大长径比钻柱非线性动力学研究进展与展望OA
钻柱长径比超过50000时呈现高度柔性与显著非线性特征,轴向、横向、扭转振动相互耦合,易引发黏滑、涡动、参数共振等问题,严重影响特深井钻井安全与钻进效率。本文围绕大长径比钻柱极端几何特征引发的动力学难题,系统梳理其非线性振动特性、动力学建模方法、振动控制策略及工程应用挑战。研究表明,轴向、横向与扭转振动之间存在几何非线性耦合、边界非线性耦合及摩擦耦合,诱发正反向涡动共存、黏滑多稳态等复杂现象;有限元法与几何精确梁理论侧重高保真刻画,但计算开销高昂;模型降阶与数据驱动方法提升了计算效率,却需谨慎处理对波传播效应的简化;实验验证是检验模型的关键,但缩尺外推修正仍是难题。当前研究在理论层面仍面临多模态能量传递机理、状态依赖时滞动力学、非光滑系统分岔理论三大科学问题,在工程层面亟需攻克全井段高效预测、极限延伸动态评估等核心难题,该领域未来将向多物理场耦合、随机可靠性分析、数据驱动与数字孪生相融合的智能动力学方向发展,为提升超深层地质资源开发的安全性和经济性提供更坚实的科学支撑。
尹浩;梁健;张华;马琳;李威;王文;王跃伟
中国地质大学(北京),北京100083 中国地质科学院勘探技术研究所,天津300399 自然资源部定向钻井工程技术创新中心,天津300399中国地质科学院勘探技术研究所,天津300399 自然资源部定向钻井工程技术创新中心,天津300399中国地质科学院勘探技术研究所,天津300399 自然资源部定向钻井工程技术创新中心,天津300399中国地质科学院勘探技术研究所,天津300399 自然资源部定向钻井工程技术创新中心,天津300399中国地质科学院勘探技术研究所,天津300399 自然资源部定向钻井工程技术创新中心,天津300399中国地质科学院勘探技术研究所,天津300399 自然资源部定向钻井工程技术创新中心,天津300399中国地质科学院勘探技术研究所,天津300399 自然资源部定向钻井工程技术创新中心,天津300399
天文与地球科学
钻柱钻柱动力学大长径比非线性振动黏滑涡动振动控制特深井
《钻探工程》 2026 (4)
P.44-52,9
地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项课题(编号:2024ZD1000902)中国地质调查局地质调查项目(编号:DD20251200126、DD20242850)。
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