基于共旋坐标法的直井中钻杆屈曲特性研究

来源：计算力学学报杂志2026年第1期北京时间：

作者：王雨妹,顾继俊,郭华,黄晨,王树江

单位：中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院, 北京 102249,中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院, 北京 102249,新疆工程学院 安全科学与工程学院, 乌鲁木齐 830000,中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院, 北京 102249,中海油研究总院有限责任公司, 北京 100028,中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院, 北京 102249,中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院, 北京 102249

摘要：为了研究钻杆在套管径向约束下的变形问题,用Julia编写了EndoBeams.jl包。在共旋坐标基础公式与隐式接触动力学相结合的基础上,建立空间钻杆有限元接触模型,通过离散符号距离场(SDF)对套管表面的隐式描述,采用HHT-α方法对系统进行时间积分。通过共旋方法对轴向力压缩作用下的钻杆进行后屈曲特性研究,分析不同载荷下的屈曲形态,得到正弦屈曲和螺旋屈曲的无量纲临界载荷,讨论不同摩擦系数以及间隙对钻杆后屈曲特性的影响。研究指出,轴向力的增加使得钻杆从正弦屈曲向空间屈曲的转变是一个突变的过程,钻杆屈曲模态构型包括平面正弦屈曲、空间屈曲和螺旋屈曲。该结论为基于共旋坐标法建立的钻杆接触动力学模型能够有效解决几何接触双重非线性收敛困难的问题,降低时间计算成本,研究成果对于钻杆工艺参数的选择以及垂直井的延伸提供了理论依据。

关键词：铰支钻杆,共旋坐标法,隐式接触动力学,正弦屈曲,螺旋屈曲,摩擦,间隙,

基金资助：国家自然科学基金(52271299);中海油研究总院有限责任公司重点课题(CCL2022RCPS0335KSN)资助项目.