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(dòng)力鉆具的工作壽命和井孔質(zhì)量。鉆柱的動(dòng)力分岔會(huì)導(dǎo)致鉆柱的強(qiáng)烈振動(dòng)，進(jìn)而造成鉆具損壞；鉆柱的不規(guī)則周期運(yùn)動(dòng)和混沌運(yùn)動(dòng)會(huì)引起鉆頭指向的不確定性，從而導(dǎo)致鉆井軌跡的難以控制。 本文基于現(xiàn)代動(dòng)力系統(tǒng)理論，對(duì)斜井段鉆柱的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了理論研究和數(shù)值模擬，所得結(jié)果對(duì)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(duì)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(yùn)動(dòng)微分方程。將斜井段鉆柱在波動(dòng)鉆壓作用下的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)參數(shù)激勵(lì)系統(tǒng)，得到了描述該系統(tǒng)的Mathieu 方程。通過(guò)對(duì)方程的級(jí)數(shù)求解，得到了該系統(tǒng)的動(dòng)力分岔值曲線及其所包圍的動(dòng)力不穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)本文推導(dǎo)的分岔參數(shù)公式，可以判斷鉆井現(xiàn)場(chǎng)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(lì)系統(tǒng)，用Melnikov-Holmes 方法得到了鉆柱可能發(fā)生混沌運(yùn)動(dòng)的參數(shù)激勵(lì)的閾值，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了數(shù)值模擬，初步揭示了鉆柱運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性。發(fā)現(xiàn)無(wú)論在混沌區(qū)還是在非混沌區(qū)，都同時(shí)存在著多個(gè)吸引子。在某些情況下，鉆柱的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)敏感地依賴于初始條件和參數(shù)激勵(lì)的強(qiáng)弱程度。 （3）用有限元技術(shù)對(duì)井孔約束下鉆柱的靜力屈曲行為進(jìn)行了數(shù)值模擬，創(chuàng)新性地采用變剛度TRUSS 單元來(lái)描述井內(nèi)環(huán)空和井壁的約束作用，無(wú)論是屈曲構(gòu)形還是臨界