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作者：马龙;杨森;罗立帆;刘桓竭;
单位：中国石油西南油气田分公司开发事业部;
摘要：钻柱纵横扭三向振动是影响钻头破岩的重要因素之一，将直接改变井眼轨迹控制效果和钻进效率，因此考虑钻柱非线性动力学行为对钻头动态破岩过程研究至关重要。本研究旨在分析耦合钻柱非线性振动后，钻头的动力学行为，以总结不同钻井参数下钻头动态响应规律。采用有限元方法将岩石离散化并模拟岩石移除过程，将钻柱节点作为钻头运动的边界条件，建立了耦合钻柱动力学的钻头-岩石相互作用模型来描述聚晶金刚石复合(PDC)钻头动态破岩过程，并通过全尺寸钻头破岩实验对动力学模型进行验证。研究结果表明：随着转速的增加，钻头实际稳态破岩时间减少，且钻柱受离心力的影响导致振动增强，从而加剧钻头处的振动；随着钻压的增加，钻柱中性点以下井段稳定性越差，钻柱变形更严重，导致钻头处的振动强度更高，因此不建议通过加大钻压的方式增加机械钻速。耦合钻柱系统的动力学模型还能为PDC钻头结构的优化设计及钻井参数优化提供理论指导。
关键词：钻柱动力学;;钻头振动;;模拟实验;;耦合模型;;钻井参数
