顶驱钻井柔性钻柱动力学特性分析

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1、2011年第4O卷石油矿场机械第4期第1页oILFIELDEQUIPMENT2011，40(4)：1～5oo文章编号：1001-3482(2011)04—0001—05顶驱钻井柔性钻柱动力学特性分析于桂杰，殷有财，肖文生(中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东青岛266555)摘要：与单独分析钻杆纵向振动不同，将钻柱、吊环、顶驱装置、水龙头、起升系统和井架组成的柔性多体系统与钻井液、井壁耦合进行分析。首先推导了多体系统在耦合条件下起下钻过程钻柱系统纵振方程和频率方程，把内外钻井液对钻柱系统的

2、作用力折算成等效的附加质量，运用Matlab编程计算，得到钻柱前8阶固有频率的理论解，并与采用Ansys软件计算得到的数值解比较，验证了理论推导的合理性；其次，针对钻柱提升或下放速度与加速或减速所延续的时间的比值与动载的线性关系，对钻柱系统进行谐响应分析，得出了不同／￡值下钻柱系统的动力响应。为起下钻过程中合理的起升、下放速度和时间参数设计提供了参考依据。关键词：柔性多体系统；起下钻；振动分析；动力响应；共振中图分类号：TE921．201文献标识码：ADynamicAnalysisofFlexib

3、leDrillingCharacteristicsforTopDriveYUGui—jie，YINYou—cai。XIAOWen—sheng(CollegeofArchitectureandTransportandStorageEngineering，ChinaUniversityofPetroleum(EastChina)，Qingdao266555，China)Abstract：Unlikethepastsinglelongitudinalvibrationanalysisofdrillstr

4、ing，thispaperanalyzedtheflexiblemultibodysystemconsistsofdril1string，elevatorlink，TDS，hoistingsystemandder—rick，alongwiththecouplingofdrillstringanddrillingmud．Ontheconditionofcoupling，vibra—tionandfrequencyequationofmultibodysystemwerededucedonroundt

5、rip．Moreover，theeffectofmudinsideandoutsidetodrillstringwasconvertedtoequivalentaddedmass．Exactsolutionsofthefirsteightnaturalfrequenciesacquiredbyusingmatlabsoftwarewerecomparedwiththenumericalsolutionthroughansyssoftware，whichverifiedtherationalityo

6、ftheoreticalanalysis．Inaddition，accordingtothelinearrelationshipbetweenthedynamicloadandvelocity／timeratio，harmonicresponseanalysisofdrillstringwasperformed；therefore，dynamicresponsesunderdif—ferentvelocityandtimeratioswereobtained．Thisworkprovidedref

7、erenceforreasonableparam—eterdesigningofvelocity／timeratioonroundtripoperation．Keywords：flexibledrillstringsystem；roundtrip；vibrationanalysis；dynamicresponse；resortaneevjbratjon在钻井工程中，起下钻作业作为一个重要环节，起着承前启后的作用。在钻柱、吊环、顶驱装置、水收稿日期：2010—1009基金项目：中国石油技术开发项目“

8、钻井随钻测昔与控制技术研究”(2008C一2100)作者简介：于桂杰(1962一)，男，山东招远人，教授，博士，从事工程力学、机械工程和油气管柱力学的教学与科研工作，Email：yuguijie@upc．edu．cn。石油矿场机械2O11年4月龙头、起升系统和井架组成的柔性多体系统中，钻柱1)在振动系统中，井架、游动系统、水龙头、顶在充满钻井液的井眼内完成钻升和起下钻工作，复驱装嚣等起悬挂钻柱的作用，为线弹性体，可简化为杂的工作环境、柔性多体性、多约束及钻井液和钻杆一段钻柱。。；井