下部钻柱涡动机理及规律的实验研究

柱 的涡动机 理及 涡动 规律．
１ 下 部钻 柱 涡 动 机 理
在石 油钻井 中 ， 部钻柱 的工 作条 件及其 涡 动状态 均 十分 复杂 ． 下 文献 ［ ］ 用 转子 动力 学理 论 ， ４应 系统
探 讨 了下部 钻柱 的涡动机 理 及涡 动规律 ： （ ）当下部 钻柱 的 截面 惯性 矩 各 向异性 时 ， 柱 自重 引起 的强 迫 振动 在两 个 惯 性 主轴 方 向上相 互 １ 钻 耦合 ， 下部钻 柱正 向涡 动的 重要原 因之 一． 这种情 况 下 ， 向涡动 频率 是 自转 频 率 的 ２倍 ． 是 在 正 （ ）下部钻 柱质 量偏 心 引起 的强迫振 动是 下部 钻柱 正 向涡 动 的最 主要 原 因之 一． 这 种情 况 下 ， ２ 在 正 向涡动频 率等 于 自转 频率 ． （ ）下 部钻 柱与 井壁 之 间的 相互 作用 （ 摩 ） 下部 钻 柱反 向涡 动 的最 主要 原 因 ， 向 涡 动频 率 与 ３ 碰 是 反
摘要 ： 应用 下部 钻柱 运 动状 态 模拟 实验 装 置 ， 证 分 析 了下 部 钻 柱 涡 动 机理 及 规 律． 究 表 明 ： １ 下 部 钻 柱 正 验 研 （） 向 涡 动 源 于 钻 柱 重 量 、 量 偏 心 等 因素 ， 向 涡 动 源 于 钻 柱 与 井 壁 之 间 的 碰 摩 作 用 ． ２ 下 部 钻 柱 与 井 壁 之 间 质 反 （） 是 否 发 生 碰 摩 ， 常 以下 部 钻 柱 的 １阶临 界 转 速 为 界 ． ３ 下 部 钻 柱 反 向 涡 动频 率 与 自 转 频 率 之 比等 于 钻 柱 半 通 （） 径 与 井 眼 间 隙之 比 ． 关键词 ： 柱 ； 钻 涡动 ； 理 ； 拟 实 验 机 模
（ Ｏ６ ２Ｏ ＡＡ ０６ １０ Ａ ９）
作者 简 介 ： 玉 才 （ ２ ）男 ． 南 南 阳人 ， 士 ． 国 石 油 大 学 （ 东 ） 师 ． 史 １ ７一 ． 河 ９ 博 中 华 讲
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第２ 期
史 玉 才 等 ： 部 钻 柱 涡 动机 理 及 规 律 的实 验 研 究 下
组合 的实 验结果 为例 来进 行讨论 ．
钻具 组合 ： ２ ４ ５ｍｍ 钻头 ＋ １ ７ ８ｍｍ 钻 铤 ×２根 （ ８ｍ） ４ ． ７ ． １ ＋＠２ ４ｍｍ 扶正 器 ＋ １ ７ ８ｍｍ 钻 ４ ７．
铤 × １ 根 （０ｍ） １ ７ｍｍ 钻 杆 ． ０ ９ ＋ ２
钻 井参 数 ： 速 一２ ． ４ １ ８ ０ｒｍｉ ， 压 ＝０ ２ ３ ８ｋ 均等 分为 ６级 ． 转 ３ ０ ３ ． ／ ｎ 钻 ４ ２ ． Ｎ，
自转 频率 的 比值等 于钻 柱半 径与井 眼 间隙之 比．
２ 模 拟 实 验 结 果及 分 析
利 用 中国石油 大学 （ 东 ） 下 部钻 柱运 动状 态模 拟 装 置 ” 实验 装 置见 文献 Ｅ － 实 验 原 理 见文 献 华 的“ （ ｓＩ ， ［ ］ ， 拟研究 了两 种井 眼 、 ５ 下部 钻 柱 的运 动 规 律 ， ６ ）模 １套 验证 了上 述 理论 分 析 结 果． 文 仅 以钟 摆 钻 具 本
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第３ ２卷 第 ２期
２ ０ 年 ６月 ０７
广西大学学报 （ 自然 科 学 版 ） Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＧｕ ｎ ｘ ｉｅｓｔ （ ｔＳ ｉ ｏ ｒ ａ ａ ｇ ｉ ｏ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ Ｎａ ｃ Ｅｄ）
Ｖ ｏ ．３ Ｎｏ．２ １ ２．
中图分类号： ＴＥ２ １ 文献标识码 ： Ａ
在 石油 钻井 中 ， 由于井 眼的 限制作 用 ， 部钻 柱 的运动 状态 十分 复 杂． 下 自上 世 纪六 七 十年代 以来 ， 钻 柱 动力 学研究 和实践 ｌ ］ ＿ 证实 ：１ 下 部钻 柱在 井 眼 中普遍 存在 涡 动现 象 （ １ （） 指钻 柱 除 了 自转 ， 绕 井 眼轴 还 线 公转 ） （ ） 部钻 柱通 常处 于反 向涡 动 （ 自转方 向） 态 ， 正 向涡动 （ 自转方 向 ） ；２ 下 逆 状 而 顺 相对 较少 ； ３ 下 （） 部 钻柱 反 向涡动 容易 诱发 钻 具疲 劳破 坏 、 头提 前 损坏 等． 于上 述原 因 ， 钻 由 国内外 都 很重 视 下 部钻 柱 涡 动 机理 及规 律研究 ， 是该 问题 至 今 尚未彻底 解 决． 但 本文 应用 室 内模 拟 实 验方 法 ， 验证 和 分 析 了下 部 钻
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其 它条件 ： 眼斜直 （ 井 井斜 角 ａ ． 。 ， 量点 距 离钻 头 ５ ５ｉ． 一３ ５） 测 ． ｎ
２１ 钻 柱涡 动轨 迹及 方 向 ．
以钻压 Ｗ － ８ ． Ｎ 的一组 数 据为 例． 图 １ 示 ， 图 为位 移 测 量 曲线 ， 图为相 应 的运 动 轨迹 ９ ５ｋ 如 所 左 右 图， 自上而 下转 速 ｃ ｋ ３ ０ｒｍｉ（ 一１ ） 图 中外 圆的半 径等 于井 眼径 向间 隙 ； ｏ ×２ ． ／ ｎ 七 ～６ ． － 圆心 处“ ” 表顺 ＋ 代 旋转方 向（ 向 涡动 ） “ ” 正 ，一 代表逆旋 转 方 向 （ 向涡 动 ） 由该组 图能 够 说 明下部 钻柱 的碰 摩作 用及 涡动 反 ． 状态 随转速 的变化 规律 ：
Ｊ ｎ ２ ０ ｕ ｅ． ０ ７
文章 编 号 ： ０ １ ７ ４ （ ０ ７ ０ 一 １ ６ ０ １ ０—４ ５ ２ ０ ） ２Ｏ ２— ４
下 部 钻 柱 涡 动 机 理 及 规 律 的 实 验 研 究
史 玉才 王 军。管 志 川 ， ，
（． １ 中国 石 油 大 学 （ 东 ）石 油 工 程 学 院 ， 东 东 营 ２ ７ ６ ；． 庆 油 田 国际 事 业 部 ． 西 西 安 ７ ０ ２ ） 华 山 ５０１２长 陕 １ ０ １
收稿 日期 ：０ ７—０ ２ ； 订 日期 ： ０ ７— ５—１ ２０ ４— １ 修 ２０ ０ ８
基 金 项 目 ： 十 五 ” 家 科 技 攻 关 （ ０ １ Ａ６ ５ １ ） “ 一 五 ” 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 （ ６ “ 国 ２ ０ Ｂ ０ Ａ一 ３ ； 十 国 ８ ３计 划 ） 大 项 目 重