鉆具組合造斜穩(wěn)斜降斜性能研究.pdf

1、鉆柱是鉆井工程中必不可少的重要工具。它的工作狀態(tài)直接影響到井下動力鉆具的工作壽命和井孔質(zhì)量。鉆柱的動力分岔會導致鉆柱的強烈振動，進而造成鉆具損壞；鉆柱的不規(guī)則周期運動和混沌運動會引起鉆頭指向的不確定性，從而導致鉆井軌跡的難以控制。 本文基于現(xiàn)代動力系統(tǒng)理論，對斜井段鉆柱的復雜動力學行為進行了理論研究和數(shù)值模擬，所得結(jié)果對于優(yōu)化鉆井作業(yè)參數(shù)，改善鉆柱工作狀態(tài)具有一定的工程意義。本文的主要工作為： （1）考慮軸向力對鉆柱彎曲

2、變形的影響，建立了井孔約束下斜井段鉆柱的幾何非線性運動微分方程。將斜井段鉆柱在波動鉆壓作用下的振動轉(zhuǎn)化為一個參數(shù)激勵系統(tǒng)，得到了描述該系統(tǒng)的Mathieu 方程。通過對方程的級數(shù)求解，得到了該系統(tǒng)的動力分岔值曲線及其所包圍的動力不穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)本文推導的分岔參數(shù)公式，可以判斷鉆井現(xiàn)場井下鉆具的工作狀態(tài)，為優(yōu)化鉆井作業(yè)參數(shù)提供依據(jù)。 （2）考慮由于彎曲變形而產(chǎn)生的軸向附加力，得到了描述井孔約束下斜井中鉆柱在周期性鉆壓作用下的非線性參

3、數(shù)激勵系統(tǒng)，用Melnikov-Holmes 方法得到了鉆柱可能發(fā)生混沌運動的參數(shù)激勵的閾值，并結(jié)合工程實例進行了數(shù)值模擬，初步揭示了鉆柱運動的復雜性。發(fā)現(xiàn)無論在混沌區(qū)還是在非混沌區(qū)，都同時存在著多個吸引子。在某些情況下，鉆柱的運動狀態(tài)敏感地依賴于初始條件和參數(shù)激勵的強弱程度。 （3）用有限元技術(shù)對井孔約束下鉆柱的靜力屈曲行為進行了數(shù)值模擬，創(chuàng)新性地采用變剛度TRUSS 單元來描述井內(nèi)環(huán)空和井壁的約束作用，無論是屈曲構(gòu)形還是臨界