[發(fā)明專利]一種回轉(zhuǎn)裝置臨界渦動速度的計算方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811536616.5 | 申請日： | 2018-12-14 |
| 公開（公告）號： | CN109635448B | 公開（公告）日： | 2023-02-28 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 曹銀萍;竇益華 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安石油大學(xué) |
| 主分類號： | G06F30/20 | 分類號： | G06F30/20;G06F30/17;G06F17/13;G06F111/04 |
| 代理公司： | 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215 | 代理人： | 王晶 |
| 地址： | 710065 陜*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 回轉(zhuǎn) 裝置 臨界 速度 計算方法 | ||
一種回轉(zhuǎn)裝置臨界渦動速度的計算方法，將回轉(zhuǎn)裝置的動力學(xué)效應(yīng)用單位長度的離心力μ1ω2y表示，計算簡支?簡支邊界條件下的臨界渦動速度，通過計算對于簡支?簡支支撐，裝置的形狀曲線，彎曲應(yīng)變能，外力P做的功，單位長度的離心力，系統(tǒng)總能量，進而得到簡支?簡支邊界情況下的臨界渦動速度；固支?固支邊界條件下的臨界渦動速度；固支?固支邊界條件為：彎曲應(yīng)變能，外力P做的功，離心力做的功，整理后得到固支?固支邊界情況下的臨界渦動速度，本發(fā)明具有根據(jù)回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)兩端約束條件推導(dǎo)出臨界渦動速度公式，將結(jié)構(gòu)參數(shù)代入套管渦動臨界轉(zhuǎn)速公式，即可定量計算臨界渦動速度，可根據(jù)計算結(jié)果指導(dǎo)套管鉆井時的轉(zhuǎn)速，避免渦動現(xiàn)象的危害。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及油氣井開采技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種回轉(zhuǎn)裝置臨界渦動速度的計算方法。
背景技術(shù)
在石油鉆井中,為了降低非生產(chǎn)時間，減少鉆井液的損耗，提出了套管鉆井的做法。由于井眼的限制,鉆井時套管的運動狀態(tài)十分復(fù)雜，會出現(xiàn)類似于常規(guī)鉆井時鉆柱的渦動現(xiàn)象。目前關(guān)于渦動現(xiàn)象的研究多集中于鉆柱渦動機理及規(guī)律的研究。自上世紀六七十年代以來,鉆柱動力學(xué)研究和實踐證實:下部鉆柱在井眼中普遍存在渦動現(xiàn)象(指鉆柱除了自轉(zhuǎn),還繞井眼軸線公轉(zhuǎn))；下部鉆柱通常處于反向渦動(逆自轉(zhuǎn)方向)狀態(tài),而正向渦動(順自轉(zhuǎn)方向)相對較少；下部鉆柱反向渦動容易誘發(fā)鉆具疲勞破壞、鉆頭提前損壞等。由于上述原因,國內(nèi)外都很重視下部鉆柱渦動機理及規(guī)律研究。隨著套管鉆井技術(shù)的興起，套管渦動現(xiàn)象造成的危害日益凸顯，如何準確計算套管轉(zhuǎn)動時的臨界渦動速度，進而指導(dǎo)施工時的轉(zhuǎn)速選擇，避免套管鉆井時的渦動現(xiàn)象也越發(fā)重要。
目前關(guān)于渦動現(xiàn)象的研究多集中于鉆柱渦動機理及規(guī)律的研究，方法也多局限于室內(nèi)試驗?zāi)M。這種做法一方面花費大、耗時，另一方面針對性過強，只適用于某種具體結(jié)構(gòu)和具體邊界，缺少普遍性。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種回轉(zhuǎn)裝置臨界渦動速度的計算方法，根據(jù)回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)兩端約束條件推導(dǎo)出臨界渦動速度公式，將結(jié)構(gòu)參數(shù)代入套管渦動臨界轉(zhuǎn)速公式，即可定量計算臨界渦動速度?？筛鶕?jù)計算結(jié)果指導(dǎo)套管鉆井時的轉(zhuǎn)速，避免渦動現(xiàn)象的危害。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種回轉(zhuǎn)裝置臨界渦動速度的計算方法，包括以下步驟；
基于d’Alembert’s原理，將回轉(zhuǎn)裝置的動力學(xué)效應(yīng)用單位長度的離心力μ1ω2y表示；包括簡支-簡支邊界條件下的臨界渦動速度計算和固支-固支邊界條件下的臨界渦動速度計算，其中：
簡支-簡支邊界條件下的臨界渦動速度的計算步驟如下：
(1)對于簡支-簡支支撐，其邊界條件為：
y＝y(tǒng)″＝0(在x＝0和x＝l處)
(2)裝置的形狀曲線為：
其中,L是兩支撐點之間的距離，對(1)式取微分，得到：.
(3)彎曲應(yīng)變能Ub為:
(4)外力P做的功W1為:
(5)單位長度的離心力為:
dT＝μ1dxω2y (6)
離心力做的功W2為:
(6)系統(tǒng)總能量為:
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