机械工程学报

作者：郭晓强, 柳军, 王建勋, 李潇, 魏安超, 朱海燕

单位：1. 西南石油大学机电工程学院 成都 610500;2. 成都大学机械工程学院 成都 610106;3. 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 湛江 524057;4. 成都理工大学能源学院 成都 610059

关键词：超高温高压,钻柱系统,非线性振动,黏滑振动特性,机械钻速；

基金：国家自然科学基金(51875489,52105125);中国博士后科学基金(2021TQ0273);国家建设高水平大学公派研究生项目(201908510191)资助项目。

针对超高温高压曲井钻柱系统振动失效问题，采用能量法结合哈密顿原理，建立了全井段钻柱系统纵-横-扭耦合非线性振动模型，考虑了井眼轨迹变化、井筒约束作用、钻头与岩石的互作用力以及井筒超高温高压对管柱弹性模量和钻井液黏度的影响。借助有限元理论实现了非线性振动模型的数值求解。采用现场实测数据，与所建立模型理论计算结果对比，验证了钻柱纵-横-扭耦合非线性模型的正确性和有效性。基于此，借助中国南海乐东超高温高压区块M定向井参数，探究了转盘转速、钻压、扭冲提速工具以及底部钻具组合（Bottom hole assembly, BHA）长度对钻柱系统黏滑振动特性的影响规律，发现：在满足其他要求（如经济成本、工具强度、磨损问题、工具通过能力等）的情况下，应尽可能提高转盘转速和BHA长度，有效提高钻井效率。现场钻压和扭冲工具的扭矩值存在一个设置最优值，与井身结构、工具尺寸等因素有关，可采用所提出的分析方法确定不同工况下的最优钻压和冲击扭矩，有效提高现场钻井效率和BHA工具的安全性。

来源：2022年第5期

《机械工程学报》期刊编辑部

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