预弯底部钻具组合横向振动响应的快速求解

作     者：张鹤 狄勤丰 覃光煦 陈薇 王文昌 陈锋 Zhang He;Di Qinfeng;Qin Guangxu;Chen Wei;Wang Wenchang;Chen Feng

作者机构：上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海市力学在能源工程中应用重点实验室上海200072 上海大学机电工程与自动化学院上海200072 

基　　金：国家自然科学基金项目(No.U1663205 No.51174130 No.51704191) 上海市重点学科建设项目(S30106) 上海市部分地方院校能力建设项目(12160500200) 上海市高原高峰学科建设项目和上海市扬帆计划项目(17YF1428000)资助 

出 版 物：《石油学报》 (Acta Petrolei Sinica)

年 卷 期：2017年第38卷第12期

页      码：1441-1447页

摘      要：底部钻具组合(BHA)的横向振动特性对井眼轨迹控制及井壁稳定性有重要的影响。目前,应用于BHA分析的数学方法主要包括有限差分法、能量法、有限元法和加权余量法。针对带预弯结构和稳定器BHA(Pre-bent BHA)的结构特征,提出一种可快速求解Pre-bent BHA横向振动响应的新型分析方法。首先,建立小变形条件下Pre-bent BHA的三维静力学模型,并用加权余量法和切点优化法求解该模型,得到其在三维井眼内的变形特征;其次,在静力学计算的基础上,根据Pre-bent BHA与井壁的接触特征来确定其上切点的位置,并以此切点位置定义Pre-bent BHA的上边界;随后建立Pre-bent BHA的有限元模型并求解其模态特征;最后,在考虑井壁约束的条件下,利用振型叠加法求解其稳态动力学响应,计算了实际钻井过程中使用的Pre-bent BHA的动态特性,得到其临界转速及工作状态图版。通过与相同结构参数(除弯角外)的常规BHA动态特性对比发现,合适的预弯结构可以大幅改善BHA的横向振动特性。该方法可用于钻前分析以便合理地设计Pre-bent BHA的结构并优选钻井参数,也可用于钻后分析找出Pre-bent BHA失效的初步原因。

主 题 词：预弯底部钻具组合 横向振动特性 加权余量法 有限元法 模态分析 稳态动力学响应 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 082001[082001] 0808[工学-自动化类] 0817[工学-轻工类] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 0827[工学-食品科学与工程类] 0703[理学-化学类] 

核心收录：

D　O　I：10.7623/syxb201712012

馆 藏 号：203281347...