井下多体钻柱系统瞬态动力学仿真分析.pdf

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1、2014年第43卷石油矿场机械第4期第7页0ILFlELDEQUIPMENT2014，43(4)：7—12文章编号：1O01—3482(2014)04—0007—06井下多体钻柱系统瞬态动力学仿真分析肖文生，刘忠砚，王鸿雁，魏文强，付雷，殷有财(1．中国石油大学(华东)机电工程学院，山东青岛266580；2．中石化天津液化天然气有限责任公司，天津300457)摘要：钻井过程中钻杆柱的高速涡动会引起钻杆柱与井壁的随机碰撞。为了有效预测与控制钻杆柱与钻头在井下的运动规律，建立了符合实际工况的井下多体钻柱系统固液耦合有限元模型，分析了钻井液对钻柱系统瞬态动力学特性仿真结果的影响。研究

2、结果表明：钻柱在钻井液的作用下横向振动减弱、与井壁发生碰撞的次数减少。为进一步阐明钻柱运动规律、预测和控制井眼轨迹奠定了基础。关键词：钻柱；固液耦合；瞬态动力学特性；有限元分析中图分类号：TE921．2O1文献标识码：ATransientDynamicsSimulationsAnalysisofDownHoleDrillStringMulti—bodySystemXIAOWen—sheng，IAUZhong—yan，WANGHong—yan，WEIWen—qiang～，FULei，YINGYou—cai(1．CollegeofMechanicalandElectricalEng

3、ineering，ChinaUniversity0_，Petroleum，Qingdao266580，China；2．SinopecTianjinLNGCo．，Ltd．，Tianjin300457，China)Abstract：Ahighspeedwhirlofdrillpipeinthedrillingprocesscausedrandomcollisionsofdrillpipeagainstthewal1．Inordertoeffectivelypredictandcontrolthemotionlawofdrillpipeandthedrillbitintheunder

4、ground，thecoupledfiniteelementmodelofthesolid—liquidisestablishedforthedownholedrillstringmulti—bodysystem，Analysisofthedrillingfluidonthetransientdy—namicssimulationresultsofdrillstringsystemiScarriedout．Theresultsshowthat：undertheeffectofthedrillingfluid，thedrillstring’Slateralvibrationwea

5、kenedanditsvibrationaccelera—tionandamplitudeweredecreasedatdifferentlevel。theseestablishedthefoundationforfurtherelucidatethemovementofthedrillstring，andpredictandcontrolthewel1trajectory．Keywords：drillstem；fluid—structureinteraction；transientdynamics；FEA钻井过程中，当钻柱带钻头旋转钻进时，由于钻等把钻柱与井壁处理成刚性碰撞，

6、采用位移约束的杆柱的高速涡动，引起了钻杆柱与井壁的随机接触方法来描述钻柱与井壁的碰撞接触_6；张其昌等将碰撞现象，其动力学状态非常复杂。持续的接触碰两者的接触关系利用弹簧约束模拟l_7t．。以上2种方撞会导致钻柱和钻头动力学状态发生变化，改变钻法虽然能够有效模拟两者接触边界条件，但工作量柱控制井眼轨道能力，最终使钻井轨迹达不到设计巨大，而且没有考虑钻井液对钻柱系统瞬态动力学要求，严重影响着钻井成本_116l。20世纪8O年代特性的影响。本文采用有限元法，根据两种管单元起，随着钻井技术的不断发展，国内外学者对井下钻PIPE59，PIPE16的力学特性分别建立了钻柱系统柱系统动力学

7、进行了深入的研究。MillheimKK钻进过程中考虑钻井液作用与不考虑钻井液作用下收稿日期：201310—22基金项目：山东省自然科学基金“井下控制工程基础理论研究”(Y2008F48)作者简介：肖文生(1966)，男，陕西西安人，教授，博士，博导，主要从事计算机辅助设计及海洋工程研究，E—mail：liuzhongyan2OO7upc@163．com。·8·石油矿场机械的有限元动力学模型，分析了钻井液对钻柱系统非线性瞬态动力学特性的影响。l井下钻柱系统简化模型图2钻柱系统有限兀模型以钻柱系