钻铤涡动模拟和钻铤接头累积疲劳损伤评估

作者：刘安兵; 南丽华; 常大伟; 程占全

来源：石油机械, 2018, 46(08): 20-30.

DOI：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2018.08.004

• 钻铤
• 涡动
• 钻铤接头
• 疲劳寿命
• 累积疲劳损伤
• 振动
• 模拟

大多数的钻铤接头失效归因于弯曲振动引起的累积疲劳,其中旋转钻铤偏心引起的涡动是最重要的弯曲振动之一。钻铤和井壁之间的接触引起极度有害的反向涡动,甚至是无序涡动。挪威科技大学的研究人员使用集中质量模型表示钻铤,采用修正Karnopp摩擦模型模拟BHA的黏滑旋转振动。基于涡动时域响应,使用雨流计数法将连续弯曲应力历史分解为若干个应力范围,计算了相关的循环次数,并采用Miner方法评估了累积疲劳损伤。研究结果表明:增大稳定器间隙可能会引起钻铤侧向振动和动力学模拟的不稳定;如果稳定器间隙超过一定值,钻铤会无序侧向间歇撞击井壁;振动是接头疲劳的重要原因,当考虑黏滑振动时,稳定的正向涡动变为无序侧向振动,甚至在较低钻速下,黏滑振动都可能会引起无序侧向振动;在240 h内,无序侧向振动引起钻铤接头累积损伤达1.9%;虽然每小时损伤率仅为0.008%,但如果考虑其他恶劣井下环境,该值可能更大。研究结果有助于缓解钻铤疲劳损伤。