底部钻具组合的涡动特征分析.pdf

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1、第38卷第4期石油钻探技术Vo1．38NO．42O10年7月fjEI、I()IEUMDRIIIlGrECf{NIQUESJu1．，2010●设备与工具doi：10．3969／j．issn．1001—0890．2010．04．021底部钻具组合的涡动特征分析姚永汉狄勤丰朱卫平胡以宝王文昌姚建林(上海市应用数学和力学研究所(上海大学)上海市能源与环境工程中的关键力学问题重点实验室，上海200072)摘要：编制了井底钻具组合动力学特性的模拟程序，模拟结果与文献中的结果对比表明，所编模拟程序的模拟结果正确

2、。利用井底钻具组合动力学特性的模拟程序模拟了钻铤形心的径向速度、径向加速度、涡动加速度、涡动速度功率谱以及相图，较全面地反映了井底钻具组合的动力学特性。结果表明：井底钻具组合在特定的情况下可以做规则涡动，更多的是做非规则涡动，没有运动周期；做规则涡动时，钻铤形心的涡动速度较小，其径向速度、径向加速度和涡动加速度均为o。在文中条件下，钻铤形心的涡动速度高达568．73r／min，远大于规则向后涡动速度(79．41r／min)，该种状态的出现对钻具组合的导向能力及安全性将造成很大的的影响，值得进一步探

3、讨。关键词：钻具组合；钻柱振动；动力学；数学模型；数值模拟中图分类号：TE21；TE921．2文献标识码：A文章编号：1001—0890(2010)04—0084—05AnalysisofWhirlingPropertiesofBottomHoleAssemblyYaoYonghanDiQinfengZhuWeipingHuYibaoWangWenchangYaoJianlin(ShanghaiUniversity，ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandM

4、echanics，ShanghaiKeyLaboratoryofMechanicsinEnergyandEnvironmentEngineering，Shanghai，200072，China)Abstract：AprogramwasmadeusingMatlabtoinvestigatethedynamicpropertiesofbottomholeas-sembly(BHA)，thecalculatedresultsagreewithreportedresults．Thesimulations

5、radialspeed，radialac—celeration，whirlacceleration，spectrumofwhirlspeedandphaseportraitshowthedynamicpropertiesofBHAcomprehensively．TheresultshowsthatthewhirlofBHAcanberegularundergivenconditions，whileitisnon—regularinmostcases．Whenitisregular，thewhirl

6、speedofdrillingcollarissmallwithzeroradialspeed，radialaccelerationandwhir1acceleration．Undertheconditiondescribedinthispaper．themax—imumwhirlspeedofBHAis568．73r／minwhichislargerthanregularbackwhirlspeedof79．41r／min．Thisdynamicpropertyaffectsthesteerin

7、gabilityandthesafetyofBHAwhichneedsfurtherstudy．Keywords：bottomholeassembly；drillingstringvibration；dynamics；mathematicalmodel；numericalSjmu】ation底部钻具组合(bottomholeassembly，BHA)研究揭示了钻柱的动力响应有很强的非线性，甚至是控制井眼轨迹的主要工具，也是井下测试工具的可能进入混沌状态，并在现场得到了较好的验证。主要载体，因此，B

8、HA的动力学特性对井眼轨迹控1997年，A．P．Christoforou利用Rayleigh梁模型对制精度、井下测试资料的准确性及设备的安全性具收稿日期：2009()713；改回日期：2O1O—O6l7有重要影响。纵观钻柱动力学的发展历史可知l1]，基金项目：国家自然科学基金项目“磁独立六加速度计井眼轨迹国内外学者建立了各种模型来尽可能地反映钻井过参数测量技术的理论研究”(编号：5()174f]47)和“空气钻井直井易斜程中钻柱运动的真实情况。1991年，J．D．Jansen首机理