近期国内钻柱静动力分岔研究及存在问题.pdfVIP

石 　油 　机 　械 　　 　　　　　　 CHINA PETROLEUM MACHINERY 2004 年 　第 32 卷 　第 6 期 —68 — 技术讨论 近期国内钻柱静动力分岔研究及存在问题 李 子 丰 (燕山大学石油工程研究所) 　　摘要 　钻柱动力学问题是一个复杂的钻柱与钻井液和井壁的耦合振动问题。过分简化的力学 和数学模型得出的结果一般与实际相差太远 , 甚至是荒谬的。对国内近期发表的有关钻柱动力学 研究的论文中的数学模型、主要结论和存在的主要问题进行了分析。这些论文的内容涉及钻柱扭 矩对钻柱静力分岔的影响、垂直井中旋转钻柱受拉段分岔、铅垂井段钻柱的动力分岔、铅垂井段 钻柱的混沌运动以及水平井段钻柱的混沌运动等。 　　关键词 　钻柱 　屈曲 　失稳 　分岔 　混沌运动 　动力学分析 　　钻柱动力学问题是一个复杂的钻柱与钻井液和 跳跃。此后 , 螺距越来越小。 井壁的耦合振动体系。虽然研究者进行了各种努 文献 [1 ] 仅给出了发生正弦屈曲的临界轴向 力 , 但是进展不大 , 仍与实际情况相差较远。过分 载荷 , 没有研究正弦屈曲与螺旋屈曲的临界点。在 简化的力学和数学模型得出的结果一般与实际相差 某些特定条件下 , 扭矩对发生初始正弦屈曲的贡献 太远 , 甚至是荒谬的。下面介绍国内近期发表的一 是可以忽略的。在大多数情况下 , 扭矩对钻柱屈曲 些论文中有关钻柱动力学研究的数学模型、主要结 的影响是不能忽略的。例如 , 当研究钻柱屈曲后的 论以及存在的主要问题。 行为时 , 由于不能再认为屈曲的幅度为一小量, 进 而不能认为幅度的二次以上项可以忽略。在工程实 扭矩对钻柱静力分岔的影响 践中 , 当连续油管承受较大扭矩时会发生螺旋屈 曲。在此方面, 文献 [3 ] 有参考价值。 1 物理模型、微分方程与主要结论 文献 [1 ] 利用水平井钻柱静力分叉的微分方 垂直井中旋转钻柱受拉段分岔 程 , 针对两端铰铰约束和铰固约束 , 用加权余量 法进行了求解 , 得出了与文献 [ 2 ] 一致的结论。 1 物理模型、微分方程与主要结论 分析扭矩和钻压对钻柱静力分叉的影响发现 , 在钻 文献 [4 ] 的力学模型如图 1 所示。长度为 L , 井工程中 , 影响和控制钻柱稳定性的主要因素是钻 抗弯刚度为 EI , 单位长度浮重为 q , 单位长度质 压和井孔的几何尺寸 , 扭矩对钻柱屈曲的影响可以 量为 m 的铰支钻柱 , 垂直悬挂 , 下端没有扭矩和 忽略不计。 轴向拉力 ; 以转速 ω旋转 , 在距下端为 s 处的横 2 主要问题 向位移为u 。建立了如下微分方程 2 斜井段钻柱的屈曲有正弦屈曲和螺旋屈曲 2 种 EI u , ssss - qs u , ss - qu , s - mωu = 0 方