[发明专利]套管泥浆中振荡器的运动及其对套管作用的分析评估方法

摘要

本发明套管泥浆中振荡器的主要运动行为及其对套管作用的分析评估方法，从振荡器启动开始，通过运动方程计算记录发生时间t1，解得振荡器的运动为碰撞前振荡器运动叠加上套管碰撞产生的剩余振动，当或时，由此时运动方程计算记录发生时间t2，解得以或为初始条件，运动方程中叠加上套管碰撞产生的剩余振动，如此类推地，解得每次套管碰撞的时间、初角速度和碰撞冲量ti、如此最终获得一系列振荡器对套管或的作用时间与碰撞冲量ti、Ii；本发明的有益效果是能够有效地分析评估套管泥浆中振荡器的主要运动行为及其对套管的作用并为分析套管对水泥浆的作用提供数据支持。

主权项

1.套管泥浆中振荡器的运动及其对套管作用的分析评估方法，其特征在于按照以下步骤进行：(1)从振荡器启动开始，运动方程为式(1)，当或时，由式(1)试算出与套管第一次碰撞时间t₁，由式(6)、式(5)解得与套管第一次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I₁，碰撞时角位移为或(2)以为初始条件，振荡器与套管第一次碰撞后的运动方程为式(7)，当或时由式(7)试算出与套管第二次碰撞时间t₂，由式(8)、式(5)解得与套管第二次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I₂，碰撞时角位移为或(3)以此类推，在获得第i‑1次碰撞后的t_i‑1,I_i‑1后，以为初始条件，振荡器与套管第i‑1次碰撞后的运动方程为式(10)，由或与式(10)试算法解得初始到第i次撞击套管经历的时间刻t_i，碰撞时角位移为或由式(11)、式(5)解得与套管第i次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I_i；如此最终获得一系列振荡器对套管的作用时间与碰撞冲量ti、Ii；据此评估振荡器对套管的作用情况；其中，套管中的振荡器的运动受到套管的限制，当横向位移达到振荡器外半径与套管内半径差时，就会与套管发生碰撞，设套管内径为D1，振荡器与套管发生碰撞时，振荡器达到最大角位移为式中，为振荡器轴线与z轴的夹角，D₁为套管内径，l为振荡器长度，D为振荡器外筒外径，l₁为振荡器顶部离悬点O的距离，α为振荡器底部形心和与套管接触点分别与悬点O的连线间夹角；振荡器开动前，振荡器静止，角位移角速度即初始条件为振荡器运动方程为式中，ξ为振荡器系统的阻尼比，p为振荡器系统的固有频率，为振荡器的衰减固有频率，ω为振荡器转子转动角速度，α₀为振荡器系统稳态响应初相位，Φ为振荡器系统稳态响应振幅；设振荡器与套管发生碰撞恢复系数为k，式中，v1、u1分别为碰撞前后振荡器与套管接触点的速度，则式中，分别为碰撞前后振荡器在x₁z₁平面内的角速度，代入式(2)有对于振荡器与套管的碰撞恢复系数k＝0.56，根据冲量矩定理，有式中，I为套管作用于振荡器的冲量，JO为振荡器系统对O轴的转动惯量，由式(3)、(4)解得由或与式(1)采用试算法解得初始到第一次撞击套管经历的时间t₁，第一次撞击套管时的角位移与角速度分别为由式(5)、式(6)解得第一次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I₁，振荡器受到碰撞后，将以为初始条件，运动方程为由或与式(7)试算法解得初始到第二次撞击套管经历的时间刻t₂，第二次撞击套管时的角位移与角速度分别为由式(5)、式(8)解得第二次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I₂，振荡器受到第二次碰撞后，将以为初始条件，运动方程为以此类推，在获得第i‑1次碰撞后的t_i‑1,I_i‑1后，以为初始条件，运动方程为由或与式(10)试算法解得初始到第i次撞击套管经历的时间刻t_i，第i次撞击套管时的角位移和角速度分别为由式(5)、式(11)解得第i次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I_i，振荡器受到碰撞后，将以为初始条件，运动方程为由此，确定套管中振荡器的运动行为和对套管的作用状况。