管内水平旋转梁动力学试验装置研制与实验分析

发布时间：2017-11-03 18:03

  本文关键词：管内水平旋转梁动力学试验装置研制与实验分析

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【摘要】：在水平井钻井过程中,钻柱作为工作的主体部分,呈现出了非常复杂的动力学状态,诸如纵向振动、横向振动、扭转振动、涡动以及振动之间的相互耦合,给钻柱、井眼造成了一定的疲劳损害,同时还影响了钻井效率。在井下工作环境中,钻柱的运动状态容易受到多个方面的影响,诸如钻压、转速、扭矩、钻井液、阻尼、井眼、井底等因素。由于石油钻井中钻柱存在着的诸多问题,并且当前针对钻柱动力学状态的研究主要集中在竖直井中,所以本文开展了水平井钻柱的研究,将水平井钻柱简化为水平旋转梁,并完成了管内水平旋转梁动力学试验装置研制与实验分析。本文通过构建钻柱单元的位移、速度和加速度表达式,分析了水平井钻柱系统中的钻头井底相互作用模型和钻柱井壁相互作用模型的力、扭矩因素;基于铁木辛柯梁模型和哈密尔顿原理推导出了水平井钻柱的非线性动力学方程和线性动力学方程;简化了钻头井底相互作用模型以及钻柱井壁相互作用模型中的约束和边界条件,并对钻柱模型进行仿真,分析了水平井钻柱的非线性动力学状态。为了有效的观测水平井钻柱的运动状态并对理论仿真模型进行验证,本文基于相似理论和转子-轴承系统动力学研制了一套管内水平旋转梁试验装置并进行实验分析,该试验装置由钻压系统、旋转系统、井液循环系统、杆柱系统和井下模拟系统组成,可以模拟钻柱运动的真实环境,再现水平井钻柱的动力学状态,通过传感器采集信号并分析,以试验的方式分析了水平井钻柱的运动机理。最终将实验分析结果与模型仿真分析结果相互印证,得出了钻压和转速对水平井钻柱动力学状态的影响规律,为提高钻杆的使用寿命和设定合理的操作参数提供了一定的科学依据。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE92

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本文编号：1137273