一种基于钻柱动力学的扭摆系统工作参数优化设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于钻柱动力学的扭摆系统工作参数优化设计方法，属于钻井技术领域。为了克服现有技术中的问题，本发明专利技术提供一种基于钻柱动力学的扭摆系统工作参数优化设计方法，包括计算设计扭摆深度；建立水平井钻柱扭转振动模型；设定扭摆工作参数，并利用有限差分法求解水平井钻柱扭转振动模型，计算得到稳定扭摆深度；当稳定扭摆深度大于设计扭摆深度时，对工作参数数值进行调整后再次重复计算；至到当稳定扭摆深度等于设计扭摆深度时，将该工作参数作为优化后的工作参数。本发明专利技术考虑了摩擦的分解，建立了带扭摆系统的全井钻柱动力学模型，更加贴近井下真实工况；本发明专利技术以稳定扭摆深度作为设计导向，为扭摆系统工作参数的选择提供理论依据。选择提供理论依据。选择提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钻柱动力学的扭摆系统工作参数优化设计方法


[0001]本专利技术涉及一种基于钻柱动力学的扭摆系统工作参数优化设计方法，属于钻井


技术介绍

[0002]在水平井、大位移井钻井过程中，特别是定向段滑动钻进过程中，摩阻扭矩大，滑动钻进托压问题愈益突出，钻压难以有效施加到钻头上，造成钻井速度慢、效率低。因此，如何减小托压，提高滑动钻进效率，降低钻井摩阻，延伸水平段长度，降低钻井成本，这是水平井、大位移井钻井亟待解决的核心技术问题。近年来，一种名为顶驱扭摆系统的新技术开始被研发和普及起来。在滑动钻进时，该技术通过控制顶驱等旋转动力装置在限定的角度、扭矩范围内来回扭摆钻柱，使得从井口向下的一定长度内的钻柱进行周向旋转，打破静摩擦状态，使钻柱与井壁之间过大的静摩擦力变为动摩擦力，降低了托压现象发生的可能性，从而保证了滑动钻进可以继续实施。
[0003]目前对于扭摆系统工作参数设计时没有考虑到钻柱复杂的动力学行为，设计的参数不能完全保证扭摆系统的工作效率。当采用不合理的扭摆参数时，可能影响扭摆的使用。当扭摆参数设置过大时，其扭摆深度太本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钻柱动力学的扭摆系统工作参数优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、基于静力学模型计算设计扭摆深度；步骤S2、建立带扭摆系统的水平井钻柱扭转振动模型；步骤S3、设定扭摆工作参数，并利用有限差分法求解水平井钻柱扭转振动模型，计算得到稳定扭摆深度；步骤S4、当稳定扭摆深度大于设计扭摆深度时，对工作参数数值进行调整后再次重复步骤S3
‑
S4计算；至到当稳定扭摆深度等于设计扭摆深度时，将该工作参数作为优化后的工作参数。2.根据权利要求1所述的一种基于钻柱动力学的扭摆系统工作参数优化设计方法，其特征在于，所述步骤S1中的计算公式为：L
扭
＝L
总
‑
L
反
‑
L
安
式中：L
扭
为设计扭摆深度，m；L
总
为全井井深，m；L
反
为反扭矩区域长度，m；L
安
为安全余量，m。3.根据权利要求1所述的一种基于钻柱动力学的扭摆系统工作参数优化设计方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程为：步骤S21、根据钻柱的轴向速度和周向速度对钻柱与井壁间的摩擦力进行分解；步骤S22、采用一维阻尼波动方程建立水平井钻柱扭转振动模型。4.根据权利要求3所述的一种基于钻柱动力学的扭摆系统工作参数优化设计方法，其特征在于，所述步骤S21中的计算公式为：f
轴
＝f
总
cosθf
周
＝f
总
sinθ式中：f
轴
为轴向摩阻系数；f
周
为周向摩阻系数；f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹虎，崔洪伟，王顺轩，赵修文，李黔，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：