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《深井钻井过程中温度对钻柱振动特性的影响研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、深井钻井过程中温度对钻柱振动特性的影响研究第31卷??第3期Vo.l31??No.3??????????????????????????钻??????采??????工??????艺DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGY%13%钻井工艺邓??理,李??黔,李福德112(1西南石油大学2中国石油川庆钻探井下作业公司)摘??要:钻柱振动问题一直是导致钻柱损坏的主要因素,在深井及超深井的钻井过程中,这种现象表现得更为突出。文章通过实验的方法确立了钻柱材料力学性能及钻井液流变性参数随温度的变化关系,并通过实例计算了某深井钻柱
2、的振动特性,与常温下计算结果对比表明温度会影响钻柱的振动特性。该分析方法可为制定合理的钻井参数或者减震措施提供重要的指导意义。关键词:温度;钻柱振动;深井;模型;共振———————————————————————————————————————————————中图分类号:TE245??????文献标识码:A????文章编号:1006-768X(2008)03-0013-03????钻柱在井下存在着纵向振动、横向振动、扭转振动以及三者之间以不同形式的耦合振动,其本体承受着复杂的交变应力作用,从而加剧了钻柱的失效,这种现象在深井的钻井过程中表现得
3、尤为突出。往往在深井的钻井过程中地面观察到的跳钻现象表现得不明显而误认为井下钻柱不振动,其实在实际工况下由于钻井液及其它阻尼因素的共同作用下,底部钻具振动的现象在传递到井口的过程中减弱了许多,而没有从根本上消除振动。在以前的研究过程中,许多学者忽略了温度对钻柱振动的影响或者是做了简化处理,而实际深井甚至超深井的钻井过程中温度对钻柱材料的力学性能和钻井液的流变性参数都有影响,继续按照常温状态下计算钻柱的振动情况必然会引起一定的误差。因此,有必要对温度影响钻柱振动的特性展开进一步的研究,对于指导钻井参数及各种减振措施、提高深井的钻井速度及钻井效益
4、有着非常重要的意义。个钻柱振动处理为多自由系统来分析,采用这种方法可以综合考虑钻井液、井眼轨迹、上下两端的边界条件,可更全面的体现实际钻井过程中的情形。振动的数学模型:??ui??ui??uiAiEi=??+??,2,3,ii+??ig??i=(1??t??l#,n);0?l?L(1)———————————————————————————————————————————————式中:Ai、Ei、????弹性模i、i分别为钻柱的截面面积、量、结构阻尼因子、钻井液密度;t、l、L、ui分别为时间、单元长度、钻柱总长、钻柱运动的位移。位移边界条件:
5、钻柱上端界面处理为固定边界条件,u1(0,t)=0;钻头采用激励位移法处理边界条件,即2U=2Rbitsin()2z22一、深井钻柱振动的力学及数学模型??钻柱轴线与井眼轴线重合;井眼保持圆形截面,不考虑井径变化因素的影响;!忽略由于泵压的波动及钻井液在钻柱内外流动过程中附加压力对振动的影响。钻柱振动力学模型:将由井架、钢丝绳、游车、水龙头及整体钻柱系统处理为弹簧?质量?阻尼系统(见图1),即将整收稿日期:2007-10-18;修回日期:2008-04-08(2)作者简介:邓理(1981-),西南石油大学在读硕士研究生,研究方向为油气井工程。
6、地址:(610500)成都市西南石油学院石工院,电话:()126.co%14%??———————————————————————————————————————————————钻??????采??????工??????艺DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGY2008年5月May2008式中:U、Rbit、z分别为钻头的振幅、牙轮钻头的半径、钻头的最外排齿数。连续性条件:考虑钻柱是由不同截面积的钻具组成,因此在两段连接处其位移相等。ui-1(li-1,t)=ui(li,t)周期性边界条件:考虑钻柱运动一个周期时,其振
7、动特性与上一个周期相同,即ui(li,t)=ui(li,t+60/n)式中:n?钻柱每分钟的转速。(4)(3)常温状态下发生了明显的变化,且可判断钻井液的流型属于宾汉模式,即!=!0+?s????式中:!、!?、??分别为剪切力、??动切力、塑性黏度、0、剪切速率,因此可根据上式结合实验曲线求取钻井液的塑性黏度。三、计算实例某井井深7400m,井筒温度200&;常温状态下———————————————————————————————————————————————3钻井液密度为2150kg/cm,黏度100mPa%s,动切力30mPa
8、;使用钻具组合为:??215??9钻头+??158??8钻铤30根+??158??8震击器+??158??8钻铤3根+??127钻杆,钻压100kN。二、温度对钻柱
