超深井钻柱粘滑振动特征的测量与分析
本文关键词:超深井钻柱粘滑振动特征的测量与分析 出处:《石油钻探技术》2017年02期 论文类型:期刊论文
【摘要】:粘滑振动是引起钻具失效、影响钻井时效的复杂振动形式,国内外学者对其产生机理进行了大量研究,但至今没有定论。采用ESM钻柱振动测量工具测量了某超深井井下钻柱的三轴加速度,通过分析三轴加速度的特征,研究了井下钻柱的粘滑振动特征。结果表明:实测井段发生了大量的粘滑振动,粘滑振动频率约为0.11Hz,粘滑振动周期约为9.0s,粘滞时长达4.0s,滑脱阶段井下钻柱转速最大达330.0r/min,约为地面转速的2.75倍;粘滑振动与地面测量扭矩波动具有很好的对应关系,说明可以通过地面测量扭矩特征初步判断井下钻柱是否产生粘滑振动。频域分析结果表明,当发生滑脱运动时,径向加速度的频谱中粘滑振动频率对应的能量幅值最大,同时还包含横向共振频率和与井壁接触产生的外激励频率等,但轴向振动的频谱中粘滑振动频率对应的能量幅值较小,表明钻柱粘滑振动过程中扭转振动最为突出,并存在强烈的横向振动和较弱的轴向振动。研究结果对描述粘滑振动的特征、判断超深井钻井过程是否发生粘滑振动和及时采取消除粘滑振动技术措施具有指导作用。
[Abstract]:Stick-slip vibration is a complex vibration form which causes the failure of drilling tools and affects the drilling aging. Many scholars at home and abroad have done a lot of research on its mechanism. But there is no conclusion so far. The triaxial acceleration of drill string in an ultra-deep well is measured by ESM drill string vibration measurement tool, and the characteristics of triaxial acceleration are analyzed. The characteristics of stick-slip vibration of downhole drill string are studied. The results show that a large number of stick-slip vibration occurred in the measured well section, the frequency of viscous slip vibration is about 0.11Hz, and the period of stick-slip vibration is about 9.0s. The maximum downhole drill string speed in slippage stage is 330.0r / min, which is about 2.75 times that of surface speed. There is a good correspondence between the vibration of stick-slip and the fluctuation of measured torque on the ground, which indicates that it can be preliminarily judged whether the downhole drill string produces stick-slip vibration through the characteristics of the measured torque on the ground. The frequency domain analysis results show that. When slippage occurs, the energy amplitude corresponding to the stick-slip vibration frequency is the largest in the spectrum of radial acceleration, including the transverse resonance frequency and the external excitation frequency caused by contact with the shaft wall, etc. However, the energy amplitude corresponding to the frequency of stick-slip vibration is small in the frequency spectrum of axial vibration, which indicates that torsional vibration is the most prominent in the process of stick-slip vibration of drill string. There are strong transverse vibration and weak axial vibration. It is helpful to judge whether the viscous vibration occurs in the drilling process of ultra deep well and to take the technical measures to eliminate the vibration in time.
【作者单位】: 中国石油塔里木油田分公司;上海大学上海市应用数学和力学研究所;上海大学机电工程与自动化学院;
【基金】:国家自然科学基金项目“超深井钻柱非线性动力学及动态安全性基础理论研究”(编号:U1663205)和“深井、超深井钻柱的非线性动力学特性分析”(编号:51174130) 上海市部分地方院校能力建设项目“石油钻柱动力学特性仿真平台研发及其应用”(编号:12160500200)资助
【分类号】:TE921.2
【正文快照】: 钻井过程中,粘滑振动(stick-slip vibration)是引起钻头和钻具组合失效破坏的重要原因,其本质为自激产生的强烈扭转振动。对于深井、超深井,由于钻柱长径比很大,扭转刚度较低,而且钻柱与井壁的摩阻也较大,这使钻柱在井下的运动特征十分复杂,其中之一就是粘滞-滑动现象,即粘滑
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