预弯底部钻具组合横向振动响应的快速求解

• 作者: 张鹤 狄勤丰 王文昌 覃光煦 陈薇 陈锋
• 来源期刊: 石油学报
• 学科: 工学
• 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
• 年，卷（期）: 2017,（12）
• 所属期刊栏目: 石油工程
• 页码范围: 1441-1447
• 页数: 7页
• 分类号: TE243
• 字数: 5744字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7623/syxb201712012

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.