基于有限元法的钻杆柱纵向振动分析.pdf

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1、第42卷第12期探矿工程(岩土钻掘工程)Vo1．42No．122015年12月ExplorationEngineeringfRock&SoilDrillingandTunneling)Dec．2015：52—56基于有限元法的钻杆柱纵向振动分析苏凯，孙友宏，贾瑞，(1．吉林大学建设工程学院，吉林长春130026；2．复杂条件钻呆技术国土资源部重点实验室，吉林长春130026)摘要：钻杆的纵向振动对钻杆失效有较大影响。采用ANSYS软件对2000m以内钻杆柱的纵向振动进行了分析，得到了不同钻具规格、不同钻铤长度、不同钻杆柱长度的固有频率，获得了钻杆柱纵向振动的

2、前五阶固有振型。结果表明，钻杆柱的固有频率受钻杆规格和钻铤长度影响很小，受钻杆柱长度影响较大。关键词：钻探；钻杆柱；纵向振动；固有频率；ANSYS中图分类号：P634．4文献标识码：A文章编号：1672～7428(2015)12—0052—05StudyonLongitudinalVibrationofDrillingPipeBasedonFiniteElementMethod／SUKai，SUNYou—hong，JIARui(1．CollegeofConstructionEngineering，JilinUniversity，ChangchunJilin1

3、30026，China；2．KeyLaboratoryofDrillingandExploitationTechnologyinComplexConditions，MinistryofLandandResources．ChangchunJilin130026，China)Abstract：Longitudinalvibrationofdrillpipehasgreatinfluenceondrillpipefailure．Bytheanalysisonthelongitudinalvibrationofdrillpipeswithinthelengthof2

4、000mwithANSYSsoftware，theintrinsicfrequencyofdrillingpipeswithdiffer—entspecifications，drillcollarsanddrillingstringswithdifferentlengthaswellasthefirst5naturalvibrationmodesoflongi—tudinalvibrationofdrillstringareobtained．Theresultsshowthattheintrinsicfrequencyofdrillingpipeisslgh

5、tlyaffectedbythedrillingpipespecificationsanddrillcollar~nsth，butbydrillpipelengthalot．Keywords：drilling；drillstring；longitudinalvibration；intrinsicfrequency；ANSYS0引言为结构的衰减振动周期与无阻尼自由振动周期相钻杆柱在孔内一般承受着交变的拉、压轴向力，同。因此本文仅考虑钻杆柱纵向自由振动，模型如接触横向力(表面正压力)、接触周向力(摩擦力)。图1所示。在这些载荷共同作用下，钻杆柱主要发生扭转、横向

6、和纵向3种形式的振动。一些学者认为钻杆柱失效主要是由纵向振动引起的，特别是在深孔钻探工程中发生几率较大-1J。因此，对钻杆柱的纵向振动分析具有重要意义。钻杆柱在孔内工况较为复杂，传统的解析法往往无法对钻杆柱纵向振动进行全面准确分析J。本文采用ANSYS有限元分析软件，建立钻杆柱有限元模型，利用ANSYS软件中的模态分析技术，计算出了钻杆柱纵向振动的各阶固有频率及振型曲线，对实际钻进工程中采取减振措施具有一定的指导作用。一井架和钢丝绳的综合刚度；一钻头结构和地层弹1钻杆柱纵向振动力学模型性的综合刚度；zt一钻杆长，m；12一钻挺长，m。图1钻杆柱纵向自由振动模

7、型振动理论已证明，阻尼虽然对结构的振幅影响很大，但对系统的自振周期影响不大]，可近似认钻杆柱纵向振动偏微分方程为：收稿日期：2015—05—24：修回日期：2015—09—15基金项目：中国地质调查局地质调查项目“漠河盆地地质浅钻工程”(编号：GZHL201400303)作者简介：苏凯，男，汉族，1992年生，在读硕士研究生，地质工程专业，主要研究天然气水合物钻采技术，786965977@qq．con。通讯作者：孙友宏，男，汉族，1965年生，教授，博士生导师，吉林省长春市朝阳区西民主大街938号，syh@jlu．edu．cn。第42卷第12期苏凯等：基于有

8、限元法的钻杆柱纵向振动分析53表1钻杆和钻铤组合d=