水平井钻柱固液耦合横向振动分析
Analysis on the Lateral Vibration of the Solid-liquid Coupling Drilling String of the Horizontal Well
随着钻井技术的快速发展,水平井钻井技术得到了较快发展,应用日益广泛.水平井泄油面积大,单井产量高,但井眼曲率大,水平井水平段钻柱偏心严重,容易发生钻柱横向振动,剧烈振动将导致钻柱局部应力集中,钻具疲劳失效,甚至断裂,发生钻井事故.因此本文建立振动模型,对水平井钻柱固液耦合横向振动进行研究.本文应用最小作用量原理和有限元理论研究了水平井钻柱固液耦合横向振动,取得了下面一些成果.首先,建立了考虑钻井液影响的水平井直井段钻柱固液耦合横向振动数学模型.根据最小作用量原理,应用欧拉法建立了考虑钻柱内钻井液影响的钻柱横向振动频率模型,分析了钻柱内钻井液对钻柱横向振动频率的影响规律;根据力学平衡原理建立考虑钻柱内外钻井液影响的直井段钻柱横向振动模型,研究了钻柱内外钻井液对钻柱横向振动频率的影响规律,获得了考虑钻柱内外钻井液影响的水平井直井段钻柱固液耦合横向振动规律.其次,建立了考虑钻柱内和环空内钻井液影响的水平井水平段钻柱固液耦合横向振动数学模型.应用有限元法和流体力学原理建立了考虑钻柱内外钻井液影响的水平井水平段钻柱横向振动数学模型,分析了考虑水平井钻柱偏心、弯曲的影响和钻井液与钻柱耦合作用的钻柱横向振动规律.再次,利用ANSYS软件建立钻柱振动模型,进行了模态分析和谐响应分析,得到了水平井钻柱横向振动频率、振型和不同频率激振力作用下的动力响应,并且分析了钻柱长度、钻井液密度、钻压对横向振动频率的影响规律.最后,编制了钻柱振动频率模型计算程序,根据某油田某井钻井数据,通过实例计算了钻柱振动频率,总结了钻柱长度、钻井液流速、密度,钻压对横向振动频率的影响规律,进而提出了预防钻柱共振的措施,为钻井施工提供了理论依据.本文对水平井钻柱固液耦合横向振动进行分析,研究的内容具有较强的针对性和实用性,为钻井施工提供可靠的理论依据,对预防钻柱发生剧烈共振,减少钻具疲劳破坏,提高油田经济效益具有一定的现实意义.
- 作者：
- 迟立宾
- 学位授予单位：
- 东北石油大学
- 专业名称：
- 油气井工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 闫铁
- 中图分类号：
- TE243；TE921
- 关键词：
- 水平井；钻柱横向振动；固液耦合；频率；有限元法；欧拉法
- horizontal well；drilling string lateral vibration；solid-liquid coupling；frequency；finite element method；Euler method