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钻柱系统黏滑振动的自激振动特性研究
  • ISSN号:1674-5086
  • 期刊名称:《西南石油大学学报:自然科学版》
  • 时间:0
  • 分类:TE921[石油与天然气工程—石油机械设备]
  • 作者机构:[1]西南石油大学机电工程学院,四川成都610500, [2]中国石油塔里木油田分公司天然气事业部,新疆库尔勒841000
  • 相关基金:国家自然科学基金(51674214);四川省科技厅重点研发项目(2017GZ0365);四川省青年科技创新研究团队项目(2017TD0014)
中文摘要:

针对当前钻柱系统黏滑振动产生的影响不断增大的问题,研究黏滑振动的自激振动特性。通过建立钻柱系统的黏滑振动力学模型,推导了钻头于黏滞阶段与滑脱阶段的状态方程,并得到其滑脱阶段的振动响应。在得到系统黏滑振动特性的基础上,研究钻头在不同初始条件时相对转盘运动的相轨迹。结果表明,当钻头初相点存在扰动时,其运动均将趋向于稳定的黏滑振动,表现为钻头运动的相轨迹收敛于稳定的极限环。对黏滑振动产生的原因进行分析,结果表明,产生黏滑振动的钻柱系统在黏滞状态与滑脱状态转变时均存在摩擦扭矩的降落,相当于在钻头转动方向作用一个外载,即钻头临界状态转变时存在的负阻尼效应将钻柱的振动调节为自激振动。

英文摘要:

Stick-slip vibrations in drill string systems appear to generate effects that increase continuously over time.To address this issue,we studied the characteristics of self-excited oscillations that occur during stick-slip vibrations.By constructing a mechanical model for stick-slip vibrations in drill string systems,we have derived state equations to describe a drill in its sticking and slipping stages and obtained the oscillatory response of the drill during its slipping stage.Based on the characteristics of stick-slip vibrations in drill string systems,we then studied the phase trajectory of the relative rotary motion of a drill in varying initial conditions.The results indicate that a perturbation in the initial phase point of the drill will result in motions that trend toward a stable form of stick-slip vibration.This manifests as a phase trajectory that converges to a stable limit cycle.We also analyzed the reasons underlying the generation of stick-slip vibrations,and found that drill string systems undergoing stickslip vibrations always display a decrease in friction torque during the transition between sticking and slipping states,which is equivalent to the application of an external load in the direction of rotation of the drill.In other words,the negative damping effect that is present during the critical state transition of a drill changes the vibrations of the drill string into self-excited oscillations.

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期刊信息
  • 《西南石油大学学报:自然科学版》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:西南石油大学
  • 主办单位:西南石油大学
  • 主编:赵金洲
  • 地址:四川省成都市新都区
  • 邮编:610500
  • 邮箱:supuxuebao@yahoo.com.cn
  • 电话:028-83035158
  • 国际标准刊号:ISSN:1674-5086
  • 国内统一刊号:ISSN:51-1718/TE
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 中国科技论文统计源期刊,1999年获中国教育部优秀期刊三等奖,2000年获四川省优秀科技期刊二等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,美国石油文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:9287