钻铤涡动模拟和钻铤接头累积疲劳损伤评估

作     者：刘安兵 南丽华 常大伟 程占全 Liu Anbing, Nan Lihua, Chang Dawei, Chcng Zhanquan

作者机构：长庆油田分公司第一采油厂 中石油江汉机械研究所有限公司 长庆油田分公司第八采油厂 长庆油田分公司第七采油厂 

出 版 物：《石油机械》 (China Petroleum Machinery)

年 卷 期：2018年第46卷第8期

页      面：20-30页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

基　　金：中石化前瞻项目"非油气领域科技成果的启示作用跟踪调研"(JP14023)的部分内容 

主　　题：钻铤 涡动 钻铤接头 疲劳寿命 累积疲劳损伤 振动 模拟 

摘      要：大多数的钻铤接头失效归因于弯曲振动引起的累积疲劳,其中旋转钻铤偏心引起的涡动是最重要的弯曲振动之一。钻铤和井壁之间的接触引起极度有害的反向涡动,甚至是无序涡动。挪威科技大学的研究人员使用集中质量模型表示钻铤,采用修正Karnopp摩擦模型模拟BHA的黏滑旋转振动。基于涡动时域响应,使用雨流计数法将连续弯曲应力历史分解为若干个应力范围,计算了相关的循环次数,并采用Miner方法评估了累积疲劳损伤。研究结果表明:增大稳定器间隙可能会引起钻铤侧向振动和动力学模拟的不稳定;如果稳定器间隙超过一定值,钻铤会无序侧向间歇撞击井壁;振动是接头疲劳的重要原因,当考虑黏滑振动时,稳定的正向涡动变为无序侧向振动,甚至在较低钻速下,黏滑振动都可能会引起无序侧向振动;在240 h内,无序侧向振动引起钻铤接头累积损伤达1.9%;虽然每小时损伤率仅为0.008%,但如果考虑其他恶劣井下环境,该值可能更大。研究结果有助于缓解钻铤疲劳损伤。