修井钻磨涡动钻柱诱发套管磨损程度分析*

曹银萍 李昊 万志国 窦益华

(西安石油大学机械工程学院)

0 引 言

在修井钻磨铣期间，质量偏心或共振会使钻柱振动。钻柱振动主要包括横向振动、纵向振动以及扭转振动，其中横向振动是钻柱涡动的主要原因。钻柱涡动是指钻柱在钻进时偏离井筒轴线，发生绕轴线的不规则公转运动，当钻柱公转半径大于钻柱与套管的单边环空间隙时，钻柱会与套管内壁接触，对套管造成磨损，磨损主要以冲击磨损和滑动磨损为主。钻柱横向振动对井壁造成的冲击，会使套管内壁发生变形。此外，钻柱沿套管内壁周向滚动时，也会对套管造成磨损，导致其强度降低，影响其使用寿命，磨损严重时还会导致井下事故的发生，造成重大损失。因此，对钻磨期间的套管磨损体积进行分析计算，得到磨损套管的剩余强度，对油井安全稳产很有意义。

钻柱涡动最早在20世纪60年代被提出，钻柱在井下除了绕自身的轴线进行旋转外，在压力、拉力、离心力和扭矩的联合作用下，钻柱轴线弯曲成曲线形状，钻柱轴线还会绕井轴线旋转[1]。章杨烈[2]通过模拟试验，提出了钻柱旋转时发生涡动的动力学模型，该模型仅对两个接头间的单根钻杆发生的弯曲进行了分析，忽略了钻柱接头对钻柱涡动的影响。史玉才等[3]运用下部钻柱运动状态模拟试验装置，分析了下部钻柱涡动机理及规律，得到转速与钻柱涡动频率的关系，并指出在临界转速附近钻柱涡动轨迹更加复杂。……