深水钻井中钻柱振动诱导表层导管力学行为及其对井口稳定性的影响机制研究

　　本文系统研究了深水钻井过程中钻柱振动通过CADA（Cam-Actuated-Drill-Ahead）工具与表层导管的多体耦合动力学行为，结合模态分析、瞬态动力学模拟与现场实验验证，揭示了钻柱螺旋模态振动能量传递路径及井口-导管基底形变规律，为深水浅层安全高效建井提供了关键理论支撑与技术验证。

　　

Highlight

深水钻柱-CADA-表层导管耦合模型的瞬态动力学分析

瞬态结构分析（又称时间历程分析）是一种用于确定结构在任意时变载荷下动态响应的方法，可用于计算结构在稳态、瞬态和简谐载荷组合作用下的时变位移、应变、应力和力。本研究采用模态叠加法，通过模态分析获得的振型与时间相关载荷的乘积计算结构响应。

Conclusions

通过针对深水井二开钻井过程中（无需起钻至地表）钻柱振动与导管-钻柱相互作用的研究，得出以下结论：

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  基于有限元软件对钻柱振动进行模态分析，结果表明钻柱在横向振动中呈现螺旋振型，暗示了能量通过CADA工具向导管传递的潜在路径；

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  钻柱随机振动分析显示，最大振动应力集中在钻柱与CADA接触区域，加速度峰值达15 m/s2，表明该区域为疲劳失效高风险区；

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  耦合模型的瞬态动力学模拟表明，钻柱振动通过CADA工具显著放大导管井口和基底部位的形变，最大形变位移达模拟值的92%，与现场实测数据高度吻合；

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  现场实验验证了有限元模型的可靠性，振动幅值与形变模式的实测值与模拟结果一致性超过90%，证实了多尺度耦合框架在预测深水钻井振动风险中的实用价值。