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摘要
在深水无隔水管钻井系统中，海水段钻柱系统受到外部海洋载荷、顶部转盘扭矩以及底部钻头-地层作用力的影响，极易发生纵-横-扭三个方向的振动，导致钻柱发生强度降低、磨损及疲劳失效。为了对深水无隔水管钻井钻柱三维振动响应进行研究，基于能量法、Hamilton变分、微元法和达朗贝尔原理，在考虑海流、钻井液流速和钻柱-井壁接触碰撞等因素的基础上，建立了无隔水管钻井钻柱的三维振动方程，并验证了其有效性，分析了雷诺数、速度比、波动钻压及钻柱转速等对钻柱振动的影响。研究结果表明：地层段钻柱的振动响应远没有海水段的大，并且横流向振动幅值也要小于顺流向振动幅值，但其振动频率却大于顺流向振动频率；适当增大速度比会减小海流对钻柱的激励作用，钻井液流速较高时会对钻柱振动产生较大影响；波动钻压幅值影响钻柱纵向振动的位移响应，但不影响纵向振动频率，现场钻柱可采用较小的波动钻压，以减小钻柱的纵向振动和扭转剪切应力，但应避开120和60 r/min的转速。所得结论可为无隔水管钻井钻柱的减振措施制定提供参考。
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单位石油大学机电工程学院
