超深井鉆井過(guò)程中鉆具失效事故頻繁發(fā)生,鉆柱動(dòng)力學(xué)特性研究對(duì)增加鉆具安全性具有重要作用�？紤]真實(shí)井眼軌跡、鉆頭與地層相互作用、鉆柱與井壁接觸及鉆井液黏滯作用等因素的影響,建立了全井鉆柱動(dòng)力學(xué)特性仿真模型,模擬了不同鉆壓及轉(zhuǎn)速下鉆柱不同截面軸向力、扭矩、位移及等效應(yīng)力等隨時(shí)間的變化,采用第四強(qiáng)度理論計(jì)算了井口鉆具的安全系數(shù),校核了超深水平井鉆具強(qiáng)度。分析結(jié)果表明,井口軸向力和等效應(yīng)力表現(xiàn)為低頻變化,MWD處等效應(yīng)力和加速度表現(xiàn)為高頻振動(dòng)且其橫向振動(dòng)比軸向振動(dòng)更加劇烈;在鉆壓和轉(zhuǎn)速較小的情況下,鉆壓和轉(zhuǎn)速對(duì)井口軸向載荷、井口扭矩、井口等效應(yīng)力及井口安全系數(shù)影響不大;MWD處等效應(yīng)力隨鉆壓的增加而增大,其橫向加速度隨轉(zhuǎn)速的增加幅值顯著增大;對(duì)于井深超過(guò)8 000 m、井眼尺寸φ120.65 mm及φ114.3 mm的G105鉆桿,動(dòng)力學(xué)分析得到的井口安全系數(shù)大部分時(shí)間內(nèi)在1.2附近波動(dòng),鉆具總體是安全的。 

【文章來(lái)源】：西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,42(04)北大核心CSCD

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【圖文】：

圖４鉆柱橫向運(yùn)動(dòng)軌跡??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｌａｔｅｒａｌ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｓｔｒｉｎｇ??

素的憲響，建立超深弁Ｈ維井眼全??井鈷柱動(dòng)力學(xué)模塑，并迸行銷柱動(dòng)力學(xué)特征仿真模??擬，分析鈷壓及轉(zhuǎn)速對(duì)不同井深處鉆柱軸向力、扭??矩、鈷柱位移及等效應(yīng)力等參數(shù)隨時(shí)間的變化，并??根據(jù)鉆柱動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果，對(duì)鉆具強(qiáng)度和鈷具安全??性進(jìn)行評(píng)價(jià)５??１鉆柱動(dòng)力學(xué)模型??１．１坐標(biāo)體系??引入大地坐標(biāo)系〇?－?ＸＹＺ和自然坐標(biāo)系??對(duì)．真實(shí)并眼軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確＇描述，同時(shí)，??引人隨體坐標(biāo)系０?Ｓ對(duì)鉆井過(guò)程中＿鈷輕發(fā)：生的??橫向、軸向及扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確描述，坐標(biāo)體系見(jiàn)??Ｍｌ。??圖１坐標(biāo)體系示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍｓ??超深水平井的井眼軌跡可以用不同點(diǎn)處的井??深、井斜角及方位角表示，根據(jù)井深、井斜角及方位??角就可以確定三維軌跡的空間形態(tài)、而隨體坐標(biāo)系??．０?＿耶￡由軌．跡坐標(biāo)及坐標(biāo)點(diǎn)處弁斜角和方位角確??定。大地坐標(biāo)系和隨體坐標(biāo)系可以根據(jù)軌跡形態(tài)數(shù)??據(jù)相互轉(zhuǎn)換３??１．２基本假設(shè)??⑴井眼為圓形，初始條件下，鉆柱軸線與并眼??軸線韋合，鉆頭與弁之向無(wú)間隙。??（２）鉆柱可視為勻質(zhì)彈性粱單元組成，鉆柱變??形處于錢彈性Ｐ??（３）忽略鉆柱接頭、．螺紋及Ｊｌｒ部孔槽的影響５??（４）采用庫(kù)倫摩擦定律描述鉆柱與井壁間的??．繼德。??（５）井襞為剛性，與鈷柱接觸時(shí)不發(fā)生變形８??

，銷柱上任取一單元，以單元軸線為Ｚ軸，ＯＸ、０７??為截面主慣性軸，見(jiàn)圈２。??單元節(jié)點(diǎn)位移矩陣和對(duì)應(yīng)的廣義節(jié)點(diǎn)力矩陣和??考慮梁?jiǎn)卧偰芰俊⒑纳⒑瘮?shù)整理得到微元段隨體??坐標(biāo)系下的單元運(yùn)動(dòng)方程分別為??Ｔ??ｕ，?＝?（ｕｕ?ｅｙｉ，?ｕｈ?ｅｙｊ，?Ｖｕ?－ａｘｈ?ｖｈ?－ｅｘｊ，?ｗ；？?Ｗｊ，?％，?％）??⑴??Ｒｅ：?｛＾Ｑｘｈ?Ｍｙｉ：ｉ?Ｑｘ：ｊ，?Ｍｙｊ，?Ｑ扣?Ｑｙ．ｊ，?Ｐｆ）?Ｐｊ＇，．Ｍ技，??⑵??ＭｅＵｅ?＋?ＣｅＵｅ?＋?ＫｅＵｅ＝Ｒｅ?⑶??圖２單元受力與變形示意圖??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｕｎｉｔ?ｆｏｒｃｅ?ａｎｄ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ??１．４系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程??（１）坐標(biāo)變換??將大地坐標(biāo)系繞Ｚ軸旋轉(zhuǎn)作再繞新的Ｚ軸旋??轉(zhuǎn)汶，即可得到隨體坐標(biāo)，二者轉(zhuǎn)換關(guān)系為??Ｙ??ｃｏｓｙｚ＞?ｃｏｓｙ＾ｓｉｎｙ＾?ｓｉｎｙｘ?ｓｉｎｙｚ＾??／?＼??Ｘ??Ｙ??二??－ｓｉｎ?ｙｚ＇?ｃｏｓ?ｊｘ?ｃｏｓ?ｙｚ＞?ｓｉｎ?打?ｃｏｓ?ｙｚ＇??ｙ??Ａ??、０?－ｓｉｎｙｘ?ｃｏｓｙｚ?，??Ａ??⑷??（２）全井鉆柱動(dòng)力學(xué)模幽??坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，全井鉆柱動(dòng)力學(xué)總體運(yùn)動(dòng)方裎為??ＭＵ?＋?ＣＵ?＋ＫＵ?＝?Ｒ?（５）??１．５鉆柱與井壁接觸處理??鈷柱與井壁接觸本質(zhì)上為隨機(jī)接觸，鉆柱與井??壁碰撞模型如圖３所示ａ??圖３鉆柱與井壁碰撞模型??Ｆｉｇ．?３?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｓｔｒｉｎｇ?ｃｏｌｌｉｄｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｂｏｒｅｈｏｌｅ?ｗａｌｌ??軸向摩擦阻力＆ｚ、??切向摩擦阻力４、扭矩Ｍｅ＿Ｔ

【參考文獻(xiàn)】：
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