论文部分内容阅读
新疆塔里木油田地形较为复杂，油井多为4000m至7600m深井或超深井，超深井钻井时会产生较大的冲击振动，给整个钻井平台带来了强烈的振动伤害；同时，塔克拉玛干流动沙漠在每年的3月至5月期间强烈的沙尘暴也能给沙漠深处的钻井平台带来振动伤害，影响平台的正常作业。目前，对新疆塔里木油田钻井平台的振动控制研究甚少，对平台在沙尘暴风力影响、超深井动力影响的振动源激励情况不明。本文针对塔里木油田钻井平台的振动激励实际情况与减振现状，对油田钻井平台振动情况进行了实地的调研；并以塔里木油田热瓦普区热普5号井ZJ90/6750DB型钻井平台为研究对象，对平台X、Y、Z方向进行了振动测试试验，并对试验数据进行了频谱分析，结果表明：在超深井钻井时，空气压缩机等钻机动力系统对钻井平台的振动影响最大，振动的位移主要为Z方向的垂直振动，同时振动频率以低频17.5Hz时振动的幅值最大；在停钻出泥浆时，空气压缩机动力功率有所降低，其他动力系统对平台的振动影响较小，振动的位移也主要为Z方向的垂直振动。基于振动测试试验，建立了钻井平台四自由度的振动控制模型，通过对模型进行数值分析与计算，分析结果表明：弹簧阻尼装置中的阻尼比系数的调节对振动位移的响应有很大的影响，通过数值的对比，在ζ=0.1913-0.52之间能取得较理想的振动控制参数。在此取值空间，调节ζ的取值，随着ζ的增大能获得理想的减振效果；钻井平台的振动响应与系统的刚度系数及质量系数的取值紧密相关，在ζ的取值空间中，控制合适的质量比能取得更优的控制效果，质量比的最优参数空间为μ=0.4736-0.7；在阻尼减振方式下，钻井平台的最优的振动控制参数为μ=0.619，ζ=0.4412。以此参数为基础，设计了平台垂直方向的调谐质量阻尼装置，并对该装置的振动效果进行了仿真分析，仿真结果表明，与减振前对比，减振后在幅值、前期振动波形上都有明显的振动控制效果，在振动初始阶段，减振效果能达到70.1%，为工程的实际应用提供了参考价值。