РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

Д. Ю. Погорелов

Аннотация


Рассмотрен алгоритм расчета собственных колебаний бурильной колонны в скважине, ось которой задается произвольной пространственной кривой. Бурильная колонна моделируется геометрически нелинейными балочными конечными элементами с использованием модифицированного подхода Крейга-Бемптона. Уравнения движения колонны линеаризуются в окрестности положения равновесия. Для учета влияния жидкости используется полученное авторами S.S. Chen, M.W. Wambsganss, J.A. Jendrzejczyk аналитическое выражение для коэффициентов вязкого сопротивления жидкости и присоединенной массы в случае плоской задачи о гармонических колебаниях кругового цилиндра в трубе, заполненной несжимаемой ньютоновской жидкостью.С учетом модели Чена матрицы масс и демпфирования линеаризованной модели зависят от частоты колебаний. В данной работе приведено решение Чена, анализируются алгоритмы расчета коэффициентов диссипации и присоединенных масс через модифицированные функции Бесселя в условиях плохой обусловленности выражений для этих коэффициентов. Предложен быстрый итерационный алгоритм расчета собственных частот и форм колебаний колонны, а также метод оценки степени демпфирования каждой частоты. Разработанные алгоритмы реализованы в программном комплексе «Универсальный механизм» (ПК УМ).

Ключевые слова


динамика бурильной колонны;учет влияния промывочной жидкости;спектральный анализ;drillstring dynamics;influence of drilling fluid;spectral analysis;

Полный текст:

PDF

Литература


Pogorelov D., Mikheev G., Lysikov N., Ring L., Gandikota R., Abedrabbo N. A Multibody System Approach to Drill String Dynamics Modeling // Proc. ASME 11th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis (ESDA2012). 2012. Vol. 4. Pp. 53-62. DOI: 10.1115/ESDA2012-82316.

Dmitrochenko O., Mikheev G., Pogorelov D., Gandikota R. A Nonlinear Finite Element for Simulation of Dynamics of Beam Structures Using Multibody System Approach // Proc. 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI). 2014. P. 655-666.

Chen S.S., Wambsganss M.W., Jendrzejczyk J.A. Added Mass and Damping of a Vibrating Rod in Confined Viscous Fluids // Journal of Applied Mechanics. 1976. Vol. 43. P. 325-329. DOI:10.1115/1.3423833.

Погорелов Д.Ю. Компьютерное моделирование динамики технических систем с использованием программного комплекса «Универсальный механизм» // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2005. № 4. С. 27-34.

Сайт «Универсальный механизм» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.universalmechanism.com (дата обращения: 14.05.2018).

Christoforou A.P., Yigit A.S. Fully Coupled Vibrations of Actively Controlled Drillstrings // Journal of Sound and Vibrations. 2003. Vol. 257. No. 5. P. 1029-1045. DOI: 10.1016/S0022-460X(03)00359-6.

Sampaio R., Piovan M.T., Venero Lozano G. Coupled Axial/Torsional Vibrations of Drill-Strings by Means of Non-Linear Model // Mechanics Research Communications. 2007. Vol. 34. No. 5-6. P. 497-502. DOI: 10.1016/j.mechrescom.2007.03.005.

Khulief Y.A., Al-Sulaiman F.A., Bashmal S. Vibration Analysis of Drillstrings with Self-Excited Stick-Slip Oscillations // Journal of Sound and Vibration. 2007. Vol. 299. P. 540-558. DOI: 10.1016/j.jsv.2006.06.065.

Ren F.S., Chen S., Yao Z.G. Dynamics Analysis and Vibration Suppression of a Flexible Rotation Beam // Applied Mechanics and Materials. 2012. Vol. 214. P. 165-172. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ AMM.214.165.

Ritto T.G., Sampaio R., Soize C. Drill-String Dynamics Coupled with the Drilling Fluid Dynamics // Proc. XIII International Symposium on Dynamic Problems of Mechanics (DINAME 2009). Rio de Janeiro, 2009. P. 1-10. URL: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00691722.

Paidoussis M.P. Fluid-Structure Interactions: Slender Structures and Axial Flow. London: Academic Press, 1998. Vol. 1. 573 p.

Цилиндрические функции [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://num-anal.srcc.msu.ru/lib_na/cat/cat64.htm (дата обращения: 14.05.2018).

Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров. М.: Высш. шк., 1994. 544 с.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2018-5-134-150

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.