【摘要】：在鉆井工程中,鉆柱經(jīng)常會發(fā)生各種形式的振動。在鉆頭鉆進時,由于井底不平,牙輪牙齒間歇壓入巖石和巖石間歇破碎導致鉆柱產(chǎn)生縱向振動。在直井中,鉆柱縱向振動是鉆柱振動中最嚴重的振動形式,劇烈的鉆柱縱向振動不僅對鉆具造成破壞也會降低機械鉆速,增加鉆井成本。當發(fā)生卡鉆時,震擊解卡則是利用鉆柱的縱向振動產(chǎn)生的震擊作用解除卡鉆事故。研究直井鉆柱縱向振動對于減小縱振在正常鉆進時產(chǎn)生的危害和利用鉆柱縱向振動獲得最佳的解卡效果,有重要的意義。本論文針對以上情況,主要做了以下研究:根據(jù)實際鉆井情況,以及減震器的配置方案,分別建立鉆柱在配置單根減震器和雙根減震器下的鉆柱縱向振動力學模型。首先,研究了鉆柱的工作載荷與環(huán)境載荷,根據(jù)減震器的配置方案建立了鉆柱在配置單根減震器和雙根減震器在鉆進時縱向振動的力學模型。其次,基于彈性桿理論建立鉆柱縱向自由振動的數(shù)學模型,運用運動偏微分方程和邊界條件推導出鉆柱縱向振動在減震器不同配置方案下的固有頻率及振型公式。通過對比不同模型下鉆柱縱向振動固有頻率的分析得到鉆柱縱向振動固有頻率的變化規(guī)律。再次,在求得鉆柱縱向振動固有特性的基礎上,利用振型疊加法,通過建立數(shù)值模型,利用四階龍格庫塔法求解不同模型下鉆柱縱向振動的穩(wěn)態(tài)響應,從鉆頭動載的角度研究鉆井液、減震器等對鉆柱縱向振動特性的影響。最后,建立隨鉆震擊器解卡力學模型,鉆柱解卡時縱向振動力學模型、數(shù)學模型,通過建立數(shù)值模型,求解鉆柱在初始變形下的速度響應和位移響應,進而求得卡點震擊載荷。
【圖文】：

燕山大學工學碩士學位論文減振器、擴眼器、隨鉆測井工具和旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具等特殊工具，根據(jù)井眼軌跡控制要求進行組成。組成鉆柱的主要鉆具有：(1)方鉆桿：如圖 2-2 所示，方鉆分為四方鉆桿、六方鉆桿兩種。由驅(qū)動部分、上下接頭等組成，，位于鉆柱結(jié)構(gòu)的最上端，承受鉆柱的全部重量，截面為中空的多邊形(多為正方形)。方鉆桿與轉(zhuǎn)盤、水龍頭相連，為下方鉆柱傳遞扭矩，構(gòu)成鉆井液流動通道。壁厚比普通鉆桿大，通常使用高強度的合金材料，具有較高的抗拉和抗扭強度[47]183-191。(2)普通鉆桿：如圖 2-3 所示，普通鉆桿由管體和一對螺紋接頭兩部分組成，通常為鉆柱中最長的一段，截面呈圓環(huán)狀。主要傳送鉆具，構(gòu)成鉆井液通道，傳遞扭矩，控制鉆壓。根據(jù)鉆桿管體加厚形式可將鉆桿分為內(nèi)加厚、外加厚以及內(nèi)外加厚三類[47]191-213。

燕山大學工學碩士學位論文減振器、擴眼器、隨鉆測井工具和旋轉(zhuǎn)導向鉆井工具等特殊工具，根據(jù)井眼軌跡控制要求進行組成。組成鉆柱的主要鉆具有：(1)方鉆桿：如圖 2-2 所示，方鉆分為四方鉆桿、六方鉆桿兩種。由驅(qū)動部分、上下接頭等組成，位于鉆柱結(jié)構(gòu)的最上端，承受鉆柱的全部重量，截面為中空的多邊形(多為正方形)。方鉆桿與轉(zhuǎn)盤、水龍頭相連，為下方鉆柱傳遞扭矩，構(gòu)成鉆井液流動通道。壁厚比普通鉆桿大，通常使用高強度的合金材料，具有較高的抗拉和抗扭強度[47]183-191。(2)普通鉆桿：如圖 2-3 所示，普通鉆桿由管體和一對螺紋接頭兩部分組成，通常為鉆柱中最長的一段，截面呈圓環(huán)狀。主要傳送鉆具，構(gòu)成鉆井液通道，傳遞扭矩，控制鉆壓。根據(jù)鉆桿管體加厚形式可將鉆桿分為內(nèi)加厚、外加厚以及內(nèi)外加厚三類[47]191-213。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE92

【參考文獻】

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2 韓春杰;張海莉;井丹丹;;基于ANSYS的鉆柱縱向振動諧響應規(guī)律研究[J];化工自動化及儀表;2015年08期

3 閆鐵;劉珊珊;畢雪亮;;基于ANSYS的鉆柱縱向振動固有頻率影響因素分析[J];西部探礦工程;2015年06期

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5 程載斌;姜偉;蔣世全;李迅科;何保生;N镅

本文編號：2596881