氣體鉆井鉆柱動力學特性及鉆柱失效機理研究.pdf

1、本文針對氣體鉆井過程中鉆柱的動力學特性及疲勞破壞問題，對國內外有關氣體鉆井鉆柱動力學及鉆柱疲勞失效的研究成果進行了調研分析。在此基礎上，通過室內模擬實驗，研究了氣體鉆井條件下底部鉆柱的運動規(guī)律及其影響因素，指出了底部鉆柱可能存在的幾種運動狀態(tài)、產生渦動的原因、渦動發(fā)生的條件以及影響鉆柱渦動的因素。建立了考慮井壁摩擦時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速與正弦屈曲時臨界軸向力的數(shù)值關系。研

2、究表明，當鉆壓一定時，底部鉆柱隨轉速變化存在三種不同的運動狀態(tài)；轉速低于臨界轉速時正向渦動、運動狀態(tài)比較穩(wěn)定；在臨界轉速附近時無規(guī)則運動、運動狀態(tài)不穩(wěn)定；轉速高于臨界轉速時反向渦動、運動狀態(tài)穩(wěn)定。另外，鉆壓、穩(wěn)定器的位置及個數(shù)、井壁摩阻大小等對鉆柱的運動形態(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、扭轉振動和縱向振動固有頻率的計算方法，重點分析