钻柱系统黏滑振动的自激振动特性研究
本文选题:钻柱 + 黏滑振动 ; 参考:《西南石油大学学报(自然科学版)》2017年04期
【摘要】:针对当前钻柱系统黏滑振动产生的影响不断增大的问题,研究黏滑振动的自激振动特性。通过建立钻柱系统的黏滑振动力学模型,推导了钻头于黏滞阶段与滑脱阶段的状态方程,并得到其滑脱阶段的振动响应。在得到系统黏滑振动特性的基础上,研究钻头在不同初始条件时相对转盘运动的相轨迹。结果表明,当钻头初相点存在扰动时,其运动均将趋向于稳定的黏滑振动,表现为钻头运动的相轨迹收敛于稳定的极限环。对黏滑振动产生的原因进行分析,结果表明,产生黏滑振动的钻柱系统在黏滞状态与滑脱状态转变时均存在摩擦扭矩的降落,相当于在钻头转动方向作用一个外载,即钻头临界状态转变时存在的负阻尼效应将钻柱的振动调节为自激振动。
[Abstract]:In order to solve the problem that the influence of stick-slip vibration on drill string system is increasing, the self-excited vibration characteristics of stick-slip vibration are studied. By establishing the dynamic model of viscous and sliding vibration of drill string system, the state equations of drill bit in viscous and sliding stages are derived, and the vibration response of drill bit in slippage stage is obtained. Based on the characteristics of visco-slip vibration of the system, the phase trajectories of the bit relative to the turntable under different initial conditions are studied. The results show that when the initial phase point of the bit is disturbed, its motion tends to stable visco-slip vibration, which shows that the phase trajectory of the bit motion converges to the stable limit cycle. The causes of viscous and slip vibration are analyzed. The results show that there is a drop of friction torque in both viscous state and slip state of drill string system, which is equivalent to an external load acting in the direction of bit rotation. In other words, the negative damping effect during the transition of the critical state of drill bit adjusts the vibration of drill string to self-excited vibration.
【作者单位】: 西南石油大学机电工程学院;中国石油塔里木油田分公司天然气事业部;
【基金】:国家自然科学基金(51674214) 四川省科技厅重点研发项目(2017GZ0365) 四川省青年科技创新研究团队项目(2017TD0014)
【分类号】:TE921
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,本文编号:2087119
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