流固耦合井下系统动力学建模与应用

经典的钻柱力学和钻井液力学在各自的领域研究日趋完善，两者耦合的系统性研究相对薄弱，而一些井下复杂性现象和问题往往是由钻柱和钻井液相互耦合造成的。因此本书综合了有限元法、绝对节点坐标法及任意拉格朗日－欧拉法等前沿仿真建模理论，建立了弹性钻柱和可压缩钻井液耦合的井下多体系统动力学模型，并展开相关应用研究。 为了检验耦合模型的正确性，首先检验了退化模型的正确性。若耦合模型不考虑钻井液的可压缩性，则退化为井下钻柱动力学模型；若耦合模型不考虑钻柱的弹性，则退化为井下钻井液动力学模型；若耦合模型不考虑环空流体，只研究钻柱和柱内流体的相互耦合作用，则退化为一维管流模型。分别应用这三类退化模型应用经典算例研究，均得到了正确性的验证。最后应用耦合系统动力学模型，进行了三维钻柱系统的受力分析、起下钻时的井底波动压力分析、井下控制信号的研究，分别发现了一些采用流固耦合模型的新特征和新结论，体现了井下耦合系统动力学模型的实用性和正确性，并为工程生产和工具研发提供了分析手段和理论指导。