井下钻柱纵向横向耦合振动模型建立与数值分析

发布时间：2018-04-08 20:12

本文选题：井下钻柱　切入点：耦合振动　出处：《应用数学和力学》2017年06期

【摘要】：针对井下钻柱运动的复杂性,基于动力学理论,建立了井下钻柱纵向和横向耦合振动的数学模型,并进行数值求解及分析.根据井下钻柱的实际工况,以整个井下钻柱为研究对象,提出了钻柱纵向和横向耦合振动的动力方程,并利用解析法和无量纲法分别求解出其动刚度和动阻尼的表达式,以及钻柱前两阶振动的固有频率.分析结果表明:当井下钻柱振动频率增大时,其动刚度呈幅值衰减的周期性变化,而其动阻尼呈幅值增强的周期性变化;井下钻柱长度和横截面面积越大,其动刚度和动阻尼的幅值越小;井下钻柱的Poisson(泊松)比对其振动的动刚度、动阻尼和前两阶固有频率没有影响;同时,井下钻柱的第二阶固有频率始终大于第一阶固有频率.该文的研究方法和模型为井下钻柱钻具分析和结果优化提供了理论参考和实际意义.
[Abstract]:Aiming at the complexity of downhole drill string movement, a mathematical model of vertical and transverse coupling vibration of downhole drill string is established based on dynamics theory, and the numerical solution and analysis are carried out.According to the actual working conditions of downhole drill string, the dynamic equations of longitudinal and transverse coupling vibration of drill string are proposed, and the expressions of dynamic stiffness and damping are obtained by using analytical method and dimensionless method, respectively.And the natural frequencies of the first two steps of the drill string.The results show that when the vibration frequency of downhole drill string increases, its dynamic stiffness changes periodically of amplitude attenuation, while its dynamic damping increases periodically, and the length and cross-section area of downhole drill string increase.The smaller the amplitude of dynamic stiffness and damping is, the smaller the Poisson ratio of downhole drill string has no effect on the dynamic stiffness, dynamic damping and the first two natural frequencies of the drill string, and the second natural frequency of downhole drill string is always larger than the first natural frequency.The research method and model in this paper provide theoretical reference and practical significance for the analysis and optimization of drill string.
【作者单位】：西南石油大学机电工程学院;西南交通大学机械工程学院;中国石油集团川庆钻探工程有限公司川西钻探公司;
【基金】：国家自然科学基金(51074202) 国家科技重大专项(大型油气田及煤层气开发)(2016ZX05038) 国家留学基金(201608515039)~~
【分类号】：TE921.2

【参考文献】

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【共引文献】

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【二级参考文献】

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