一种油气水平井水平段钻柱粘滑振动的仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种油气水平井水平段钻柱粘滑振动的仿真方法，包括：根据钻柱结构建立钻柱集中质量模型；基于钻柱集中质量模型，结合振动力学建立钻柱系统的运动方程，通过钻柱系统的运动方程，确定各质量块的合力外矩，并完善钻柱系统的运动方程；构建钻柱系统仿真模型，输入钻柱结构参数、钻压和转速，求解所述钻柱系统的运动方程，获得钻柱动力响应；通过所述钻柱动力相应，调节钻压、转速或钻柱结构，实现抑制或消除粘滑振动。本发明专利技术综合考虑了钻头与岩石的作用、钻柱与井壁的摩擦，建立了完善的水平段粘滑振动模型；本发明专利技术考虑了多种因素，将钻柱结构进行细分，模型更加符合现场施工实际情况。工实际情况。工实际情况。

【技术实现步骤摘要】
一种油气水平井水平段钻柱粘滑振动的仿真方法


[0001]本专利技术涉及石油与天然气工程油气井钻井
，特别是涉及一种油气水平井水平段钻柱粘滑振动的仿真方法。

技术介绍

[0002]随着钻井技术的发展和油气勘探的不断深入，水平井技术的研究和应用得到了高度的重视和快速发展，已成为世界石油工业研究的主要热点。水平井因其井斜角大，水平段长、钻进较深等特点，使得钻柱在井筒中运动要比常规井复杂得多，因此在水平井的钻进过程中所发生的钻井事故也较多，水平井钻柱失效是影响钻井安全和效率的主要问题，其中钻柱振动是引起钻柱失效的一个重要原因。而粘滑振动是钻柱振动中最常见、危害很大的一种振动。
[0003]在数千米的井下，无法观测到钻柱发生粘滑的真实情况，而采用一些高精度的仪器又会增大成本，且因为钻井过程中钻柱的运动及复杂的井下环境，仪器容易损坏。因此，仿真方法是指导人们认识井下钻柱运动的良好手段。
[0004]在现有技术中采用根据建立的多自由度分散质量模型模拟钻井过程中对钻柱系统粘滑振动发生的状态。此方法不适用于水平井，未考虑钻杆和钻铤与井壁的摩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油气水平井水平段钻柱粘滑振动的仿真方法，其特征在于，包括：根据钻柱结构建立钻柱集中质量模型；基于所述钻柱集中质量模型，结合振动力学建立钻柱系统的运动方程，通过所述钻柱系统的运动方程，确定各质量块的合力外矩，并完善所述钻柱系统的运动方程；构建钻柱系统仿真模型，输入钻柱结构参数、钻压和转速，求解所述钻柱系统的运动方程，获得钻柱动力响应；通过所述钻柱动力相应，调节钻压、转速或钻柱结构，实现抑制或消除粘滑振动。2.根据权利要求1所述的油气水平井水平段钻柱粘滑振动的仿真方法，其特征在于，建立钻柱集中质量模型，包括：根据钻井现场实际所用钻柱结构，确定水平段钻井、钻铤的长度，以及钻杆和所述钻铤的具体数量，建立所述钻柱集中质量模型。3.根据权利要求1所述的油气水平井水平段钻柱粘滑振动的仿真方法，其特征在于，建立钻柱系统的运动方程还包括：采用考虑瑞利损耗函数的拉格朗日方程对所述钻柱系统的运动方程进行验证；其中，所述虑瑞利损耗函数的拉格朗日方程为：其中，T为系统的总动能，为第j个质量块的角速度，θ
j
为第j个质量块的角位移，R为瑞利损耗函数，V为系统的总势能，Q
j(n)
为作用在质量块j上的力。4.根据权利要求1所述的油气水平井水平段钻柱粘滑振动的仿真方法，其特征在于，所述各质量块的合力外矩包括：顶驱的合外力矩、钻杆的合外力矩、钻铤的合外力矩、钻头的合外力矩，其中所述顶驱的合外力矩为总输入扭矩和损耗阻尼力矩，所述钻杆的合外力矩为钻杆与井壁的摩擦力矩，所述钻铤的合外力矩为钻铤与井壁的摩擦力矩，所述钻头的合外力矩为钻头与井底的摩擦力矩和结构阻尼力矩。5.根据权利要求4所述的油气水平井水平段钻柱粘滑振动的仿真方法，其特征在于，所述总输入扭矩T为：其中，ω
d
为顶驱设定转速，为顶驱实际转速，为第一根钻杆的转速；所述损耗阻尼力矩T
m
为：式中，c
t
为顶驱粘滞阻尼系数，为顶驱实际转速。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：石祥超，焦烨，杨昕昊，王宇鸣，陈彦州，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：