旋转导向系统底部钻具组合力学计算新方法

作     者：王鹏 唐博 吉进元 冯定 WANG Peng;TANG Bo;JI Jinyuan;FENG Ding

作者机构：长江大学机械工程学院湖北荆州434023 湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心湖北荆州434023 四机赛瓦石油钻采设备有限公司湖北荆州434023 

出 版 物：《力学季刊》 (Chinese Quarterly of Mechanics)

年 卷 期：2022年第43卷第3期

页      面：670-680页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：湖北省技术创新专项(2019AAA010) 

主　　题：管柱力学 旋转导向系统 底部钻具组合 管柱单元 多目标优化 

摘      要：底部钻具组合(Bottom Hole Assembly,BHA)的力学计算是进行旋转导向系统钻具组合设计和井眼轨迹控制的基础.本文在纵横弯曲法、加权余量法和有限元法的基础上,提出了一种基于管柱单元组合的BHA力学求解方法.该方法以保持微分方程特解相同的条件作为管柱单元划分依据,对底部钻具组合进行单元划分;将管柱单元的挠曲线通解替代传统加权余量法的试函数,结合单元节点类型和组合关系,构建出包含边界条件和通解系数的线性方程组.对于边界条件未知问题,以支点反力符号条件为约束条件,以挠曲线越界程度、切点处弯矩平衡条件为目标函数,建立了以边界条件未知量为变量的多目标优化数学模型.应用多目标优化算法求解出边界变量,进而得出通解系数;最后,得出管柱单元内各点位移和载荷.以推靠式旋转导向系统BHA力学计算为案例,对比本文方法与加权余量法的计算结果,发现两者计算结果相差较小,表明本文方法可用于旋转导向系统底部钻具组合的力学计算.