套管泥浆中振荡器的运动及其对套管作用的分析评估方法技术

本发明专利技术套管泥浆中振荡器的主要运动行为及其对套管作用的分析评估方法，从振荡器启动开始，通过运动方程计算记录发生时间t1，解得

【技术实现步骤摘要】
套管泥浆中振荡器的运动及其对套管作用的分析评估方法
本专利技术属于钻井
，涉及套管泥浆中振荡器的运动及其对套管的作用分析评估方法。
技术介绍
在钻井完井过程中，灌注水泥固实套管的质量将直接影响着完井后套管的工作质量。若固井水泥分布不均匀不密实，就会造成套管受力不均匀而易于发生破损。因此，灌注水泥如何达到均匀密实的效果，一直是完井工作者关心的问题。为此，人们设计了不同的振荡器下入套管中，以图通过振荡器的摆动冲击套管激起套管振动进而促使套管外水泥波动，达到固井水泥分布均匀密实效果。但对此缺乏理论分析验证支撑，资料少见。本文试图通过对振荡器在直井套管中的运动和对套管的作用主要行为，进行模拟分析，探索分析振荡器对套管水泥固实效果的评估方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供套管泥浆中振荡器的运动及其对套管作用的分析评估方法，本专利技术的有益效果是能够确定套管泥浆中振荡器的主要运动行为及其对套管的作用效果。本专利技术所采用的技术方案是按照以下步骤进行：(1)从振荡器启动开始，运动方程为式(1)，当或时(正负取决于式(1)此时的计算结果)，由式(1)试算出与套管第一次碰撞时间t1，由式(6)、式(5)解得与套管第一次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I1，碰撞时角位移为或(2)以为初始条件，振荡器与套管第一次碰撞后的运动方程为式(7)。当或时(正负取决于式(7)此时的计算结果)，由式(7)试算出与套管第二次碰撞时间t2，由式(8)、式(5)解得与套管第二次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I2，碰撞时角位移为或(3)以此类推。在获得第i-1次碰撞后的ti-1,Ii-1后，以为初始条件，振荡器与套管第i-1次碰撞后的运动方程为式(10)，由或(正负取决于式(10)此时的计算结果)与式(10)试算法解得初始到第i次撞击套管经历的时间刻ti。碰撞时角位移为或由式(11)、式(5)解得与套管第i次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为Ii。如此最终获得一系列振荡器对套管的作用时间与碰撞冲量ti、Ii；据此评估振荡器对套管的作用情况，如撞击强度和频率(通过ti确定各相邻碰撞间隔时间，然后平均统计出碰撞周期、频率)。其中，套管中的振荡器的运动受到套管的限制，当横向位移达到振荡器外半径与套管内半径差时，就会与套管发生碰撞，与套管发生碰撞时，振荡器达到最大角位移为式中，D1为套管内径，l为振荡器长度，D为振荡器外筒外径，l1为振荡器顶部离悬点O的距离，α为振荡器底部形心和与套管接触点分别与悬点O的连线间夹角。振荡器开动前，振荡器静止，角位移角速度即初始条件为振荡器运动方程为式中，ξ为振荡器系统的阻尼比，p为振荡器系统的固有频率，为振荡器的衰减固有频率，ω为振荡器转子转动角速度，α0为振荡器系统稳态响应初相位，Φ为振荡器系统稳态响应振幅。设振荡器与套管发生碰撞恢复系数为k，则式中，v1、u1分别为碰撞前后振荡器与套管接触点的速度，则式中，分别为碰撞前后振荡器在x1z1平面内的角速度，代入式(2)有对于皆为钢制的振荡器与套管的碰撞恢复系数可查知k＝0.56。根据冲量矩定理，有式中，I为套管作用于振荡器的冲量，JO为振荡器系统对O轴的转动惯量。由式(3)、(4)解得由或与式(1)采用试算法解得初始到第一次撞击套管经历的时间t1，第一次撞击套管时的角位移与角速度分别为由式(5)、式(6)解得第一次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I1。振荡器受到碰撞后，将以为初始条件，运动方程为由或与式(7)试算法解得初始到第二次撞击套管经历的时间刻t2，第二次撞击套管时的角位移与角速度分别为由式(5)、式(8)解得第二次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I2。振荡器受到第二次碰撞后，将以为初始条件，运动方程为以此类推。在获得第i-1次碰撞后的ti-1,Ii-1后，以为初始条件，运动方程为由或与式(10)试算法解得初始到第i次撞击套管经历的时间刻ti，第i次撞击套管时的角位移和角速度分别为由式(5)、式(11)解得第i次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为Ii。振荡器受到碰撞后，将以为初始条件，运动方程为由此，确定套管中振荡器的运动行为和对套管的作用状况。附图说明图1是振激器与套管接触碰撞示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。套管中的振荡器的运动受到套管的限制，当横向位移达到振荡器外半径与套管内半径差(简称视半径)时，就会与套管发生碰撞。属于边界非线性振动问题。设套管内径为D1，振荡器与套管发生碰撞时，由图1所示。振荡器开动前，即式中，ξ为振荡器系统的阻尼比，p为振荡器系统的固有频率，为振荡器的衰减固有频率，ω为振荡器转子转动角速度，α0为振荡器系统稳态响应初相位，Φ为振荡器系统稳态响应振幅。设振荡器与套管发生碰撞恢复系数为k。考虑碰撞前后套管上撞击点的横向速度与振荡器撞击点的横向速度相比要小得多，由碰撞理论，近似有式中，v1、u1分别为碰撞前后振荡器与套管接触点的速度。则式中，分别为碰撞前后振荡器在x1z1平面内的角速度。代入式(2)有对于振荡器与套管的碰撞恢复系数可取钢对钢4的k＝0.56。根据冲量矩定理，有式中，I为套管作用于振荡器的冲量，JO为振荡器系统对O轴的转动惯量。由式(3)、(4)解得由或与式(1)解得初始到第一次撞击套管经历的时间t1。显然这是一个超越方程，采用试算法来求解。第一次撞击套管时的位移与速度分别为由式(5)、式(6)解得第一次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I1。振荡器受到碰撞后，将以为初始条件，运动方程为由或与式(7)试算法解得初始到第二次撞击套管经历的时间刻t2，第二次撞击套管时的角位移与角速度分别为由式(5)、式(8)解得第二次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I2。振荡器受到第二次碰撞后，将以为初始条件，运动方程为以此类推。在获得第i-1次碰撞后的ti-1,Ii-1后，以为初始条件，运动方程为由或与式(10)试算法解得初始到第i次撞击套管经历的时间刻ti，第i次撞击套管时的角位移和角速度分别为由式(5)、式(11)解得第i次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为Ii。振荡器受到碰撞后，将以为初始条件，运动方程为......由此，确定套管中振荡器的运动行为和对套管的作用状况。该边界限定下的振荡器振动问题的解决方法与步骤如下：(1)从振荡器启动开始，运动方程为式(1)，当或时(正负取决于式(1)此时的计算结果)，由式(1)试算出与套管第一次碰撞时间t1，由式(6)、式(5)解得与套管第一次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I1，碰撞时角位移为或(2)以为初始条件，振荡器与套管第一次碰撞后的运动方程为式(7)。当或时(正负取决于式(7)此时的计算结果)，由式(7)试算出与套管第二次碰撞时间t2，由式(8)、式(5)解得与套管第二次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I2，碰撞时角位移为或(3)以此类推。在获得第i-1次碰撞后的ti-1,Ii-1后，以为初始条件，振荡器与套管第i-1次碰撞后的运动方程为式(10)，由或(正负取决于式(10)此时的计算结果)与式(10)试算法解得初始到第i次撞击套管经历的时间刻ti。碰撞时角位移为或由式(11)、式(5)解得与套管第i次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为Ii。如此最终获得一系列振荡器对套管的作用时间与碰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.套管泥浆中振荡器的运动及其对套管作用的分析评估方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)从振荡器启动开始，运动方程为式(1)，当

【技术特征摘要】
1.套管泥浆中振荡器的运动及其对套管作用的分析评估方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)从振荡器启动开始，运动方程为式(1)，当或时，由式(1)试算出与套管第一次碰撞时间t1，由式(6)、式(5)解得与套管第一次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I1，碰撞时角位移为或(2)以为初始条件，振荡器与套管第一次碰撞后的运动方程为式(7)，当或时由式(7)试算出与套管第二次碰撞时间t2，由式(8)、式(5)解得与套管第二次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I2，碰撞时角位移为或(3)以此类推，在获得第i-1次碰撞后的ti-1,Ii-1后，以为初始条件，振荡器与套管第i-1次碰撞后的运动方程为式(10)，由或与式(10)试算法解得初始到第i次撞击套管经历的时间刻ti，碰撞时角位移为或由式(11)、式(5)解得与套管第i次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为Ii；如此最终获得一系列振荡器对套管的作用时间与碰撞冲量ti、Ii；据此评估振荡器对套管的作用情况；其中，套管中的振荡器的运动受到套管的限制，当横向位移达到振荡器外半径与套管内半径差时，就会与套管发生碰撞，设套管内径为D1，振荡器与套管发生碰撞时，振荡器达到最大角位移为式中，为振荡器轴线与z轴的夹角，D1为套管内径，l为振荡器长度，D为振荡器外筒外径，l1为振荡器顶部离悬点O的距离，α为振荡器底部形心和与套管接触点分别与悬点O的连线间夹角；振荡器开动前，振荡器静止，角位移角速度即初始条件为振荡器运动方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘延强，赵德敏，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37