径向振动对旋转钻柱摩阻扭矩的影响

发布时间：2021-08-30 04:39

　　大位移井已被广泛应用于非常规油气资源的勘探开发当中,但在大位移井大斜度稳斜段钻进过程中,如果扭矩过大易造成钻柱失效,而目前关于水平段径向振动对于旋转钻柱摩阻扭矩影响规律的研究则较少,并且多集中于产生径向振动工具研制和摩擦系数测量等方面。为此,在分析径向振动对于旋转钻柱摩阻扭矩影响原理的基础上,设计了不同型号截面外形为椭圆形的钻杆减磨接头模型;采用自行研制的减摩降扭工具性能试验装置,对不同钻速、转速条件下安装有不同钻杆接头模型的水平旋转钻柱进行扭矩测试;进而探究了径向振动对钻柱摩阻扭矩的影响规律。研究结果表明:①随钻杆接头椭圆截面长短轴半径比的增大,扭矩均值和扭矩波动最大幅值均先减小后增大,长短轴半径比为1.065时,扭矩的均值和最大幅值均明显降低,可以起到减摩降扭的作用;②减小钻速和转速,可以降低扭矩均值;③转速超过45 r/min后,扭矩最大幅值随转速的增加变化不大;④扭矩波动基频与转速呈近似线性关系,与钻速和长短轴半径比无关。结论认为,该研究成果可以为大位移井水平井钻柱接头设计与应用提供帮助。 

【文章来源】：天然气工业. 2020,40(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

减摩降扭工具性能试验装置示意图

利用detrend函数可得到扭矩随时间变化的线性趋势，如图4所示，转速30 r/min、钻速18.0 m/h时，电机空转无负载时的扭矩最小。对比安装普通钻杆接头和钻杆减磨接头的测试结果，使用钻杆减磨接头时，扭矩增长速度更快，分析原因可能是钻杆减磨接头截面大于内杆截面，因此钻杆减磨接头与内杆连接处存在暴露的截面，测试中为模拟真实的井壁条件，试验装置的外筒底部均匀铺满砂粒，但没有钻井液的循环流动，因此随着钻杆减磨接头水平行进，钻杆减磨接头暴露的截面前端逐渐有少量砂粒堆积，砂堆的形成导致扭矩增大。

钻杆减磨接头模型结构如图2所示。钻杆接头椭圆截面的长轴与短轴之比是控制径向振动的关键参数，不同型号钻杆接头模型的截面外形参数如表1所示。为研究钻杆减磨接头产生的径向振动对摩阻扭矩的影响，分别对安装普通钻杆接头和钻杆减磨接头（1617、1618、1619）及电机空转（不安装内杆及待测工具）的工况进行扭矩测试。实验中，选取转速分别为30 r/min、45 r/min和60 r/min，钻速分别为18.0 m/h、22.5 m/h和27.0 m/h，将测试结果经过快速傅里叶变换，时域信号转换为频域信号，得到扭矩幅值频谱图，分析扭矩的变化规律。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3372081