水平井钻柱涡动特性数值分析与试验

根据转子动力学和流体力学理论,建立了水平井钻柱涡动的动力学方程,分析了钻柱自重、井壁摩阻、钻井液流速等因素对水平井钻柱涡动的影响规律,阐释了诱发水平钻柱涡动产生的机理及边界条件。基于自主研制的水平井钻柱动力学试验装置,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,分析了钻压、转速、流体速度等参数对钻柱涡动轨迹和涡动速度的影响规律。研究结果表明:在钻柱的远钻头段不会发生涡动,但是转速达到阈值后,近钻头段便会出现涡动现象,并且随着钻压和转速的增加,其涡动轨迹幅值也在增大;而近钻头段的涡动方向并不是始终如一的,存在正反两个方向的涡动,并且随着转速的增大,还会出现"半频涡动"现象;另外,钻井液的存在及其流动速度的增大都不会改变钻柱现有的运动状态,仅小幅增加其运动范围。研究成果对水平井钻井工艺参数的选定有一定的借鉴作用。