[发明专利]一种钻柱粘滑振动分散质量仿真方法

说明书

本发明公开了一种钻柱粘滑振动分散质量仿真方法,包括：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；基于实际钻柱系统的基础参数获取钻柱系统结构参数；将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；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；根据粘滑振动仿真结果获取粘滑振动发生的程度。本发明通过建立一种新的多自由度分散质量模型，能够更精确的模拟真实钻井过程中对钻柱系统粘滑振动发生的状态，能够预测和评估钻柱系统发生粘滑振动的程度，为石油钻井工程技术领域粘滑振动的预测及评估提供了依据。

技术领域

本发明涉及石油钻探工程技术领域，特别是涉及一种钻柱粘滑振动分散质量仿真方法。

背景技术

在石油钻井作业中，由于钻井设备与井壁井底岩石之间等摩擦，会产生各种各样的振动，这些振动分为：横向振动、纵向振动和扭转振动。其中扭转振动对钻井作业的危害最大，而钻柱粘滑振动就属于扭转振动。粘滑振动是一种钻头粘滞，滑动，再粘滞，再滑动的往复性振动形式，如果不加以抑制，则会造成很严重的钻井事故，例如钻柱粘滑振动会导致钻井设备加速磨损，钻井安全性下降，钻井效率降低和钻井周期延长等不利影响。因此如何真实的模拟钻柱系统粘滑，是研究钻柱系统发生粘滑振动原因的关键。

目前，模拟钻柱系统粘滑的方式大多以建立传统多自由度集中质量模型为主，在实际钻柱系统结构较短的时候，且钻柱系统质量较小的时候，传统多自由度集中质量模型有比较良好的表现。但当实际钻柱系统结构较长，钻柱质量较大的时候，传统多自由度集中质量模型会产生明显的飞轮效应，使得模拟粘滑振动时失真严重。

因此，现在急需一种新的模拟钻柱系统粘滑振动的仿真方法，能够涵盖多种不同结构的钻柱系统，并且能够精确的模拟真实钻井过程中钻柱系统粘滑振动发生的状态，预测和评估钻柱系统发生粘滑振动的程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过建立新的多自由度分散质量模型，更精确的模拟真实钻井过程中对钻柱系统粘滑振动发生的状态，预测和评估钻柱系统发生粘滑振动的程度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种钻柱粘滑振动分散质量仿真方法，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。

优选地，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。

优选地，所述实际钻柱系统的基础参数包括但不限于：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。

优选地，所述钻柱系统结构参数包括但不限于：钻杆刚度、钻杆阻尼、转动惯量。

优选地，所述钻杆刚度表达式为：