带旋转导向工具底部钻具组合的动力学特性分析及参数优化.pdf

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1、第33卷第2期石油钻采工艺V01．33No．22011年3月OILDRILLINC＆PR0DUCTIONTECHNOL0GYMar．2011文章编号：1000—7393(2011)02—0008—04带旋转导向工具底部钻具组合的动力学特性分析及参数优化胡以宝狄勤丰李汉兴王文昌姚建林(1．上海大学，上海市应用数学和力学研究所，上海200072；2．中海石油研究中心，北京100027)摘要：带旋转导向的底部钻具组合(RSBHA)在钻井过程中发挥着极其重要的作用，现场更多关注的是其导向能力，对它的工作状态平稳性没有严格要求。为防止RSBHA的剧烈振动

2、和失效事故，建立了RSBHA的动力学模型，运用有限元法分别计算分析了不同结构、不同转速、不同钻压条件下的底部钻具组合的动力学特性，求得了动态位移和动态弯曲应力。结果显示：合理安放稳定器能够有效地减弱RSBHA的横向振动，降低其动态弯曲应力；转速对RSBHA的动态弯曲应力影响很大，当转速为100r／min时应力水平最低，180r／min时应力水平最高；带旋转导向的钻具组合结构合理时，增大钻压时，其横向位移变化较小，动态弯曲应力分布比较合理。该结果为进一步研究RSBHA提供了理论依据。关键词：底部钻具组合；动力学模型；弯曲应力；稳定器；转速；钻压中

3、图分类号：TE291文献标识码：ADynamiccharacteristicsanalysisandparameteroptimizationofrotarysteeringbottom—holeassemblyHUYiba0，DIQinfeng，LIHanxing，WANGWenchang，YA0Jianlin(1．ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China；2ResearchCenterofCNO0c’Be

4、ijing100027，China)Abstract：Therotarysteeringbottom—holeassembly(RSBHA)playsanimportantroleindrilling．LessattentionhasbeenpaidonthestabilityofRSBHAbutmoreonthesteeringfunction．AdynamicmodelforRSBHAwasestablishedtopreventtheseverevibrationandfailure，andthefiniteelementmethodwa

5、susedtocalculatethedynamiccharacteristics．Dynamicdisplacementsandbendingstresswerecalculatedundertheconditionsofdiferentstructure，diferentrotaryspeedanddiferentweightonbit．Theresultsshowedthatinstallingastabilizeratanappropriatelocationcanefectivelyreducelateraldisplacementa

6、nddynamicbendingstressoftheRSBHA．Furthermore，rotaryspeedhadagreatefectonthedynamicbendingstress-RSBHAwithgivenstructurereacheditsloweststresslevelat100r／minanditsmaximumstresslevelat180r／min．IftheRABHAstructurewasappropriate，lateraldisplacementoftheRSBHAchangedalitlewhenthew

7、eightonbitincreased，anddynamicbendingstressdistributionoftheRSBHAseemedreasonable-Keywords：botom—holeassembly；dynamicmodel；bendingstress；stabilizer；rotaryspeed；weightonbit旋转导向工具PowerDrive、AutoTrak和Geo—迹成为可能。2001年，BakerHughers公司在使用带Pilot等的出现给钻井井眼轨迹控制技术带来了革AutoTrak的RSBHA时发现，由于

8、BHA的结构不合理，多处出现了疲劳应力损伤，有裂纹出现n。英国命性的发展，使得高质量地控制复杂结构井井眼轨基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层