预弯底部钻具组合横向振动响应的快速求解

摘要：

底部钻具组合(BHA)的横向振动特性对井眼轨迹控制及井壁稳定性有重要的影响.目前,应用于BHA分析的数学方法主要包括有限差分法、能量法、有限元法和加权余量法.针对带预弯结构和稳定器BHA(Pre-bent BHA)的结构特征,提出一种可快速求解Pre-bent BHA横向振动响应的新型分析方法.首先,建立小变形条件下Pre-bent BHA的三维静力学模型,并用加权余量法和切点优化法求解该模型,得到其在三维井眼内的变形特征;其次,在静力学计算的基础上,根据Pre-bent BHA与井壁的接触特征来确定其上切点的位置,并以此切点位置定义Pre-bent BHA的上边界;随后建立Pre-bent BHA的有限元模型并求解其模态特征;最后,在考虑井壁约束的条件下,利用振型叠加法求解其稳态动力学响应,计算了实际钻井过程中使用的Pre-bent BHA的动态特性,得到其临界转速及工作状态图版.通过与相同结构参数(除弯角外)的常规BHA动态特性对比发现,合适的预弯结构可以大幅改善BHA的横向振动特性.该方法可用于钻前分析以便合理地设计Pre-bent BHA的结构并优选钻井参数,也可用于钻后分析找出Pre-bent BHA失效的初步原因.

关键词：预弯底部钻具组合、横向振动特性、加权余量法、有限元法、模态分析、稳态动力学响应

所属期刊栏目：38

分类号：TE243(钻井工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;上海市重点学科建设项目;上海市部分地方院校能力建设项目;上海市高原高峰学科建设项目;上海市扬帆计划

在线出版日期：2018-04-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：1441-1447