刚性满眼钻具组合模态分析研究

应用非线性有限元分析软件研究了中上部井段常用的2种311mm(1214英寸)刚性满眼钻具组合的固有振型、频率和峰值应力。结果表明,随钻具组合长度的增加,各阶模态频率显著降低,并在160m之后降势变缓;上扶正器之上的第1切点将下部钻柱封隔成一个相对独立的系统,其到钻头的距离应作为模态的临界计算长度。刚性满眼钻具组合的中高阶振型表现为空间弯曲形态,高阶振型对应的峰值应力均超过钻柱材料的屈服强度,钻井工程中应特别注意避免高阶共振;设计刚性满眼钻具时可适当选用小规格外径的钻铤,在不改变固有频率的前提下,降低共振时的峰值应力,可延长钻具寿命。