[发明专利]一种考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法

说明书

本发明公开了一种考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法，包括：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；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粘滑振动模型；求解所述考虑扭转冲击作用的钻柱粘滑振动模型，获得钻柱粘滑振动特性；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。本发明建立考虑扭转冲击作用的钻柱粘滑振动模型，求解钻柱粘滑振动模型获得准确的钻柱粘滑振动特性，根据钻柱粘滑振动特性调节扭力冲击器的工作参数可以抑制钻柱粘滑振动，保证钻井作业的安全和高效。

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，特别是涉及一种考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法。

背景技术

随着油气资源勘探开发的不断深入，钻井难度越来越大。在钻遇硬地层时，由于岩石塑性和硬度较大，PDC(Polycrystalline Diamond Compact，聚晶金刚石复合片)钻头破岩效果差，且极易产生粘滑振动以至其过早失效，最终大幅降低机械钻速。扭力冲击器可以将钻井液流体能量转换成高频、扭向和均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给PDC钻头，从而辅助PDC钻头克服摩擦扭矩和抑制钻柱粘滑振动。抑制钻柱粘滑振动可以防止钻具过早疲劳失效，提升机械钻速，保证钻井作业的安全和高效。扭力冲击器工作参数作为影响其应用效果的直接因素，需要分析其对钻柱粘滑振动的影响，从而为现场扭力冲击器工作参数的选择提供参考。

现有技术中分析扭力冲击器对钻柱粘滑振动的影响，大都将钻柱看成一个整体，采用单自由度模型或双自由度模型分析，而事实上钻杆与钻铤扭转刚度也有很大的差异，简单地将钻柱看成一个整体，不能准确获得钻柱粘滑振动特性，因此也无法根据钻柱粘滑振动特性合理选择扭力冲击器工作参数抑制粘滑振动。

发明内容

本发明的目的在于针对：不能准确获得钻柱粘滑振动特性的问题，提供一种考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法，以建立考虑扭转冲击作用的四自由度钻柱粘滑振动模型，求解模型得到准确的钻柱粘滑振动特性，根据钻柱粘滑振动特性选择扭力冲击器工作参数，抑制钻柱的粘滑振动。

为了实现上述目的，本发明提供了一种考虑扭力冲击器的钻柱粘滑振动抑制方法，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；

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粘滑振动模型；

S3：求解所述考虑扭转冲击作用的钻柱粘滑振动模型，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。

本发明将钻柱等效为转盘、钻杆、钻铤和钻头组成的四自由度粘滑振动模型，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粘滑振动模型，求解钻柱粘滑振动模型获得准确的钻柱粘滑振动特性，根据钻柱粘滑振动特性调节扭力冲击器的工作参数可以抑制钻柱粘滑振动，进而可以防止钻具过早疲劳失效，提升机械钻速，保证钻井作业的安全和高效。

可选的，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。

可选的，所述四自由度粘滑振动模型为：