ的作用，根据莫尔应力圆及材料力学的研究方法［4］，可以求出其组合应
中国海上油气 2012年3期2012-11-04
- 非周期型理想钻柱系统声传播特性研究
传输技术是利用沿钻柱信道传播的低频弹性波为载波，将井下测量数据沿钻柱信道传输到地面的一种数据遥传技术，在钻柱信道中弹性波的传播速度大于泥浆中的传播速度，并且可以传播弹性波信号的主频更高，具有更高的载波能力，其传输速率要比现有的泥浆脉冲技术和电磁波技术高出 1 ～2 个数量级［3，6］。Drumheller、车小花、李成等分别采用一维声传播理论、传输矩阵法和有限差分法对周期性理想钻柱系统的声传播特性进行了理论研究［7－11］，考虑到实际钻井工程中，钻柱系统往
振动与冲击 2012年1期2012-09-15
- 空气钻井条件下钻柱振动特性研究
）空气钻井条件下钻柱振动特性研究徐鸿志1王瑞和2宋有胜1王宇宾1郝志伟11.中国石油集团工程技术研究院 2.中国石油大学（华东）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
天然气工业 2011年6期2011-12-18
- 深海天然气水合物钻探取心钻柱振动模态分析
气水合物钻探取心钻柱振动模态分析赵宗彬1仇性启1许俊良21.中国石油大学(华东)机电工程学院 2.中国石化胜利石油管理局钻井工艺研究院作为深海天然气水合物钻探取心系统必不可少的关键部件,钻柱在深海复杂环境钻探取心过程中承受着非常复杂的外力,不可避免地会产生横向振动、纵向振动、扭转振动及其耦合振动。钻柱的共振会引起钻柱本身甚至整个钻探取心系统的严重失效,进而导致无法成功获取深海天然气水合物岩心。为此,根据国内外相关振动理论的研究成果,结合深海天然气水合物钻探
天然气工业 2011年1期2011-12-18
- 水平井钻柱摩阻扭矩分段计算模型
并被广泛应用，对钻柱的力学分析和计算要求逐渐增高，钻柱的摩阻扭矩是钻柱力学分析的核心问题.人们对钻柱摩阻扭矩问题进行研究，建立相应的力学分析模型[1-8].如Johansick C A分析全井钻柱受力，提出在定向井中预测钻柱拉力和扭矩的软杆模型[1],该模型简单且能够满足一般条件下计算精度要求.根据大变形理论，何华山等考虑钻柱刚度影响，提出改进的摩阻扭矩模型[2-3]，该模型考虑钻柱刚性对摩阻、扭矩的影响，使摩阻力预测计算更加精确，通常称其为刚杆模型；但其
东北石油大学学报 2011年5期2011-11-10
- 浮式海洋钻井钻柱对大钩位移的响应分析
1)浮式海洋钻井钻柱对大钩位移的响应分析张彦廷，武光斌，姜浩，刘振东，张文凯(中国石油大学机电工程学院，山东东营257061)海洋钻井平台的升沉运动对钻柱、钻压以及钻井操作具有较大影响。建立海洋浮式钻井平台钻柱系统动力学模型，利用级数法和机械振动理论求解得到钻柱系统运动响应，推导得出大钩位移量与钻压变化量的数学公式，通过Matlab计算得到给定钻柱长度下大钩的允许位移。分析计算结果为浮式钻井平台升沉补偿装置的开发提供设计依据，可以作为升沉补偿系统的设计目标
中国石油大学学报（自然科学版） 2011年1期2011-09-28
- 深水采油树下放过程钻柱力学分析
水采油树下放过程钻柱力学分析林秀娟，肖文生，王鸿雁(中国石油大学机电工程学院，山东青岛 266555)根据海洋环境载荷和材料力学理论，考虑钻柱参数、海洋环境载荷、钻井船漂移量、作业水深及采油树重力等特征，建立深水采油树下放过程钻柱力学分析模型。通过对模型进行数值求解，对不同影响因素下沿钻柱的横向位移、漂移角、弯矩和剪力进行分析。结果表明:波浪载荷对钻柱上部的弯矩影响很大而对钻柱横向位移影响很小，对采油树深水下放忽略波浪力不会产生较大的误差;钻井船的漂移量对
中国石油大学学报（自然科学版） 2011年5期2011-01-03
- 起下钻钻柱纵振理论分析
61) *起下钻钻柱纵振理论分析肖文生1,2,于桂杰2(1.中国石油勘探开发研究院,北京100083;2.中国石油大学(华东),山东东营257061)*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。钻井;钻柱;纵向振动;钻柱力学起下钻时,
石油矿场机械 2010年12期2010-12-11
- 钻柱系统纵向振动等效网络分析
营257061)钻柱系统纵向振动等效网络分析闫向宏,孙建孟,张美玲,苏远大,陈雪莲(中国石油大学地球资源与信息学院,山东东营257061)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
石油矿场机械 2010年4期2010-12-08
- 基于Walker模型的空气钻井钻柱疲劳寿命算法
r模型的空气钻井钻柱疲劳寿命算法罗 增1,林元华1,明传中2,卢 强2,谢居良2,刘贵喜3(1.西南石油大学石油管工程重点实验室,成都610500;2.塔里木油田分公司,新疆库尔勒841000; 3.川庆钻探工程有限公司,西安710018)空气钻井工况中的钻柱受力非常复杂,钻柱在井下既自转又反转,且在空气锤的作用下不断地上下纵向振动,该振动对钻柱的破坏最严重,在复合载荷作用下常造成钻柱疲劳损伤。修正了钻柱轴向应力和疲劳裂纹计算公式,并运用第四强度理论计算出
石油矿场机械 2010年4期2010-12-08