梁 健， 郭宝科， 王志刚， 孙建华， 李鑫淼， 尹 浩

(1.中国地质科学院勘探技术研究所，河北 廊坊 065000； 2.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055)

绳索取心复合钻柱的动力学行为研究

梁 健1， 郭宝科2， 王志刚1， 孙建华1， 李鑫淼1， 尹 浩1

(1.中国地质科学院勘探技术研究所，河北 廊坊 065000； 2.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055)

绳索取心复合钻柱在岩心钻探“满眼钻进”过程中，钻杆易出现不同程度的划痕、压痕及磨痕等情况。本文利用非线性有限元方法，采用三维管单元对绳索取心复合钻柱拉压两处截面的涡动轨迹、涡动速度、横向振动、纵向振动规律进行了分析。结果表明：转速的增加和钻压的增大会显著增加钻柱与井壁的碰撞次数；在相同钻压条件下，随着钻柱回转速度的增大，钻柱与井壁的碰撞机率增加、接触轨迹增长，致使钻柱与孔壁的滑动摩擦机会增多；钻柱的涡动速度均值将随钻压和转速的增加而增大，转速大于钻压的影响；转速的增加则会加大钻柱的横向振荡频率，钻压的增大会增加钻柱横截面的纵向振荡幅值。

绳索取心钻进；复合钻柱；铝合金钻杆；非线性有限元法；动力学；磨损

钻柱是连通地面钻井设备与井底碎岩工具的超长径比杆件。钻井过程中，其运动状态十分复杂，主要包括：自转、涡动、纵向振动、扭转振动、横向振动等。复杂工况致使钻柱失效是钻井施工过程中一个最为常见且昂贵的井内事故。开展钻柱力学研究，对钻柱进行系统、全面、准确的力学分析，在井眼轨道设计与控制、钻柱优化设计与强度校核、井身结构、钻井参数优化、井内事故预防等方面具有重要工程意义。……