[发明专利]一种考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法

权利要求书

1.一种考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，包括：

S1：将钻柱等效为转盘、钻杆、钻铤和钻头组成的四自由度粘滑振动模型，

其中，将转盘、钻杆、钻铤和钻头等效为四个质量块，相邻两个质量块之间连接有弹簧和阻尼器，形成所述四自由度粘滑振动模型；

S2：所述钻头上设置有扭力冲击器，将所述扭力冲击器提供的扭矩引入所述四自由度粘滑振动模型，建立考虑扭转冲击作用的钻柱扭转振动模型，

其中，将扭力冲击器提供的扭矩引入所述四自由度粘滑振动模型，得到考虑扭转冲击作用的钻柱扭转振动模型为：

式中，J_r、J_d、J_c和J_b分别为转盘、钻杆、钻铤和钻头的转动惯量，和分别为转盘、钻杆、钻铤和钻头的角位移，和分别为转盘、钻杆、钻铤和钻头的角速度，和分别为转盘、钻杆、钻铤和钻头的角加速度，K_rd为转盘和钻杆之间的弹簧刚度，K_dc为钻杆和钻铤之间的弹簧刚度，K_cb为钻铤和钻头之间的弹簧刚度，C_rd为转盘和钻杆之间的弹簧阻尼，C_dc为钻杆和钻铤之间的弹簧阻尼，C_cb为钻铤和钻头之间的弹簧阻尼，T_m为转盘处施加的扭矩，T_ar和T_ab分别为转盘和钻头处的粘性阻尼扭矩，T_fb为钻头和岩石的摩擦扭矩，T为扭力冲击器提供的高频扭矩；

S3：求解所述考虑扭转冲击作用的钻柱扭转振动模型，获得钻柱粘滑振动特性；

S4：根据所述钻柱粘滑振动特性，调节所述扭力冲击器的工作参数以抑制钻柱粘滑振动。

2.根据权利要求1所述的考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，所述四自由度粘滑振动模型为：

式中，J_r、J_d、J_c和J_b分别为转盘、钻杆、钻铤和钻头的转动惯量，和分别为转盘、钻杆、钻铤和钻头的角位移，和分别为转盘、钻杆、钻铤和钻头的角速度，和分别为转盘、钻杆、钻铤和钻头的角加速度，K_rd为转盘和钻杆之间的弹簧刚度，K_dc为钻杆和钻铤之间的弹簧刚度，K_cb为钻铤和钻头之间的弹簧刚度，C_rd为转盘和钻杆之间的弹簧阻尼，C_dc为钻杆和钻铤之间的弹簧阻尼，C_cb为钻铤和钻头之间的弹簧阻尼，T_m为转盘处施加的扭矩，T_ar和T_ab分别为转盘和钻头处的粘性阻尼扭矩，T_fb为钻头和岩石的摩擦扭矩。

3.根据权利要求2所述的考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，所述考虑扭转冲击作用的钻柱扭转振动模型为：

式中，C_r为转盘处的粘性阻尼系数，C_b为钻头处的粘性阻尼系数。

4.根据权利要求3所述的考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，钻头和岩石的摩擦扭矩为：

式中，D_v为钻头动摩擦与静摩擦之间的临界转速，T_r为施加在钻头上的扭矩，T_sb为最大静摩擦扭矩，WOB为钻压，R_b为钻头半径，为与钻头的角速度有关的钻头的摩擦系数。

5.根据权利要求4所述的考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法，其特征在于，与钻头的角速度有关的钻头的摩擦系数为：

式中，μ_sb为钻头静摩擦系数，μ_cb为钻头动摩擦系数，γ_b为与钻头和岩石有关的系数，0γ_b1。