上海大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 30 ›› Issue (3): 390-400.doi: 10.12066/j.issn.1007-2861.2550
狄勤丰, 陈 功, 胡菲菲, 王文昌, 陈 锋
DI Qinfeng, CHEN Gong, HU Feifei, WANG Wenchang, CHEN Feng
摘要: 钻柱动力学特性模拟中普遍采用 Rayleigh 阻尼模型来反映阻尼 (包括钻井液阻尼) 的作用, 但很少关注选用该模型的合理依据, 且其阻尼系数主要依赖经验确定. 首先, 在考虑非线性和钻井液阻尼作用的基础上建立了钻柱动力学有限元模型, 实现钻柱动力学特性的模拟,然后, 研究较为典型的Rayleigh 阻尼模型、Caughey 阻尼模型、Clough 阻尼模型的力学机制及其内在联系, 并基于实际算例研究 3 种阻尼模型对钻柱动力学特性的影响, 比较不同阻尼模型下钻柱的横向位移、横向加速度、以及涡动轨迹和涡动速度. 结果表明, l 取 −2∼1 时的Caughey 阻尼模型的阻尼值偏小, 未能起到阻尼的黏滞作用, 而 l 取其他数值时阻尼值又过大, 可见取 4 项的 Caughey 阻尼模型并不适用于钻柱动力学模拟计算. Rayleigh 阻尼模型和Clough 阻尼模型可以有效反映钻井液的阻尼效应, 所得钻柱动态特性比较贴合实际振动情况,但前者形式简洁, 便于计算, 更适用于目前钻井工程中的钻柱动力学模拟.
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