氣體鉆井鉆柱動(dòng)力學(xué)特性及鉆柱失效機(jī)理研究.pdf

1、本文針對氣體鉆井過程中鉆柱的動(dòng)力學(xué)特性及疲勞破壞問題，對國內(nèi)外有關(guān)氣體鉆井鉆柱動(dòng)力學(xué)及鉆柱疲勞失效的研究成果進(jìn)行了調(diào)研分析。在此基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究了氣體鉆井條件下底部鉆柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其影響因素，指出了底部鉆柱可能存在的幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、產(chǎn)生渦動(dòng)的原因、渦動(dòng)發(fā)生的條件以及影響鉆柱渦動(dòng)的因素。建立了考慮井壁摩擦?xí)r的管柱屈曲微分方程及其求解方法，并分析了井壁摩擦、扭矩對鉆柱屈曲的影響以及管柱最大轉(zhuǎn)速與正弦屈曲時(shí)臨界軸向力的數(shù)值關(guān)系。研

2、究表明，當(dāng)鉆壓一定時(shí)，底部鉆柱隨轉(zhuǎn)速變化存在三種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)正向渦動(dòng)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比較穩(wěn)定；在臨界轉(zhuǎn)速附近時(shí)無規(guī)則運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定；轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)反向渦動(dòng)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定。另外，鉆壓、穩(wěn)定器的位置及個(gè)數(shù)、井壁摩阻大小等對鉆柱的運(yùn)動(dòng)形態(tài)也有很大的影響。在鉆柱上安裝滑套式穩(wěn)定器可以有效改善鉆柱的穩(wěn)定性。劇烈振動(dòng)是造成氣體鉆井鉆具失效的重要原因。文中分別討論了鉆柱橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和縱向振動(dòng)固有頻率的計(jì)算方法，重點(diǎn)分析