钻柱动力学研究进展及发展趋势

来源：石油科学通报杂志2024年第2期北京时间：

作者：狄勤丰；杨赫源；王文昌；骆大坤；张鹤；陈锋

单位：上海大学力学与工程科学学院,上海 200072

摘要：钻柱动力学是安全、高效钻井的基础,许多研究人员对此进行了深入研究,成果累累.然而,钻柱具有超大长细比,工作环境恶劣,非线性特征显著,使得钻柱的安全性面临严峻挑战,这在超万米特深井中尤为突出.因此,把握钻柱动力学研究历程,提炼钻柱动力学核心关键问题十分必要.本文在简要回顾 3 种基本钻柱振动形式的研究进展基础上,重点阐述了这 3 种基本振动的耦合振动的研究进展,详细讨论了粘滑和涡动这 2 种复杂振动的危害、形成机制、研究方法、测量技术和控制方法,并对近十年来备受关注的高频扭转振动(HFTO)的研究进展进行了归纳. 现有研究成果表明,涡动是井下钻柱最易出现的一种复杂振动形式,包括向前、向后规则涡动和不规则涡动形式,且大都体现为不规则涡动.其中,反向涡动对钻柱的危害很大,不但会加剧钻具的疲劳破坏,而且会降低钻头的机械钻速.粘滑振动是另一种危害极大的复杂振动形式,其形成机制在于钻头与岩石之间的相互作用,并可用速度弱化效应进行很好描述;粘滑振动与涡动密切相关,粘滑振动中的滑脱阶段的最大转速可能达到地面转速的 3 倍以上,并伴随着剧烈的涡动.而振动频率远高于涡动和粘滑振动的高频扭转振动的危害不容忽视,但相关机理远未探明,迫切需要攻关研究.

关键词：钻柱动力学,复杂振动,测量技术,实验方法,仿真技术