基于传递矩阵法的齿轮齿条钻机纵向振动分析.pdf

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1、２０１４年第４３卷石油矿场机械第１１期第１８页犗犐犔犉犐犈犔犇犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０１４，４３（１１）：１８２２文章编号：１００１３４８２（２０１４）１１００１８０５基于传递矩阵法的齿轮齿条钻机纵向振动分析董峰（大庆油田有限责任公司第二采油厂，黑龙江大庆１６３４１４）摘要：将齿轮齿条钻机简化为线性链式连续多体系统，基于传递矩阵法建立了齿轮齿条钻机各个结构纵向振动的传递矩阵，运用矩阵乘法建立了钻机纵向振动的传递矩阵。分段计算了小车在井架不

2、同高度和１～３ｋｍ井深时纵向振动的１阶共振频率，并将模型的计算结果与软件的仿真结果进行了对比分析。研究结果表明：齿轮齿条钻机的系统振动频率主要取决于钻柱长度；井架的高度及升降小车在井架上的运动对钻机系统频率的影响很小，不会改变钻机系统的稳定性。研究结果对齿轮齿条钻机作业有一定指导作用。关键词：齿轮齿条钻机；纵向；振动；传递矩阵；分析中图分类号：ＴＥ９２２文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３８４２．２０１４．１１．００５犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犔狅狀犵犻狋狌犱犻狀犪犾犞犻犫狉犪狋犻狅狀狅犳犌犲犪狉犪狀犱犚犪犮犽犅犪狊犲犱

3、狅狀犜狉犪狀狊犳犲狉犕犪狋狉犻狓犕犲狋犺狅犱ＤＯＮＧＦｅｎｇ（犜犺犲犛犲犮狅狀犱犘狉狅犱狌犮狋犻狅狀犘犾犪狀狋，犘犲狋狉狅犮犺犻狀犪犇犪狇犻狀犵犗犻犾犳犻犲犾犱犆狅犿狆犪狀狔，犇犪狇犻狀犵１６３４１４，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｒａｃｋａｎｄｐｉｎｉｏｎｄｒｉｌｌｉｎｇｉｓｓｉｍｐｌｉｆｙｅｄｔｏｌｉｎｅａｒｃｈａｉｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｕｌｔｉｂｏｄｙｓｙｓｔｅｍ，ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｍａｔｒｉｘｏｆｅａｃｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗｈｉｃｈｉｓｂｕｉｌｄｂａｓｅｄｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｍａｔ

4、ｒｉｘｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｍａｔｒｉｘｏｆｗｈｉｃｈｉｓｂｕｉｌｄｂｙａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｍａｔｒｉｘｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｉｒｓｔｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｄｅｒｒｉｃｋａｎｄ１０００３０００ｍｄｅｐｔｈ，ａｎｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｍｏｄｅｌｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔ

5、ｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｒａｃｋａｎｄｐｉｎｉｏｎｄｒｉｌｌｉｎｇｍａｉｎｌｙｄｅｐｅｎｄｓｏｎｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｄｒｉｌｌｓｔｒｉｎｇ，ｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｄｅｒｒｉｃｋａｎｄｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｄｅｒｒｉｃｋｈａｖｅｌｉｔｔｌｅｉｍｐａｃｔｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇ，ａｎｄｗｉｌｌｎｏｔｃｈａｎｇｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅｃｅｒｔａｉｎｇｕｉｄｉｎｇｒｏｌｅｆｏｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｒａｃｋ

6、ａｎｄｐｉｎｉｏｎｄｒｉｌｌｉｎｇ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｒａｃｋａｎｄｐｉｎｉｏｎｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｔｒａｎｓｆｅｒｍａｔｒｉｘ；ａｎａｌｙｓｉｓ齿轮齿条钻机是新概念石油钻井设备，它将齿更浅的地层，同时能钻取更多的生产层，更适合定向［１］条安装在井架上，将齿轮安装在顶驱上，利用齿轮与井、丛式井和水平井钻井及开窗侧钻等钻井工艺。齿条的啮合带动顶驱上下运动。因此，齿轮齿条钻国外齿轮齿条钻机研究早于国内，美国奥格公司、挪机既能提供上提力又能产生下压力，能够有效钻进威的ＴＴＳＳｅｎｓｅ公司、美国Ｈｏｒｉｚｏ

7、ｎｔａｌＷｅｌｌＤｒｉｌｌ收稿日期：２０１４０１０９基金项目：国家自然科学基金项目（１１３７２０７１）；中国博士后基金项目（２０１３Ｍ５４１１３９）；黑龙江省科技攻关项目（ＧＺ１１Ａ４０５）作者简介：董峰（１９７７），男，黑龙江大庆人，工程师，硕士，主要从事油气生产技术开发工作。第４３卷第１１期董峰：基于传递矩阵法的齿轮齿条钻机纵向振动分析·１９·ｅｒｓ（ＨＷＤ）公司和德国的ＭａｘＳｔｒｅｉｃｈｅｒ公司是较早从事该项装备研究的公司。经过

8、多年的研究和应用试验，该项技术在国外发展很快，逐渐趋于成［２４］熟。国内一些专家和学者们也开始该项技术的［５７］研究，并取得了一定的研究成果。虽然国内外对钻机的