本文關(guān)鍵詞：水平井鉆柱振動(dòng)規(guī)律的研究

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【摘要】：在水平井鉆井過(guò)程中,鉆柱會(huì)產(chǎn)生各種形式的振動(dòng),主要有三種形式:橫向振動(dòng)、縱向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。嚴(yán)重的鉆柱振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致鉆柱失效,造成鉆井事故,影響鉆井安全,給鉆井帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文使用樹(shù)平1井實(shí)際鉆井?dāng)?shù)據(jù),建立了水平井鉆柱振動(dòng)的力學(xué)模型,利用有限元方法對(duì)其進(jìn)行理論分析。結(jié)合鉆柱力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)及材料力學(xué)得到了鉆柱三種振動(dòng)形式的固有頻率公式,利用MATLAB軟件編程計(jì)算獲得了鉆柱三種振動(dòng)形式的振動(dòng)規(guī)律。利用ANSYS有限元分析軟件,建立水平井垂直井段及整體鉆柱振動(dòng)模型,并對(duì)該模型進(jìn)行模態(tài)分析,分別得到垂直井段和水平井段的縱向、橫向、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率分布規(guī)律,以及鉆柱系統(tǒng)整體的振動(dòng)規(guī)律。通過(guò)對(duì)三種振動(dòng)頻率的比較,發(fā)現(xiàn)鉆柱橫向振動(dòng)頻率比較低,所以在鉆進(jìn)過(guò)程中可能發(fā)生幾根鉆桿的橫向共振,很難發(fā)生長(zhǎng)井段鉆柱的橫向振動(dòng),這與實(shí)際鉆井情況是相吻合的。并且分別對(duì)理論分析得到的固有頻率與有限元軟件模擬獲得的頻率值進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)兩者之間誤差較小。在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上對(duì)水平井水平段鉆柱進(jìn)行了縱向振動(dòng)及橫向振動(dòng)的諧響應(yīng)分析,得到水平井振動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)譜線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)響應(yīng)較強(qiáng)烈時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率與模態(tài)分析得到的鉆柱自振頻率是相吻合的。且發(fā)現(xiàn)響應(yīng)的頻率與鉆頭處所施加的鉆壓無(wú)關(guān),只是鉆壓增大時(shí),峰值有所增加。利用響應(yīng)曲線可以進(jìn)一步說(shuō)明,在鉆井過(guò)程中只要控制好轉(zhuǎn)速,就可以有效避免共振。
【關(guān)鍵詞】：水平井 鉆柱振動(dòng) 模態(tài)分析 諧響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE921
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 前言8-16
• 1.1 論文研究的目的及意義8-13
• 1.1.1 水平井概述8-10
• 1.1.2 水平井鉆柱組合及鉆柱受力10-12
• 1.1.3 鉆柱常見(jiàn)的失效分析12-13
• 1.1.4 論文研究的目的及意義13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外對(duì)水平井鉆柱振動(dòng)研究的發(fā)展概況13-15
• 1.2.1 國(guó)外發(fā)展概況13-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況14-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第二章 鉆柱振動(dòng)的理論分析16-24
• 2.1 水平井鉆柱受力分析16-19
• 2.1.1 空間梁?jiǎn)卧膭偠染仃?/span>16-17
• 2.1.2 水平井鉆柱振動(dòng)的有限元法17-19
• 2.1.3 坐標(biāo)變換19
• 2.2 鉆柱的縱向振動(dòng)19-20
• 2.3 鉆柱的橫向振動(dòng)20-21
• 2.4 鉆柱的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)21-22
• 2.5 實(shí)例分析22-23
• 2.6 本章小結(jié)23-24
• 第三章 鉆柱系統(tǒng)的模態(tài)分析24-42
• 3.1 鉆柱振動(dòng)模型的建立及求解24-26
• 3.2 鉆柱縱向振動(dòng)的模態(tài)分析26-32
• 3.2.1 垂直井段鉆柱的縱向振動(dòng)26-29
• 3.2.2 水平井段鉆柱的縱向振動(dòng)29-31
• 3.2.3 水平段鉆柱長(zhǎng)度對(duì)縱振頻率的影響31-32
• 3.3 鉆柱橫向振動(dòng)的模態(tài)分析32-34
• 3.3.1 垂直井段鉆柱的橫向振動(dòng)32
• 3.3.2 水平井段鉆柱的橫向振動(dòng)32-34
• 3.3.3 水平井段鉆柱長(zhǎng)度對(duì)橫向振動(dòng)頻率的影響34
• 3.4 鉆柱扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的模態(tài)分析34-39
• 3.4.1 垂直井段鉆柱的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)35-37
• 3.4.2 水平井段鉆柱的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)37-38
• 3.4.3 水平鉆柱長(zhǎng)度對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率的影響38-39
• 3.5 水平井鉆柱系統(tǒng)整體振動(dòng)分析39-41
• 3.5.1 整體振動(dòng)分析39-40
• 3.5.2 水平鉆柱長(zhǎng)度對(duì)振動(dòng)頻率的影響40-41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 第四章 鉆柱的諧響應(yīng)分析42-46
• 4.1 諧響應(yīng)振動(dòng)的理論分析42
• 4.2 諧響應(yīng)分析的基本步驟42-43
• 4.3 鉆柱水平井段縱向振動(dòng)的諧響應(yīng)分析43-44
• 4.4 鉆柱水平井段橫向振動(dòng)的諧響應(yīng)分析44-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 結(jié)論46-47
• 參考文獻(xiàn)47-50
• 發(fā)表文章目錄50-51
• 致謝51-52

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本文編號(hào)：811367