水平钻柱非线性随机动力学建模与不确定性量化

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作者：scidown 发布时间：2021-07-27 16:20:44 文章标题：

水平钻柱非线性随机动力学建模与不确定性量化( Modeling and Uncertainty Quantification in the Nonlinear Stochastic Dynamics of Horizontal Drillstrings )

文章作者：

ABDC Junior

文章简述：

石油勘探使用一种叫做钻柱的设备来钻取土壤直到油藏水位。该设备是一个旋转的长柱，由一系列连接的钻杆和辅助设备组成。在正常工况下，柱体受到纵向振动、横向振动和扭转振动的影响，呈非线性耦合，因此柱体的动力学特性十分复杂。此外，由于钻头/土壤和钻杆/钻孔之间的机械接触，这种结构受到摩擦和冲击的影响。本文提出了一个分析水平钻柱结构的力学-数学模型。该模型采用梁理论，考虑了转动惯量、剪切变形和三种振动机制之间的非线性耦合。用有限元法对模型方程进行离散化。采用参数概率方法考虑了钻头-岩石相互作用模型参数的不确定性，利用最大熵原理构造了随机参数的概率分布。为了表征钻头结构的非线性动力学行为，进行了数值模拟。模拟中观察到了具有非线性性质的动力学现象，如滑块滑移和位反弹，以及激波。频谱分析表明，滑滑和钻头弹跳现象是横向振动机制的结果，而冲击现象是扭转振动机制的结果。为了提高钻进过程的效率，提出并求解了一个以钻进速度最大为目标的优化问题，并考虑了钻进结构的限制

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