勘查钻进钻杆的实验模型与仿真分析

发布时间：2020-03-24 15:02

【摘要】： 回转钻进技术具有钻进效率高、功耗低、孔内事故少、钻头寿命长、设备质量轻等一系列优点，因此被广泛应用于石油钻井，水文水井钻井，大陆科学钻探，工程地质勘查等各种勘查钻进过程中。由于在实际的勘查钻进过程中，钻杆柱的受力情况比较复杂，外界的干扰因素很多，而且其自身的固有频率相对较低，钻杆柱的各阶振动模态容易被激振，共振会加大钻杆的疲劳和钻头的磨损，增加钻探工程的成本。因此有必要研究钻杆柱在实际的钻进过程中的力学性能与动力学特性，得到钻杆柱的受力变形特点，找出在尽可能接近实际钻进工况下的各种振动的规律。 论文以勘查钻进中的钻杆柱为分析对象，并不只限于某种特定的型号，而是为了探讨钻杆柱的一般的规律性问题。所建立的基于ANSYS软件的钻杆参数化有限元仿真模型，具有较强的实用性和通用性，可以做到由特殊到一般，极大地提高了分析和研究的效率，并为进一步的分析和研究奠定了良好基础。建模过程中考虑了泥浆的压力和浮力影响等因素，与现有的钻杆柱有限元模型相比，仿真程度有很大的提高。 本文首先说明了课题研究的目的及意义，分析了课题的国内外研究现状、发展趋势以及存在的主要问题，指出了本文的主要研究内容。介绍了钻杆柱的结构，工作状态和受力特点，并对钻杆柱的实验模型做了一定的探讨。从有限元方法入手，根据钻杆柱在勘查钻进中的实际工况，充分考虑了各种边界条件，，利用有限元分析软件ANSYS，采用直接建模法建立了钻杆柱的有限元仿真模型。接着对不同钻进情况下的钻杆柱做了整体的受力与变形分析，说明了钻杆柱的受力形式和变形特点，总结了受力与变形的一般性规律。并对不同参数的钻杆柱进行了多种情况下的模态分析，分别计算了钻杆柱纵向振动、扭转振动、横向振动的各阶固有频率和振型，得到了大量的数据。通过对模态分析结果的比较和分析，找出了不同参数下钻杆柱各种振动固有频率的变化规律，分析了不同因素对钻杆柱固有频率的影响程度。最后对全文进行了总结，指出了今后还待解决的问题。 文中所计算和分析得到的结果，对于优化钻杆结构，采用合理的钻进参数，提高钻杆和钻头的使用寿命是十分有利的。
【图文】：

目目护 1.1...… … … 图3一 1ANSYS图形用户界面圣3.3有限元建模方法有限元分析是针对特定的模型而进行的，因此，用户必须建立一个有物理原型的准确的数学模型。ANSYS使用的模型可分为两大类:实体模型和有限元模型。类似于CAD，以数学的方式表达结构的几何形状，即实体模型。该类模型可以在其中填充节点和单元，

!自节点Nodp起复制(NOdC一1)次上述单元!将钻杆柱的截面方向放大Mzoom倍显示在ANSYS软件中通过命令流的方式建立的钻杆柱有限元模型如图3一4所示。建模过程中选取了钻杆和粗径钻具相配合的一组参数来建立模型，即中89钻杆+小121粗径钻具的形式，钻孔深度暂定为lo00m。ELE卫正】仃5八NSYS0m APR11200714:45:20Dr主11P工pe100班 2001Dr主l工CO工lar300皿 400班 500现6001 7001 800班900班一一一一一一一一一一_10001[tFln工 teEle功ent坷 odeloftheDr工 11str工ng(Bateh网ode)图3一4钻杆柱有限元模型
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH113.22

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本文编号：2598497