基于定切深和状态依赖时滞的共振冲击钻井系统动力学特性

摘要

为了研究共振冲击钻井系统的动力学特性，综合考虑钻柱的轴向动-静载复合冲击以及轴向冲击-周向扭转耦合运动，分别建立基于定切深方法和状态依赖时滞方法的钻进系统动力学模型。通过杜哈梅积分、四阶龙格-库塔方法对动力学模型求解，分析轴向简谐动载的频率和幅值对共振钻井系统动力学特性的影响；最后，基于数值求解结果和箱线图方法，对比分析两种钻进系统动力学模型特性差异。结果表明：在给定的初始条件下，当简谐动载频率从25 Hz提高到100 Hz时，钻进系统轴向方向的跳钻现象和扭转方向的黏滑效应明显减弱；当简谐动载幅值从30 kN提高到60 kN时，钻进系统轴向方向钻头跳钻现象频发，扭转方向黏滑效应加剧；在相同初始条件和简谐动载激励下，两种模型得到的动力学特性响应曲线无论是形状还是频率均存在差异，采用状态依赖时滞模型计算得到的数据点更加集中，更接近实际钻井工况；高频低幅的简谐动载能改善共振冲击钻井系统动力学特性，从而提高钻进效率。

关键词

共振冲击钻井系统 / 动力学特性 / 定切深 / 状态依赖时滞 / 箱线图