【摘要】：隨著地質資源勘探開發(fā)程度越來越深入,鉆桿動力學研究也愈發(fā)重要,有效利用鉆桿動力學特性和運動規(guī)律實現(xiàn)井下鉆桿、鉆頭軌跡的精確控制是目前急需深入掌握的關鍵技術。研究細長柔性鉆桿的非線性動力學特征,不但有助于鉆進工程師認清井下工作狀態(tài)減少鉆井事故,對于非線性力學研究,也是一個重要特例。因此,建立合理的動力學模型系統(tǒng),并進行系統(tǒng)運動規(guī)律和力學特性研究成為當下的研究熱點。本文從鉆桿動力學理論建模、鉆桿的剛柔耦合動力學仿真模擬、鉆桿動力學室內模型試驗三個方面對鉆桿渦動和運動屈曲狀態(tài)進行動力學分析與研究。論文對井下鉆桿運動軌跡以及與軌跡形成相關的碰摩阻力和離心力力學特征進行了分析,結合有限元和彈性力學相關知識建立起鉆桿動力學的理論模型,并建立了鉆桿動力學的一般方程,通過MATLAB計算軟件擬合出鉆桿的渦動軌跡,最后分析了非線性動力學瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)運動的數(shù)值計算方法。同時,論文對實際鉆桿—井壁—鉆頭模型進行了簡化,通過ANSYS建立了鉆桿的模態(tài)中性文件(MNF),導入ADAMS動力學仿真軟件后添加約束和驅動,進行了柔性鉆桿和剛性井壁、鉆頭的耦合仿真模擬,利用快速傅里葉變換(FFT)算法對鉆桿部分點的位移、速度、加速度以及碰撞力數(shù)據(jù)進行了分析研究�；谙嗨茰蕜t設計并搭建了模型試驗裝置,采用多組攝像機拍攝方式記錄鉆桿的運動狀態(tài),通過視頻編輯軟件Video Studio X9結合傳感器數(shù)據(jù)對鉆桿軌跡以及轉速、鉆壓對鉆桿運動影響進行了試驗分析。通過理論、模擬與試驗三方面相結合,還原了鉆桿軸向點在各自水平面方向上以及整個井筒中的運動軌跡,結果表明鉆桿運動中伴隨著橫縱向、扭轉、正反向渦動以及振動耦合現(xiàn)象,得出隨著轉速、鉆壓增加,鉆桿屈曲變形、擺動頻率與幅值、自轉頻率與擺動頻率等參量的變化規(guī)律。論文結果為鉆桿動力學研究和井眼軌跡控制探索與發(fā)展提供了參考依據(jù)。
【學位授予單位】：中國地質大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P634
【圖文】：

將結果與仿真模擬相對比，驗證研究結果的準確性，為實際的鉆探工程提供技術參考。本論文采用理論研究、數(shù)值仿真與模擬以及實驗研究相結合的方式，總體技術路線圖如圖 1-1 所示。

圖 2-1 鉆桿螺線運動這樣呈螺旋線運動的鉆桿在井孔內實際旋轉情況是一個比較復雜的問題，具體情況還未研究透徹，不過我們分析可能有四種旋轉運動中的某一種或者幾種運動的疊加，見圖 2-2 所示。

(a) 自轉 (b) 正向公轉 (c) 反向公轉圖 2-2 鉆桿運動狀態(tài)示意從理論上推導，若鉆桿的剛度保持各向同性，井孔是筆直不彎曲的，那么鉆桿會上述何種運動狀態(tài)就取決于井內的外部阻力，如泥漿阻力、井壁摩擦等因素，一般

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本文編號：2793643