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钻柱纵向和扭转振动分析 被引量：75
1
作者 李子丰 张永贵 +2 位作者 侯绪田 刘卫东 徐国强 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2004年第6期203-210,共8页
介绍钻柱的振动状态和产生振动的原因。针对钻柱的纵向振动,分别建立了力激励法和位移激励法的数学模型;计算结果表明,力激励法与位移激励法求得的消振转速相反,即力激励法的消振转速恰恰是位移激励法的共振转速,反之亦然;传统多以力激... 介绍钻柱的振动状态和产生振动的原因。针对钻柱的纵向振动,分别建立了力激励法和位移激励法的数学模型;计算结果表明,力激励法与位移激励法求得的消振转速相反,即力激励法的消振转速恰恰是位移激励法的共振转速,反之亦然;传统多以力激励为边界条件来研究钻柱纵向振动的频率响应,并指导现场消振作业的,这样给出的最佳消振转速,恰恰是共振转速;在钻井作业中,钻头的纵向跳动比纵向受力的变化要稳定得多,钻柱的动负荷比动位移重要得多,应该用位移激励法研究钻柱的纵向振动问题。针对钻柱的扭转振动问题,分别建立了扭矩激励法和转角激励法的钻柱扭转振动数学模型;证明用转角激励法来研究钻柱的扭转振动更符合实际。 展开更多
关键词 钻井工程 钻柱 纵向振动 扭转振动 数学模型 共振 消振
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油气井杆管柱动力学基本方程及应用 被引量：56
2
作者 李子丰 李敬元 +1 位作者 马兴瑞 黄文虎 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第3期87-90,共4页
随着油气田开发的需要，自本世纪５０年代以来，针对油气井杆管柱力学的某些特殊问题已进行了较广泛、较深入的研究，但所有的研究工作都是基于某项特殊需要而进行的，未形成统一的理论。文中通过对油气井杆管柱进行力学和运动分析，建... 随着油气田开发的需要，自本世纪５０年代以来，针对油气井杆管柱力学的某些特殊问题已进行了较广泛、较深入的研究，但所有的研究工作都是基于某项特殊需要而进行的，未形成统一的理论。文中通过对油气井杆管柱进行力学和运动分析，建立了用于对油气井杆管柱进行各种力学分析的几何方程、运动平衡方程和本构方程，介绍了在油气井杆管柱的拉力和扭矩计算、下部钻具力学分析、油气井杆管柱的稳定性、有杆泵抽油系统井下工况诊断与预测、钻柱振动和热采井管柱力学分析中的应用。 展开更多
关键词 钻柱 套管 油管 抽油杆 受力分析 杆管柱 油气井
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钻柱—钻头—岩石系统动态行为仿真 被引量：30
3
作者 况雨春 马德坤 +1 位作者 刘清友 吴泽兵 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期81-85,共5页
利用单齿压入与刮切岩石实验建立了钻头与岩石互作用力学模型 ,实现了对钻头在钻井过程中工作行为的仿真计算 ;建立了基于研究钻柱—钻头—岩石系统动态行为的动力学模型 ,可以对钻井过程中钻压、扭矩、转速等参数的动态变化过程进行计... 利用单齿压入与刮切岩石实验建立了钻头与岩石互作用力学模型 ,实现了对钻头在钻井过程中工作行为的仿真计算 ;建立了基于研究钻柱—钻头—岩石系统动态行为的动力学模型 ,可以对钻井过程中钻压、扭矩、转速等参数的动态变化过程进行计算机仿真研究。从仿真结果可以看出 ,钻头在钻井过程中由于牙齿在井底的交替吃入以及井底本身的凹凸不平造成钻头在井底的纵向振动 ,其钻压的振幅一般为平均钻压的 30 %左右 ;同时 ,由于钻头在井底的刮切作用造成了钻头转速以及扭矩的变化 ,转速的变化相对来说较为平缓。该动力学模型能较好的描述钻柱—钻头—岩石系统的动态行为 。 展开更多
关键词 牙轮钻头 动力学 钻柱 岩石 仿真软件 石油钻井
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水平井钻柱摩阻扭矩分段计算模型 被引量：31
4
作者 闫铁 李庆明 +2 位作者 王岩 李井辉 毕雪亮 《大庆石油学院学报》 CAS 北大核心 2011年第5期69-72,83,共5页
根据水平井接触和受力特点,利用分段计算方法,建立水平井钻柱摩阻扭矩计算模型;采用三维纵横弯曲梁理论,计算钻柱BHA(底部钻具组合)段摩阻扭矩;采用软杆模型,求解BHA以上钻柱段的摩阻扭矩;对井眼曲率变化较大及刚度较大的加重钻杆井段... 根据水平井接触和受力特点,利用分段计算方法,建立水平井钻柱摩阻扭矩计算模型;采用三维纵横弯曲梁理论,计算钻柱BHA(底部钻具组合)段摩阻扭矩;采用软杆模型,求解BHA以上钻柱段的摩阻扭矩;对井眼曲率变化较大及刚度较大的加重钻杆井段软杆模型加以修正,考虑钻柱屈曲的影响,建立适合水平井的摩阻扭矩三维分段计算模型.应用结果表明,该模型计算精度较高,平均相对误差为10%,可为现场实践应用提供技术参考. 展开更多
关键词 摩阻扭矩 水平井 钻柱 分段计算模型 底部钻具组合 软杆模型
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垂直井眼内钻柱的轴向力计算及强度校核 被引量：20
5
作者 韩志勇 《石油钻探技术》 CAS 北大核心 1995年第S1期8-13,84,共7页
根据材料力学中分析内力的基本方法──截面法和流体静力学的基本方法──压力面积法，推导了钻柱真实轴向力的计算公式。进一步考虑到管内外液体对钻柱侧壁压力引起的内应力，推导了钻柱有效轴向力的计算公式。给出了有效轴向力和真实... 根据材料力学中分析内力的基本方法──截面法和流体静力学的基本方法──压力面积法，推导了钻柱真实轴向力的计算公式。进一步考虑到管内外液体对钻柱侧壁压力引起的内应力，推导了钻柱有效轴向力的计算公式。给出了有效轴向力和真实轴向力以及虚力之间的关系式，从而得出了一些非常重要的结论。结论认为，中性点可定义为有效轴向力等于零的点（截面），对于垂直井眼来说，此定义与鲁宾斯基关于中性点的定义是一致的。同时指出，进行钻柱强度计算和校核以及进行钻柱稳定性分析（失稳弯曲分析）时，都应该使用有效轴向力。 展开更多
关键词 直井 钻柱 钻柱力学 中性点 强度校核 有效轴向力
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水平井钻柱接触问题的间隙元法 被引量：18
6
作者 张学鸿 刘巨保 《计算结构力学及其应用》 CSCD 1992年第4期405-410,429,共7页
长中半径水平井钻柱与井壁的接触问题是大面积接触的几何非线性问题。本文通过构造“多向接触间隙元”把钻柱与井壁结合起来研究,能方便正确地反映这种接触状态的变化规律,也能解决一般有限元法会遇到的总刚奇异性问题。运用本文方法,... 长中半径水平井钻柱与井壁的接触问题是大面积接触的几何非线性问题。本文通过构造“多向接触间隙元”把钻柱与井壁结合起来研究,能方便正确地反映这种接触状态的变化规律,也能解决一般有限元法会遇到的总刚奇异性问题。运用本文方法,可以对整体钻柱或下部钻柱进行接触有限元分析。采用欧拉-修正的牛顿迭代法进行运算,给出钻头受力变形值,为井眼轨道控制提供了重要依据。 现场实验证明,在井眼轨道跟踪预测和钻具组合性能评价方面,本文计算结果与实测结果符合很好,对提高钻进速度,保证钻井质量有较大的实用意义。 展开更多
关键词 水平井 钻柱 接触问题 间隙元法
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间隙元在钻柱瞬态动力学分析中的应用 被引量：17
7
作者 刘巨保 丁皓江 张学鸿 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2002年第4期456-460,471,共6页
为了描述钻柱与井壁的随机碰撞接触状态 ,本文构造了动力间隙元 ,并推导了动力间隙元的相对压缩量和迭代求解格式。把动力间隙元与梁单元相结合 ,采用 Newmark直接积分法和冲量定理 ,进行了钻柱碰撞接触非线性瞬态动力学分析。经工程应... 为了描述钻柱与井壁的随机碰撞接触状态 ,本文构造了动力间隙元 ,并推导了动力间隙元的相对压缩量和迭代求解格式。把动力间隙元与梁单元相结合 ,采用 Newmark直接积分法和冲量定理 ,进行了钻柱碰撞接触非线性瞬态动力学分析。经工程应用表明 ,构造的动力间隙元能够描述钻柱的碰撞接触状态 ,所设计的偏心防斜钻具已在大庆油田得到应用 。 展开更多
关键词 间隙元 钻柱 瞬态动力学 石油钻井工程 冲量定理 有限元 非线性
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间隙元在钻柱接触非线性力学分析中的应用 被引量：14
8
作者 刘巨保 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2003年第4期45-47,共3页
为了描述钻柱与井壁的接触摩擦非线性问题,构造了多向接触摩擦间隙元,并进行了理论公式推导,把多向接触摩擦间隙元与梁单元相结合,建立了钻柱接触和几何非线性有限元分析方法.经大庆油田GP1水平井应用表明,该方法能够求出钻柱在不同井... 为了描述钻柱与井壁的接触摩擦非线性问题,构造了多向接触摩擦间隙元,并进行了理论公式推导,把多向接触摩擦间隙元与梁单元相结合,建立了钻柱接触和几何非线性有限元分析方法.经大庆油田GP1水平井应用表明,该方法能够求出钻柱在不同井深处的接触摩阻力,其井口悬重计算误差低于10％,为钻柱设计和现场施工提供了可靠的理 论依据。 展开更多
关键词 钻柱 接触非线性力学分析 接触摩擦 间隙元 有限元分析 钻井 非线性静力学模型 设计 油田开发
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受横向约束的细长无重管柱在压扭组合作用下的后屈曲分析 被引量：13
9
作者 刘凤梧 徐秉业 高德利 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 1998年第4期18-24,共7页
井眼中管往的屈曲，将会使钻井、采油生产等作业难以顺利进行，弄清管柱屈曲后的特性对石油工程有重要的实际意义。本文首先建立了受横向约束的管往在轴向载荷和扭矩的作用下的屈曲平衡方程；并对所得四阶非线性常微分方程进行了分析、... 井眼中管往的屈曲，将会使钻井、采油生产等作业难以顺利进行，弄清管柱屈曲后的特性对石油工程有重要的实际意义。本文首先建立了受横向约束的管往在轴向载荷和扭矩的作用下的屈曲平衡方程；并对所得四阶非线性常微分方程进行了分析、求解。结果表明，在特定边界条件下，受压扭组合作用的管柱屈曲构形为精确的圆柱螺旋线；并进而得到了管柱屈曲变形与载荷之间的解析关系；本文结果退化后与文献所得结果一致；最后讨论了管柱所受扭矩对螺旋屈曲行为的影响和扭矩对螺旋旋向的影响。 展开更多
关键词 管柱 压扭组合 螺旋屈曲 后屈曲
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斜直井眼中转速对钻柱动力学特性的影响 被引量：20
10
作者 胡以宝 狄勤丰 +2 位作者 王文昌 姚建林 姚永汉 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期184-190,共7页
针对钻柱和井壁之间的接触非线性特点,运用节点迭代有限元法计算钻柱的动态响应,研究了转速对钻柱动力学特性的影响,计算了钻柱涡动速度、涡动轨迹和横向加速度、纵向加速度。结果表明:钻柱和井壁之间碰撞频繁,过大的横向加速度、纵向... 针对钻柱和井壁之间的接触非线性特点,运用节点迭代有限元法计算钻柱的动态响应,研究了转速对钻柱动力学特性的影响,计算了钻柱涡动速度、涡动轨迹和横向加速度、纵向加速度。结果表明:钻柱和井壁之间碰撞频繁,过大的横向加速度、纵向加速度会使钻柱进入涡动状态甚至混沌运动状态,使钻柱产生较大的交变应力,导致钻柱的过早失效和井下测量工具的损坏。通过转速优化,可较大幅度地减弱钻柱的振动,降低钻柱的动态工作应力。该方法和结果对于工程实际具有指导意义,并为现场操作提供理论依据。 展开更多
关键词 钻柱 动力学特性 转速 斜直井眼 有限元法
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钻柱轴向与横向耦合振动的有限元分析 被引量：19
11
作者 闫铁 王雪刚 +2 位作者 李杉 毕雪亮 韩春杰 《石油矿场机械》 2012年第3期39-42,共4页
钻柱在钻井施工过程中的受力状况十分复杂,钻柱轴向与横向振动的耦合影响着整个钻进过程。以定向井钻柱为研究对象,利用有限元法建立了对整体钻柱进行受力分析的数学模型。在对钻柱单元进行线性分析的基础上,考虑钻柱横向振动对轴向变... 钻柱在钻井施工过程中的受力状况十分复杂,钻柱轴向与横向振动的耦合影响着整个钻进过程。以定向井钻柱为研究对象,利用有限元法建立了对整体钻柱进行受力分析的数学模型。在对钻柱单元进行线性分析的基础上,考虑钻柱横向振动对轴向变形的影响,建立了钻柱耦合振动的动力学方程,编制了计算程序,计算出了钻柱发生轴向与横向非线性耦合振动的共振频率。 展开更多
关键词 钻柱 耦合振动 非线性耦合 定向井 共振
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大庆水平井摩阻力分析 被引量：16
12
作者 阎铁 张建群 +1 位作者 孙学增 代奎 《大庆石油学院学报》 CAS 北大核心 1995年第2期1-5,共5页
针对水平井的特点，详细分析了水平井中钻柱的复合摩擦状况，给出了摩阻因数的分解计算模型，在综合考虑钻柱拉力、钻柱刚度及井眼形态对钻柱摩阻力影响的同时，通过水平井上部钻具和下部钻具组合的摩阻力分析，建立了水平井钻柱摩阻力... 针对水平井的特点，详细分析了水平井中钻柱的复合摩擦状况，给出了摩阻因数的分解计算模型，在综合考虑钻柱拉力、钻柱刚度及井眼形态对钻柱摩阻力影响的同时，通过水平井上部钻具和下部钻具组合的摩阻力分析，建立了水平井钻柱摩阻力的计算模型。在此基础上，利用该模型对大庆油田树平１井进行了钻机最大负荷估算，水平井井眼摩阻因数确定和钻柱摩阻力的现场计算。通过计算可知，树平１井的大斜度段和水平段的摩阻因数最大，套管内摩阻因数最小．由实副数据和计算数据的对比可知，计算的大钩负荷平均相对误差在０．０５以内，说明计算结果可以满足现场工程要求。 展开更多
关键词 水平井 钻柱 套管 摩阻力 大庆油田
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钻柱中声信号传输试验研究 被引量：14
13
作者 赵国山 管志川 +1 位作者 王以法 刘永旺 《石油机械》 北大核心 2010年第1期1-4,共4页
为研究声信号在钻柱中的传播,建立了近钻头声传输试验系统和周期性钻柱结构声传输试验系统。在试验系统上对声信号在周期性钻柱结构中的传输特性进行试验。结果发现,若采用动力钻具和MWD探管组成的随钻系统,可实现声信号的近钻头传输,... 为研究声信号在钻柱中的传播,建立了近钻头声传输试验系统和周期性钻柱结构声传输试验系统。在试验系统上对声信号在周期性钻柱结构中的传输特性进行试验。结果发现,若采用动力钻具和MWD探管组成的随钻系统,可实现声信号的近钻头传输,但由于探管与钻具连接方式和尺寸结构差别大等原因会引起接收声信号的严重衰减。在周期性钻柱结构中,激振器输入激励信号为方波时占空比的变化对接收信号峰峰值影响明显,且方波作为激励信号,占空比在50%以内时,接收信号较理想;对于同一钻柱结构,信号频率增大会引起接收信号幅值减小;在同一频率条件下,钻柱组合的变化对接收信号的幅值存在较明显的影响。 展开更多
关键词 钻柱 周期性 声信号 信号频率 占空比
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弯曲钻柱轴向力计算及强度校核 被引量：10
14
作者 韩志勇 《石油钻探技术》 CAS 北大核心 1996年第1期7-12,共6页
应用截面法和压力面积法对弯曲井眼内钻柱轴向力计算及强度校核问题进行了分析。采用“液体置换法”巧妙地解决了复杂形状钻柱表面上液柱压力的合力求解问题。对垂直、倾斜和弯曲钻柱轴向力计算理论进行了总结，对有效轴向力和真实轴向... 应用截面法和压力面积法对弯曲井眼内钻柱轴向力计算及强度校核问题进行了分析。采用“液体置换法”巧妙地解决了复杂形状钻柱表面上液柱压力的合力求解问题。对垂直、倾斜和弯曲钻柱轴向力计算理论进行了总结，对有效轴向力和真实轴向力的关系、钻柱强度设计与校核、钻柱屈曲稳定性分析、钻柱摩阻力计算中轴向力分析以及对钻柱中性点和零轴向力点的实用性问题进行了讨论，最后得出一些极为重要的结论。 展开更多
关键词 钻柱 钻柱力学 流体静力学 轴向力 钻井设计
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井下温度对钻柱横向振动固有频率的影响 被引量：13
15
作者 屈展 《石油机械》 北大核心 1997年第8期41-42,共2页
在钻柱横向振动固有频率一般表达式的基础上，研究了井下温度对钻柱横向振动固有频率的影响，结果表明：随着温度的逐渐升高，钻往横向振动的固有频率逐渐降低。给出了按常温算得的钻柱横向振动因有频率加上一个修正项来计算井下高温条... 在钻柱横向振动固有频率一般表达式的基础上，研究了井下温度对钻柱横向振动固有频率的影响，结果表明：随着温度的逐渐升高，钻往横向振动的固有频率逐渐降低。给出了按常温算得的钻柱横向振动因有频率加上一个修正项来计算井下高温条件下钻柱横向振动段固有频率的具体公式及计算实例。 展开更多
关键词 钻柱 横向振动 井下温度 固有频率 计算 石油
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斜直井眼中钻柱的动力学特性分析 被引量：13
16
作者 胡以宝 狄勤丰 +1 位作者 姚建林 姚永汉 《石油钻采工艺》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期14-17,共4页
为研究和控制钻柱动力学特性,分析斜直井眼中全井钻柱的受力变形特点,建立了钻柱动力学模型,利用节点迭代法解决了利用整体有限元法计算钻柱动力学特性较困难的问题,并应用节点迭代有限元法研究了钻柱的涡动轨迹和涡动速度等动力学特性... 为研究和控制钻柱动力学特性,分析斜直井眼中全井钻柱的受力变形特点,建立了钻柱动力学模型,利用节点迭代法解决了利用整体有限元法计算钻柱动力学特性较困难的问题,并应用节点迭代有限元法研究了钻柱的涡动轨迹和涡动速度等动力学特性。在转盘转速为120r/min时,在给定的钻柱结构下,井深5256m处的涡动速度达252r/min,井深261～732m处的钻柱应力波动幅值约为15MPa。结果表明,钻柱内的这种应力波动或涡动特征是导致钻柱失效的重要因素,控制钻柱内的动态应力水平对钻柱失效事故的降低十分重要。 展开更多
关键词 钻柱 动力学 涡动 失效 斜直井眼
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钻柱瞬态动力学分析及其应用 被引量：5
17
作者 孙超 刘巨保 +2 位作者 张雄 肖明云 张勇 《大庆石油学院学报》 CAS 北大核心 1998年第3期55-58,共4页
考虑钻柱沿井深和井眼圆周方向的随机接触碰撞，建立起整体钻柱瞬态动力学分析模型，运用Ｎｅｗｍａｒｋ法求解钻柱动力平衡方程．通过理论分析计算结果与室内模拟实验实测结果的对比分析，进行了理论模型、分析方法与室内实验的互相验证．
关键词 钻柱 动力学分析 动力响应 钻井工程 油田
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滚动钻柱摩阻研究 被引量：9
18
作者 高宝奎 高德利 《石油大学学报（自然科学版）》 CSCD 1998年第2期26-38,共13页
现有计算钻柱摩阻力矩的模型是在假设钻柱自转的条件下建立的，不适宜计算钻柱出现反转时的阻力矩。通过引入滚动摩阻系数，建立了反转条件下摩阻力矩的计算方法，得出了计算公式，并给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。该研究成果有... 现有计算钻柱摩阻力矩的模型是在假设钻柱自转的条件下建立的，不适宜计算钻柱出现反转时的阻力矩。通过引入滚动摩阻系数，建立了反转条件下摩阻力矩的计算方法，得出了计算公式，并给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。该研究成果有利于直井防斜和提高水平井钻井技术。 展开更多
关键词 钻柱 摩擦系数 阻力 计算模型 水平井 钻井技术
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钻柱与井壁碰撞的非线性有限元分析 被引量：9
19
作者 李茂生 闫相祯 高德利 《石油机械》 北大核心 2006年第8期15-18,共4页
根据连续介质力学和非线性有限元理论,给出了钻柱碰撞井壁过程中钻柱的控制方程,并建立了相应的有限元列式。采用显式时间积分方法求解了基于拉格朗日算法的碰撞动力学方程。计算实例与分析表明,钻柱与井壁碰撞时所造成的最大第一主应... 根据连续介质力学和非线性有限元理论,给出了钻柱碰撞井壁过程中钻柱的控制方程,并建立了相应的有限元列式。采用显式时间积分方法求解了基于拉格朗日算法的碰撞动力学方程。计算实例与分析表明,钻柱与井壁碰撞时所造成的最大第一主应力达到308MPa,其结果远远大于人们的估计;碰撞是造成钻柱先期失效的首要原因。采用显式非线性有限元技术可以对钻柱与井壁碰撞的过程进行成功的数值仿真分析,钻柱与井壁碰撞的整个时间历程得以全面细致地模拟再现。 展开更多
关键词 拉格朗日算法 碰撞 钻柱 井壁 非线性有限元分析
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钻柱动力学有限元分析及室内轴向试验结果对比 被引量：3
20
作者 殷朝阳 王光远 《哈尔滨建筑大学学报》 EI 2000年第3期6-10,共5页
在石油钻井过程中，钻柱的受力运动过程相当复杂，而且还与井壁发生随机接触碰撞，使得人们对 钻柱运动状态准确地在理论上描述变得十分困难。运用结构动力学有限元和间隙元的方法研究了井底钻柱的 运动状态，并将钻柱轴向运动计算结果... 在石油钻井过程中，钻柱的受力运动过程相当复杂，而且还与井壁发生随机接触碰撞，使得人们对 钻柱运动状态准确地在理论上描述变得十分困难。运用结构动力学有限元和间隙元的方法研究了井底钻柱的 运动状态，并将钻柱轴向运动计算结果和室内轴向振动试验的测量结果进行了对比。由于目前技术条件的限制，在国内只能做室内全尺寸钻柱的轴向振动试验。 展开更多
关键词 钻柱 动力学 有限元 纵向振动 试验 石油钻井
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