基于Ansys的水平井钻柱横向振动分析

韩春杰 井丹丹 张海莉

(东北石油大学电子科学学院,黑龙江 大庆 163318)

基于Ansys的水平井钻柱横向振动分析

韩春杰 井丹丹 张海莉

(东北石油大学电子科学学院,黑龙江 大庆 163318)

为避免水平井钻柱出现共振导致的钻井失败，以水平井钻柱为研究对象，利用Ansys软件对水平井钻柱的横向振动进行了建模、仿真和计算，得到水平井钻柱横向自然振动的频率分布规律。

水平井钻柱 横向振动 振动频率 建模 Ansys

水平井是指井斜角达到或接近90°，且井身沿着水平方向钻进一定长度的井。有时为了某种特殊需要，井斜角可以超过90°。水平井开发技术是通过扩大油层泄油面积来提高油井产量和油田开发效益的一项技术，适用于油田开发全过程[1]。

水平井技术于1928年提出，现已取得较大的经济效益，但同时风险也较大[2～5]。其中，水平井钻柱失效是引发钻井失败的一个重要原因，而剧烈的钻柱振动是引起钻具疲劳失效的主要原因。钻柱振动主要存在横向振动、轴向振动、扭转振动以及它们的耦合振动等。由于钻柱在剧烈振动过程中表面应力集中，在应力较大处可能产生裂纹，当裂纹延伸到一定程度时，钻柱会突然发生断裂[6]。为此，笔者利用已有的可靠数据和有限元软件建立水平井钻柱横向振动的有限元软件模型，并进行模拟、仿真分析。

1 水平井钻柱横向振动的理论分析①

一般认为，钻柱的横向振动是钻柱某一部分长度以钻杆接头为两个铰支点，发生如琴弦似的振动，又称弦动。……