基于ANSYS的煤田地质勘探钻杆振动模态分析

在煤田地质勘探中,由于钻具的共振导致钻杆折断造成严重的埋钻事故,既耽误时间,又浪费资金。用ANSYS软件分析了不同孔深时钻杆的纵向振动、横向振动及扭转振动的固有频率。通过调整钻机工作时的转速而改变对钻杆的激励频率,从而减少因振动而产生的共振,为地质勘探的顺利进行提供了参考。

基于模糊控制的钻杆振动主动控制策略研究

论文从认识影响钻杆振动的成因出发,结合钻杆的振动特性研究结果,采用模糊控制策略,通过对钻压、转速两个主要钻进参数的模糊控制实现钻杆振动主动控制。最后通过在Matlab/Simulink中建立钻杆振动控制的仿真模型,验证该控制策略的控制效果,表明对钻进参数的模糊控制能有效的控制钻杆的振动,模糊控制策略适合钻杆的振动控制,系统稳定,动态性能好。

深孔钻进中钻杆振动机理及其预防措施

深孔钻进中,由于钻杆在孔内受到不同组合力的共同作用,使钻杆在孔内的运动特征十分复杂,细长弹性杆件在孔内自传和公转时,会产生多种形式的振动。而振动大多是不利的,会大大降低钻孔质量和减小钻具的寿命。近年来,随着钻柱运动学、动力学研究的深入,借助仿真软件的模拟分析,已对钻柱的振动特征有了一定的了解。结合某工程实践,通过大量的现场记录资料,分析引发钻柱振动的原因,从而再针对性地采取防振动措施,削弱振动带来的不利影响,使钻探成果能够满足设计需要。

钻柱振动的主被动控制研究进展与展望

在油气井钻进作业过程中,钻柱长期工作在充满钻井液的狭长井筒里,其受到井底压力、摩擦、岩石硬度变化的影响,受力情况非常复杂,会产生多种形式的振动,这些是影响钻具寿命和钻进效率的最主要因素。为系统分析工程界和学术界长期以来普遍关注的钻柱系统振动的有效控制问题,对近几十年来国内外在钻杆振动控制上使用的各种方法进行了分类和归纳,总结了各种方法的特点、应用场景以及不足之处,并对钻柱系统振动控制技术的发展趋势进行了展望。研究结果表明:(1)现有的钻柱振动主动控制主要集中于单一方向(扭转振动)和2个方向的耦联振动(纵扭耦联振动),且控制参数主要集中于钻压和扭矩,仅控制单方向的振动和单参数的调节,效果将很难保证;(2)被动控制是通过改变钻柱系统自身的结构或设计参数来抑制其振动,控制过程不受结构响应和外部干扰的影响,虽然效果有较大的局限性,但仍应在设计阶段给与足够的重视;(3)今后钻柱振动控制将朝着同时基于地面和井下测量数据,纵、横、扭3个方向联合控制的方向发展。结论认为,钻杆振动往往是几种基本振动形式的耦联,并具有明显的非线性特征,基于数据驱动的钻进系统动力学建模、考虑模型不确定性的现代鲁棒自适应控制技术以及新兴的人工智能技术将会成为未来钻柱振动研究和发展的主流趋势。

煤巷顶板锚固孔钻进钻杆振动特性数值模拟研究

针对煤巷顶板岩层结构复杂多变、劣化区域不易探明,易导致锚杆支护煤巷冒顶问题,利用理论分析与数值模拟相结合方法,研究煤巷顶板锚固孔钻进过程中钻杆横向、纵向、扭转振动特征。理论分析表明:钻杆横向、纵向振动速度和加速度主要由顶板岩石坚固性系数f决定,扭转振动加速度主要由岩石黏聚力C和内摩擦角φ决定。通过ABAQUS数值模拟软件做进一步分析:钻杆横向、纵向振动速度和加速度及扭转振动加速度波峰密度和峰值大小随着岩石强度的增加而增加,可作为识别顶板岩层强度、特别是岩层结构裂化区域的指标。研究结论为实时动态调整优化巷道顶板锚杆(索)支护参数,预防锚杆支护煤巷冒顶提供了理论支撑。

基于ANSYS的某水电深孔钻杆柱扭转振动分析

岩心钻探中的钻杆柱在实际工作中因受到外界因素(地质因素、人为因素、工艺因素等)的干扰而产生振动是不可避免的,当钻杆柱的转速达到系统的临界转速,就会引起钻杆柱剧烈共振而导致钻杆的断裂,严重的会造成一系列的孔内事故。因此,为改善钻杆柱在孔内的工作状况,研究其在高速运动状态下的振动特性是十分必要的。目前,国内外的学者对石油系统中钻柱纵向和横向振动的研究已取得了一定的结果。本文结合作者参与的钻探项目,基于ANSYS的钻杆柱振动模态,分析了水电深孔钻进中钻杆柱的扭转振动特性,针对性地提出了相应的减振措施,并辅以其他有效的防振手段,很好地解决了钻探工程中的难点问题。

旋挖钻机钻杆减振器设计与减振试验

为有效控制、减弱旋挖钻机钻杆振动,基于吸振原理设计旋挖钻机钻杆减振器;据钻杆振动特点建立钻杆-减振器系统动力学模型,并仿真验证减振器减振效果;建立旋挖钻机钻杆减振系统对减振器减振效果进行试验研究。结果表明,钻杆安装减振器后振幅明显降低,减振作用显著。

旋挖钻机钻杆减振器研究

为了有效地控制和减弱旋挖钻机钻杆的纵向振动,文章基于吸振原理设计了一种旋挖钻机钻杆减振器。根据钻杆纵向振动的特点,分别建立了钻杆-钻头-减振器系统与孔底无碰撞作用、钻杆-钻头-减振器系统与孔底有碰撞作用、系统受到一个周期性轴向外力激励3种典型作用状态的动力学模型,并通过仿真验证了减振器的减振效果;建立旋挖钻机钻杆减振系统,并进行试验研究其对减振器的减振效果,试验结果表明,安装减振器后钻杆的纵向振动幅度明显减小,钻杆减振器具有显著的减振作用。该研究对工程机械其他产品的减振研究具有一定的参考价值。

随钻测振在井下钻孔钻进监控中的应用

在分析随钻测振原理的基础上,采用随钻测振仪对王庄煤矿9102工作面风巷高位抽采钻孔钻进过程进行了监测分析,综合采用方差分析、能量分析、耗时分析、钻速分析和频谱分析等方法,对钻孔随钻测振数据进行了处理,试验结果与实际相吻合,表明随钻测振方法能够有效应用于井下抽采钻孔钻进监测。

基于压电效应的随钻式能量回收装置设计

针对钻探领域中井下仪器的连续供电问题和钻杆纵向振动能量的回收问题,设计了一种基于正压电效应的新型随钻式能量回收装置。通过现场经验及地质调查报告,设计了装置的径向尺寸参数及压电片材料。基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立压电耦合模型,通过强迫振动分析得出压电片的长度范围及最佳安装位置;通过模态分析与频率响应研究,得到压电悬臂梁固有频率在到达拐点厚度之前随压电片厚度单调递增,峰值电压随压电片厚度增加呈区域性变化等规律,压电片厚度为1.2~1.4 mm时发电性能最佳,装置峰值电压为15~40 V。该设计为压电式能量回收装置应用于钻探领域的探索提供了理论支撑和设计参考。