基于有限元法的钻杆柱纵向振动分析.pdfVIP

第 42卷第 12期 探矿工程 (岩土钻掘工程) Vo1．42No．12 2015年 12月 ExplorationEngineeringfRockSoilDrillingandTunneling) Dec．2015：52—56 基于有限元法的钻杆柱纵向振动分析 苏 凯 ，孙友宏 ，贾 瑞 ， (1．吉林大学建设工程学院，吉林 长春 130026；2．复杂条件钻呆技术国土资源部重点实验室，吉林 长春 130026) 摘要 ：钻杆的纵向振动对钻杆失效有较大影响。采用ANSYS软件对2000m以内钻杆柱的纵向振动进行了分析，得 到了不同钻具规格、不同钻铤长度、不同钻杆柱长度的固有频率，获得了钻杆柱纵向振动的前五阶固有振型。结果 表明，钻杆柱的固有频率受钻杆规格和钻铤长度影响很小，受钻杆柱长度影响较大。 关键词：钻探；钻杆柱；纵向振动；固有频率 ；ANSYS 中图分类号：P634．4 文献标识码：A 文章编号：1672～7428(2015)12—0052—05 StudyonLongitudinalVibrationofDrillingPipeBasedonFiniteElementM ethod／SUKai ，SUN You—hong ，JIA Rui (1．CollegeofConstructionEngineering，JilinUniversity，ChangchunJilin130026，China；2．KeyLaboratoryofDrilling andExploitationTechnologyinComplexConditions，Ministry ofLandandResources．ChangchunJilin130026，China) Abstract：Longitudinalvibrationofdrillpipehasgreatinfluenceondrillpipefailure．Bytheanalysisonthelongitudinal vibrationofdrillpipeswithinthelengthof2000m withANSYSsoftware，theintrinsicfrequencyofdrillingpipeswithdiffer— entspecifications，drillcollarsanddrillingstringswithdifferentlengthaswellasthefirst5naturalvibrationmodesof longi— tudinalvibrationofdrillstringareobtained．Theresultsshowthattheintrinsicfrequencyofdrillingpipeisslghtlyaffected bythedrillingpipespecificationsandrdillcollar~nsth，butbyrdillpipelengthalot． Keywords：drilling；drillstring；longitudinalvibration；intrinsicfrequency；ANSYS 0 引言 为结构的衰减振动周期与无阻尼 自由振动周期相 钻杆柱在孔 内一般承受着交变的拉、压轴向力， 同。因此本文仅考虑钻杆柱纵向自由振动，模型如 接触横向力(表面正压力)、接触周向力 (摩擦力)。 图 1所示 。 在这些载荷共同作用下 ，钻杆柱主要发生扭转、横向 和纵向3种形式的振动。一些学者认为钻杆柱失效 主要是由纵 向振动引起的，特别是在深孔钻探工程 中发生几率较大-1J。因此，对钻杆柱的纵向振动分 析具有重要意义。 钻杆柱在孔内工况较为复杂，传统的解析法往 往无法对钻杆柱纵向振动进行全面准确分析 J。 本文采用ANSYS有限元分析软件，建立钻杆柱有限 元模型，利用ANSYS软件中的模态分析技术，计算 出了钻杆柱纵向振动的各阶固有频率及振型曲线， 对实际钻进工程中采取减振措施具有一定的指导作 用。 一 井架和钢丝绳的综合