钻柱纵向和扭转振动分析

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1、第21卷第6期工程力学VO1．21No．62004年12月ENGINEERINGMECHANICSDec．2OO4文章编号：1000-4750(2004)06-0203-08钻柱纵向和扭转振动分析李子丰，张永贵，侯绪田2，刘卫东2，徐国强2(1．燕山大学，秦皇岛066004：2．中石化钻井研究所，德州253005)摘要：介绍钻柱的振动状态和产生振动的原因。针对钻柱的纵向振动，分别建立了力激励法和位移激励法的数学模型；计算结果表明，力激励法与位移激励法求得的消振转速相反，即力激励法的消振转速恰恰是

2、位移激励法的共振转速，反之亦然；传统多以力激励为边界条件来研究钻柱纵向振动的频率响应，并指导现场消振作业的，这样给出的最佳消振转速，恰恰是共振转速；在钻井作业中，钻头的纵向跳动比纵向受力的变化要稳定得多，钻柱的动负荷比动位移重要得多，应该用位移激励法研究钻柱的纵向振动问题。针对钻柱的扭转振动问题，分别建立了扭矩激励法和转角激励法的钻柱扭转振动数学模型；证明用转角激励法来研究钻柱的扭转振动更符合实际。关键词：钻井工程；钻柱；纵向振动；扭转振动；数学模型；共振；消振中图分类号：0326文献标识码：A

3、ANALYSISOFLONGITUDINALANDToRSIoNVIBRATIoNoFDIULLSTIUNGLIZi—fengl，ZHANGYong—guil，HOUXu—tian，LIUWei—dong，XUGuo—qiang(1．YanshanUniversity，Qinhuangdao066004，China；2．PetroleumDrillingResearchInstitute，SINOPEC，Dezhou253005，China)Abstract：Thestateofvibratio

4、nfordrillstringsandthecauseofvibrationaredescribedinthisPaper，Fortheproblemoflongitudinalvibration，mathematicalmodelsaleestablishedfortheforceanddisplacementexcitationmethods，respectively．Thecalculationresultsindicatethattherotationvelocityofanti—vib

5、rationbyforceexcitationmethodisinoppositetothatbydisplacementexcitationmethod．Therotationalvelocityofanti—vibrationbyforceexcitationmethodisjusttheresonantrotationalvelocitybydisplacementexcitationmethod，andviceversa．Traditionally，tostudythefrequency

6、responseoflongitudinalvibrationford'rillstring，theforceexcitationisappliedtotheboundarycondition，whichisusedtoguidetheoperationofanti—vibrationonsite．Thus，itprovidesthebestanti—vibrationrotationvelocity，whichisjusttheresonantrotationalvelocity．Intheo

7、peration，sincethelongitudinaljumpOfdrillsismuchstablethanthevariationoftheforceandthedynamicforceismoreimportantthanthedynamicdisplacement，thedisplacementexcitationmethodshouldbeusedtostudythelongitudinalvibrationfordrillstrings．Fortheproblemoftorsio

8、nvibrationofdrillstring，themathematicalmodeloftorsionmomentexcitationmethodandrotationalangleexcitationmethodareestablished，respectively．Itisconcludedthattherotationalangleexcitationmethodshouldbeusedtostudythetorsionvibrationofdrillstrings．Keywords：