[发明专利]一种钻柱粘滑振动分散质量仿真方法

权利要求书

1.一种钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，其特征在于，包括：

S1：根据实际钻柱系统建立仿真钻柱系统；并对所述仿真钻柱系统进行质量划分处理，获得多自由度分散质量钻柱系统；

S2：基于实际钻柱系统的基础参数获取钻柱系统结构参数；

S3：将所述钻柱系统结构参数导入所述多自由度分散质量钻柱系统，构建多自由度分散质量模型；

S4：通过所述多自由度分散质量模型计算得到粘滑振动仿真结果；

S5：根据所述粘滑振动仿真结果获取粘滑振动发生的程度。

2.根据权利要求1所述的钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，其特征在于：

所述S1具体包括：

S101：提取实际钻柱系统的组成单元，所述组成单元包括：井上部分的转盘，井中部分的钻杆、钻铤和钻井液，以及井下部分的钻头；基于提取的所述组成单元，建立仿真钻柱系统；

S102：将所述仿真钻柱系统中的所述钻杆和所述钻铤按质量划分为n个子钻杆和n个子钻铤，得到所述多自由度分散质量钻柱系统。

3.根据权利要求1所述的钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，其特征在于：

所述实际钻柱系统的基础参数包括：钻杆长度、钻杆密度、钻杆外径、钻杆内径、钻铤长度、钻头半径、钻井液密度。

4.根据权利要求1所述的钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，其特征在于：

所述钻柱系统结构参数包括：钻杆刚度、钻杆阻尼、转动惯量。

5.根据权利要求4所述的钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，其特征在于：

所述钻杆刚度表达式为：

其中，K为钻杆刚度；L为钻杆长度；G为钻柱的剪切模量；D为钻杆外径；d为钻杆内径；

所述钻杆阻尼表达式为：

C＝αM+βK

其中，C为钻杆阻尼；M为钻杆质量；α、β为瑞尼阻尼系数；

所述转动惯量表达式为：

J＝MD²

其中，J为转动惯量；M为钻杆质量；D为钻杆外径。

6.根据权利要求5所述的钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，其特征在于：

所述钻杆质量表达式为：

M＝ρLπ(D²-d²)

其中，M为钻杆质量；ρ为钻杆密度；L为钻杆长度；D为钻杆外径；d为钻杆内径。

7.根据权利要求1所述的钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，其特征在于：

所述S3具体包括：

S301：基于所述钻柱系统结构参数计算得到钻柱系统的力矩参数；

S302：根据所述钻柱系统结构参数和所述钻柱系统的力矩参数构建多自由度分散质量模型。

8.根据权利要求7所述的钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，其特征在于：

所述钻柱系统的力矩参数包括：转盘的粘性阻尼力矩、钻头上的粘性阻尼力矩、钻头上的摩擦力矩。

9.根据权利要求8所述的钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，其特征在于：

所述转盘的粘性阻尼力矩表达式为：

其中，T_ar为转盘的粘性阻尼力矩；C_rs为转盘粘性阻尼系数；为转盘的角速度；

所述钻头上的粘性阻尼力矩表达式为：

其中，T_ab为钻头上的粘性阻尼力矩；C_pb为钻头的粘滞阻尼；为钻头的角速度；

所述钻头上的摩擦力矩表达式为：

其中，T_b为钻头上的摩擦力矩，T_r为施加在钻头上的扭矩，ξ为正数，T_s为钻头与岩石之间相互作用产生的最大静摩擦扭矩，W_b为钻压，R_b为钻头的半径。