水平井钻柱振动规律的研究

发布时间：2017-09-08 02:34

  本文关键词：水平井钻柱振动规律的研究

  更多相关文章： 水平井 钻柱振动 模态分析 谐响应

【摘要】：在水平井钻井过程中,钻柱会产生各种形式的振动,主要有三种形式:横向振动、纵向振动和扭转振动。严重的钻柱振动会导致钻柱失效,造成钻井事故,影响钻井安全,给钻井带来巨大的经济损失。本文使用树平1井实际钻井数据,建立了水平井钻柱振动的力学模型,利用有限元方法对其进行理论分析。结合钻柱力学、结构力学及材料力学得到了钻柱三种振动形式的固有频率公式,利用MATLAB软件编程计算获得了钻柱三种振动形式的振动规律。利用ANSYS有限元分析软件,建立水平井垂直井段及整体钻柱振动模型,并对该模型进行模态分析,分别得到垂直井段和水平井段的纵向、横向、扭转振动的固有频率分布规律,以及钻柱系统整体的振动规律。通过对三种振动频率的比较,发现钻柱横向振动频率比较低,所以在钻进过程中可能发生几根钻杆的横向共振,很难发生长井段钻柱的横向振动,这与实际钻井情况是相吻合的。并且分别对理论分析得到的固有频率与有限元软件模拟获得的频率值进行了比较,发现两者之间误差较小。在模态分析的基础上对水平井水平段钻柱进行了纵向振动及横向振动的谐响应分析,得到水平井振动动态响应谱线。结果发现响应较强烈时所对应的频率与模态分析得到的钻柱自振频率是相吻合的。且发现响应的频率与钻头处所施加的钻压无关,只是钻压增大时,峰值有所增加。利用响应曲线可以进一步说明,在钻井过程中只要控制好转速,就可以有效避免共振。
【关键词】：水平井 钻柱振动 模态分析 谐响应
【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】：TE921
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 前言8-16
• 1.1 论文研究的目的及意义8-13
• 1.1.1 水平井概述8-10
• 1.1.2 水平井钻柱组合及钻柱受力10-12
• 1.1.3 钻柱常见的失效分析12-13
• 1.1.4 论文研究的目的及意义13
• 1.2 国内外对水平井钻柱振动研究的发展概况13-15
• 1.2.1 国外发展概况13-14
• 1.2.2 国内发展概况14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 第二章 钻柱振动的理论分析16-24
• 2.1 水平井钻柱受力分析16-19
• 2.1.1 空间梁单元的刚度矩阵16-17
• 2.1.2 水平井钻柱振动的有限元法17-19
• 2.1.3 坐标变换19
• 2.2 钻柱的纵向振动19-20
• 2.3 钻柱的横向振动20-21
• 2.4 钻柱的扭转振动21-22
• 2.5 实例分析22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 钻柱系统的模态分析24-42
• 3.1 钻柱振动模型的建立及求解24-26
• 3.2 钻柱纵向振动的模态分析26-32
• 3.2.1 垂直井段钻柱的纵向振动26-29
• 3.2.2 水平井段钻柱的纵向振动29-31
• 3.2.3 水平段钻柱长度对纵振频率的影响31-32
• 3.3 钻柱横向振动的模态分析32-34
• 3.3.1 垂直井段钻柱的横向振动32
• 3.3.2 水平井段钻柱的横向振动32-34
• 3.3.3 水平井段钻柱长度对横向振动频率的影响34
• 3.4 钻柱扭转振动的模态分析34-39
• 3.4.1 垂直井段钻柱的扭转振动35-37
• 3.4.2 水平井段钻柱的扭转振动37-38
• 3.4.3 水平钻柱长度对扭转振动频率的影响38-39
• 3.5 水平井钻柱系统整体振动分析39-41
• 3.5.1 整体振动分析39-40
• 3.5.2 水平钻柱长度对振动频率的影响40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 钻柱的谐响应分析42-46
• 4.1 谐响应振动的理论分析42
• 4.2 谐响应分析的基本步骤42-43
• 4.3 钻柱水平井段纵向振动的谐响应分析43-44
• 4.4 钻柱水平井段横向振动的谐响应分析44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 结论46-47
• 参考文献47-50
• 发表文章目录50-51
• 致谢51-52

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本文编号：811367