深部地质钻探钻柱失稳行为研究

【摘要】由于对深部地层资源开采的迫切需求，深部地质钻探的勘探深度得到了较大的加深，对深部地质钻探的勘探技术提出了更高的要求。这就迫切需要我们对钻柱的稳定性问题进行深入研究。本文以深部地质绳索取心钻探为研究对象，用理论分析和仿真模拟的方法研究了钻柱在深直井眼中的失稳行为，为深部地质取心钻探设备的合理设计、钻探规程参数的合理选择提供了参考依据。在考虑自重、摩擦力以及钻柱与孔壁间的接触力的条件下，通过经典微元体分析法推导出了钻柱在深直井眼中的一般性屈曲微分方程，并进一步通过泛函分析方法求解该方程，对钻柱正弦屈曲与螺旋屈曲状态两种失稳变形状态进行了研究，确定了正弦屈曲与螺旋屈曲两个临界载荷，同时也对钻柱的载荷应力进行了系统分析，包括钻柱与孔壁的接触正压力、钻柱轴力、钻柱剪力等。在理论研究的基础上，通过参数化与命令流，使用有限元分析软件ANSYS直接建立了深部地质钻探的钻柱有限元仿真模型。并进一步对建立的钻柱仿真模型进行了静力学分析、模态分析、谐响应分析与屈曲分析。分析期间主要对以下几个方面进行了研究：扭矩对钻柱应力分布的影响、钻探深度对不同振动形式（纵向振动、扭转振动、横向振动）的钻柱固有频率的影响、钻柱变形对周期载荷的部分频率响应以及钻柱屈曲形态下应力与深度的变化关系。
【作者】吴晔；
【导师】夏柏如；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地质工程，2014，硕士
【关键词】钻柱；失稳；微分方程；模拟；

【参考文献】
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