石油学报

作者：徐亭亭, 罗敏, 姚利明, 王晶, 林志强, 王宝金

单位：1. 东北石油大学机械科学与工程学院 黑龙江大庆 163318;2. 南洋理工大学机械与航空航天工程学院 新加坡 639798;3. 东北石油大学数学与统计学院 黑龙江大庆 163318

关键词：柔性钻杆,铰,梁单元,接触非线性,动力松弛法

基金：徐亭亭,女,1987年11月生,2019年获东北石油大学博士学位,现为东北石油大学机械科学与工程学院讲师,主要从事石油钻采杆管柱力学研究工作。Email:15246067500@163.com

摘要： 含铰柔性钻杆广泛应用于超短半径水平井钻井技术中。柔性钻杆不同于常规的钻杆，其在变形过程中不仅伴随有机构与结构之间的相互过渡，同时柔性钻杆还与外管产生随机接触。考虑含铰柔性钻杆的结构特点，采用有限单元法将柔性钻杆和外管均处理为空间梁单元，将铰离散为万向节连接单元，柔性钻杆与外管之间的接触关系采用接触间隙元进行描述，建立含铰柔性钻杆接触非线性有限元仿真模型，引入动力松弛法对其进行求解。为验证有限元模型及动力松弛法的可行性，建立了铰接梁与外梁接触平面模型，根据叠加原理和变形协调条件推导了挠度、接触力等参量的解析表达，将数值解与理论解进行比较，最大误差仅为0.14%。对造斜段6种铰接转动极限的含铰柔性钻杆进行仿真分析。结果表明，柔性钻杆与外管之间接触力是间断不连续的，且沿轴线随机分布，铰接转动极限越大，传递到柔性钻杆底端的扭矩变化不大，传递到柔性钻杆底端的轴力逐渐减小，铰接转动极限大于5°时，轴力损失率大于59.5%。

来源：2022年第5期

《石油学报》期刊编辑部

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