本文關鍵詞：管內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)梁動力學試驗裝置研制與實驗分析

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【摘要】：在水平井鉆井過程中,鉆柱作為工作的主體部分,呈現(xiàn)出了非常復雜的動力學狀態(tài),諸如縱向振動、橫向振動、扭轉(zhuǎn)振動、渦動以及振動之間的相互耦合,給鉆柱、井眼造成了一定的疲勞損害,同時還影響了鉆井效率。在井下工作環(huán)境中,鉆柱的運動狀態(tài)容易受到多個方面的影響,諸如鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩、鉆井液、阻尼、井眼、井底等因素。由于石油鉆井中鉆柱存在著的諸多問題,并且當前針對鉆柱動力學狀態(tài)的研究主要集中在豎直井中,所以本文開展了水平井鉆柱的研究,將水平井鉆柱簡化為水平旋轉(zhuǎn)梁,并完成了管內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)梁動力學試驗裝置研制與實驗分析。本文通過構建鉆柱單元的位移、速度和加速度表達式,分析了水平井鉆柱系統(tǒng)中的鉆頭井底相互作用模型和鉆柱井壁相互作用模型的力、扭矩因素;基于鐵木辛柯梁模型和哈密爾頓原理推導出了水平井鉆柱的非線性動力學方程和線性動力學方程;簡化了鉆頭井底相互作用模型以及鉆柱井壁相互作用模型中的約束和邊界條件,并對鉆柱模型進行仿真,分析了水平井鉆柱的非線性動力學狀態(tài)。為了有效的觀測水平井鉆柱的運動狀態(tài)并對理論仿真模型進行驗證,本文基于相似理論和轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動力學研制了一套管內(nèi)水平旋轉(zhuǎn)梁試驗裝置并進行實驗分析,該試驗裝置由鉆壓系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、井液循環(huán)系統(tǒng)、桿柱系統(tǒng)和井下模擬系統(tǒng)組成,可以模擬鉆柱運動的真實環(huán)境,再現(xiàn)水平井鉆柱的動力學狀態(tài),通過傳感器采集信號并分析,以試驗的方式分析了水平井鉆柱的運動機理。最終將實驗分析結果與模型仿真分析結果相互印證,得出了鉆壓和轉(zhuǎn)速對水平井鉆柱動力學狀態(tài)的影響規(guī)律,為提高鉆桿的使用壽命和設定合理的操作參數(shù)提供了一定的科學依據(jù)。
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE92

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