论文摘要
在石油钻进工程中,钻柱是最重要的钻井工具。地质结构的不断变化,井底不平,钻头破坏岩石的反作用,都会使钻头承受较大的冲击载荷和频繁变化的类似锯齿波的交变应力。钻头在钻进过程中的轴向力和扭转力矩也会带动钻柱产生振动。钻压不断变化,钻头受力情况复杂,导致了钻柱受损严重。钻柱振动中纵向、扭转以及横向振动是钻柱振动的主要形式,这三者往往同时出现。当钻柱的振动的频率接近钻柱固有频率的整数倍时,钻柱内的交变应力和振幅会逐渐变大,造成钻柱损坏,同时也会给井壁和套管造成一定破坏。本文介绍了钻柱及其振动的基本问题,回顾了国内与国外关于钻柱振动问题的研究成果,使用有限元分析软件ANSYS,通过对钻柱系统的的简化,建立了带有防磨套的竖直井的钻柱系统,对钻柱进行模态分析,得到了钻柱的纵向振动,扭转振动和横向振动的固有频率;得到了钻柱振动固有频率与钻进参数的关系;又对钻头施加周期载荷的情况下进行了谐响应分析,得到了钻柱的部分频率响应。
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