[发明专利]套管泥浆中振荡器的运动及其对套管作用的分析评估方法

说明书

本发明套管泥浆中振荡器的主要运动行为及其对套管作用的分析评估方法，从振荡器启动开始，通过运动方程计算记录发生时间tsubgt;1/subgt;，解得振荡器的运动为碰撞前振荡器运动叠加上套管碰撞产生的剩余振动，当或时，由此时运动方程计算记录发生时间tsubgt;2/subgt;，解得以或为初始条件，运动方程中叠加上套管碰撞产生的剩余振动，如此类推地，解得每次套管碰撞的时间、初角速度和碰撞冲量tsubgt;i/subgt;、如此最终获得一系列振荡器对套管或的作用时间与碰撞冲量tsubgt;i/subgt;、subgt;Ii/subgt;；本发明的有益效果是能够有效地分析评估套管泥浆中振荡器的主要运动行为及其对套管的作用并为分析套管对水泥浆的作用提供数据支持。

技术领域

本发明属于钻井技术领域，涉及套管泥浆中振荡器的运动及其对套管的作用分析评估方法。

背景技术

在钻井完井过程中，灌注水泥固实套管的质量将直接影响着完井后套管的工作质量。若固井水泥分布不均匀不密实，就会造成套管受力不均匀而易于发生破损。因此，灌注水泥如何达到均匀密实的效果，一直是完井工作者关心的问题。为此，人们设计了不同的振荡器下入套管中，以图通过振荡器的摆动冲击套管激起套管振动进而促使套管外水泥波动，达到固井水泥分布均匀密实效果。但对此缺乏理论分析验证支撑，资料少见。本文试图通过对振荡器在直井套管中的运动和对套管的作用主要行为，进行模拟分析，探索分析振荡器对套管水泥固实效果的评估方案。

发明内容

本发明的目的在于提供套管泥浆中振荡器的运动及其对套管作用的分析评估方法，本发明的有益效果是能够确定套管泥浆中振荡器的主要运动行为及其对套管的作用效果。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

(1)从振荡器启动开始，运动方程为式(1)，当或时(正负取决于式(1)此时的计算结果)，由式(1)试算出与套管第一次碰撞时间t₁，由式(6)、式(5)解得与套管第一次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I₁，碰撞时角位移为或

(2)以为初始条件，振荡器与套管第一次碰撞后的运动方程为式(7)。当或时(正负取决于式(7)此时的计算结果)，由式(7)试算出与套管第二次碰撞时间t₂，由式(8)、式(5)解得与套管第二次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I₂，碰撞时角位移为或

(3)以此类推。在获得第i-1次碰撞后的t_i-1,I_i-1后，以为初始条件，振荡器与套管第i-1次碰撞后的运动方程为式(10)，由或(正负取决于式(10)此时的计算结果)与式(10)试算法解得初始到第i次撞击套管经历的时间刻t_i。碰撞时角位移为或由式(11)、式(5)解得与套管第i次碰撞后角速度和碰撞冲量I，记为I_i。

如此最终获得一系列振荡器对套管的作用时间与碰撞冲量t_i、I_i；据此评估振荡器对套管的作用情况，如撞击强度和频率(通过t_i确定各相邻碰撞间隔时间，然后平均统计出碰撞周期、频率)。

其中，套管中的振荡器的运动受到套管的限制，当横向位移达到振荡器外半径与套管内半径差时，就会与套管发生碰撞，与套管发生碰撞时，振荡器达到最大角位移为

式中，D₁为套管内径，l为振荡器长度，D为振荡器外筒外径，l₁为振荡器顶部离悬点O的距离，α为振荡器底部形心和与套管接触点分别与悬点O的连线间夹角。

振荡器开动前，振荡器静止，角位移角速度即初始条件为振荡器运动方程为