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钻井井下钻柱振动特性分析及减振技术研究

作　者: 周学芹
导　师: 崔晓华；李玉海
学　校: 大庆石油学院
专　业: 安全技术及工程
关键词: 钻柱纵向振动有限元分析减振器
分类号: TE21
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 154次
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内容摘要

钻柱是钻井的重要设备,它是连接地面与地下的枢纽。钻柱在井下的工作条件是非常恶劣复杂的,现场调查表明,1992年以来全国各油田每年发生钻柱失效事故至少上千起,直接经济损失超亿元,钻柱失效在国外也很常见。该选题的目的就是为了延长钻具的使用寿命,提高钻井效率和降低钻井成本,这对钻具设计、钻井施工都是很有意义的。首先,本文对钻柱工况及现场损坏情况进行了统计分析,描述了钻柱损坏的特征,并对损坏的原因及特点进行了分析,得出钻柱振动是导致钻柱损坏的主要因素。其次,本文通过钻柱接触摩阻力和非线性阻尼的等效,将钻头处的钻压、扭矩简化为简谐干扰力,建立了钻柱振动模态分析模型,通过采用振型迭加法,并结合钻柱结构和受力状态,建立了用于分析钻柱振动特性的软件,对深井实用的钻具组合针对不同的工况进行了数值计算,得出了影响钻柱振动的主要因素。再次,通过对钻柱振动影响因素的研究,在优化了钻井参数、钻头选型等设计下进行现场试验,对试验井与未优化设计的井进行比较分析。最后,利用三维软件设计新型减振器。通过减振器的地面试验,来验证工具的机械性能、设计技术指标,并与双向减振器比较进行分析。通过现场试验,得出该减振措施可缩短钻井周期、节约钻井成本和提高钻柱使用寿命。本文为研究影响石油钻柱振动因素提供了依据,这对今后深入开展地面动力旋转钻井,特别是深井钻井具有极其重要的现实意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-9
前言  9-14
第一章钻柱工况及损坏情况统计分析  14-24
  1.1 钻柱工作条件及受力情况分析  14-17
  1.2 钻柱的断裂情况调查  17-19
  1.3 钻柱损坏的特征及原因分析  19-21
    1.3.1 钻柱损坏特征  19-20
    1.3.2 钻柱损坏形式及特点分析  20-21
  1.4 钻柱损坏的原因分析  21-22
  1.5 本章小结  22-24
第二章钻柱振动模态的理论分析  24-35
  2.1 钻柱振动模态分析模型  24-25
  2.2 钻柱振动模态分析的有限单元法  25-30
    2.2.1 钻柱动力学方程  25-27
    2.2.2 钻柱振动模态分析的动力学方程  27-29
    2.2.3 钻柱固有频率和振型分析  29-30
  2.3 计算钻柱动态响应的振型迭加法  30-31
  2.4 钻柱非线性瞬态动力学方法  31-34
    2.4.1 计算钻柱响应的Fourier 积分法  32
    2.4.2 计算钻柱响应的卷积分法  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章钻柱振动特性分析及影响因素研究  35-39
  3.1 钻柱振动模型的建立  35
  3.2 影响钻柱纵向振动的因素分析  35-37
  3.3 钻柱扭转振动固有频率分析  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章钻井现场数据及分析  39-43
  4.1 达深9 井与达深301 井现场试验  39-40
  4.2 海塔地区现场试验  40-42
  4.3 本章小结  42-43
第五章钻柱的防振措施研究及应用  43-53
  5.1 钻柱防振措施的意义  43
  5.2 复合弹簧减振器的结构及工艺原理  43-47
    5.2.1 工具结构  43-44
    5.2.2 工作原理  44
    5.2.3 减振原理  44-45
    5.2.4 减振器的结构设计  45-46
    5.2.5 活塞推力的计算  46-47
    5.2.6 报警时压力升高幅度的计算  47
  5.3 复合弹簧减振器与双向减振器的对比分析  47-49
    5.3.1 双向减振器的结构组成及原理  47-48
    5.3.2 复合弹簧减振器优点  48-49
  5.4 复合弹簧减振器对钻柱振动力的影响  49-50
  5.5 地面试验  50-51
  5.6 现场使用情况  51-52
    5.6.1 现场试验  51
    5.6.2 减振器的防斜特点分析  51-52
  5.7 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-57
发表文章目录  57-58
致谢  58-59
详细摘要  59-66

钻井井下钻柱振动特性分析及减振技术研究

内容摘要

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