PDC钻头复合冲击钻进动力学研究.pdf

2023年第52 卷第5期第12 页文章编号：10 0 1-3 48 2（2 0 2 3)0 5-0 0 12-0 9石油矿场机械OILFIELDEQUIPMENT2023,52(5):12-20PDC钻头复合冲击钻进动力学研究邓银江1，郭正伟，魏秦文，程泽正，向荣洵（1.重庆科技学院，重庆40 13 3 1；2.重庆青山工业有限责任公司，重庆40 2 7 7 6）摘要：深部地层的环境温度高，岩石硬度大、研磨性强。采用PDC钻头常规钻井方式，钻头的破岩效率低、机械钻速慢。介绍了1种轴扭复合冲击破岩工具的结构和工作原理。建立PDC钻头破岩理论模型和数值分析模型，并进行对比分析，得出了常规钻进和轴扭复合冲击钻进过程中PDC钻头的运动轨迹和岩石破碎过程应力变化规律。分析发现，复合冲击作用下岩石裂纹发生快，更容易产生体积破碎，岩石表面能够形成连续均匀的破碎坑，相比常规钻进能够提速3 0%左右。该研究为轴扭复合冲击破岩提供了理论依据，对深井油气田开发具有重要意义。关键词：PDC钻头；复合冲击工具；动力学中图分类号：TE921.107DENG Yinjiang,GUO Zhengwei,WEI Qinwen,CHENG Zezheng,XIANG Rongxun(1.Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 401331,China;2.Chongqing Tsingshan Industrial Co.,Ltd.,Chongqing 402776,China)Abstract:The number of deep pumping wells in Shengli Oilfield has increased annually,and theaverage pump workover period is relatively short.One of the main reasons is the failure of thepump.In order to improve the service life of the deep sucker rod pump,the leakage of the ambi-ent temperature in the deeper formations is high and the rock is hard and abrasive.The conven-tional drilling method using PDC bit has low rock-breaking efficiency and a slow mechanical drill-ing rate.The structure and working principle of an axial torsion composite impact tool wereintroduced.The theoretical model and numerical model for PDC bit breaking rock were estab-lished,and a comparative analysis was conducted to obtain the movement trajectory of PDC bitand the stress variation law of the rock-breaking process during conventional drilling and axialtorsional composite impact drilling.It was found that under the effect of composite impact,rockcracking occurs quickly and volume crushing is more likely to occur,and continuous and uniformcraters can be formed on the rock surface,which can increase the speed by about 30%comparedwith conventional drilling.This study provides a theoretical basis for axial-torsional compositeimpact rock breaking,which is of great significance to the development of deep-well oil and gasfields.Key words:PDC bit;axial torsional impact tool;dynamics收稿日期：2 0 2 3-0 3-16基金项目：重庆市自然科学基金项目“异形单牙轮钻头破岩机理研究”（CSTC2020JCYJ-MSXMX0169)；重庆市自然科学基金项目“气体钻井钻具传动主轴动力学建模与安全控制研究”（CSTC2020JCYJ-MSXMX0412）；重庆市教委科学技术研究项目“深井硬岩地层异形单牙轮钻头结构与性能关系研究”（KJQN202101504）。作者简介：邓银江（19 9 8-），男，硕士研究生，从事硬岩钻进提速工具研发，E-mail:。通讯作者：郭正伟（19 8 7-），男，博士研究生，硕士研究生导师，长期从事钻头与井下工具相关技术研究，E-mail：g z w cqust.edu,cn。文献标识码：AStudy on PDC Bit Compound Impact Drilling Dynamicsdoi:10.3969/j.issn.1001-3482.2023.05.002第52 卷第5期随着浅地层油气资源的枯竭，油气勘探目标逐渐进入到深部地层。据最新勘探结果，国内深层、超深层油气资源达6 7 1亿t油当量，占全国油气资源总量的3 4%；以塔里木盆地区为例，仅埋深6 0 0 0 10000m的石油和天然气资源就分别占其总量的83.2%和6 3.9%，超深层油气占全球资源总量的19%1。深地层油气资源储量丰富，但地层温度高、岩石硬度大、研磨性强，常规钻井方式出现进尺慢、钻头磨损快、憨跳严重等系列问题，造成深井油气资源得不到有效开发。PDC钻头传统破岩方式主要邓银江，等：PDC钻头复合冲击钻进动力学研究具有重要意义。13可以分为岩石变形、裂纹发生、切削核形成和块体崩裂4个阶段2 ，如图1所示，由于深井中的岩石塑性较大，导致钻速降低，钻头寿命短。为提高深井硬岩地层的机械钻速，常采用复合冲击钻井技术，其实质是在常规钻井技术基础上附加冲击载荷，钻头在冲击载荷与旋转剪切力共同作用下破碎岩石。据文献调研发现，复合冲击钻井的机械钻速比常规钻井方式快2 3 倍，在中等硬度花岗岩中其机械钻速甚至能够提高7 倍以上3 ，这对于深井油气资源的开发777切削块一赫兹裂纹剪切裂纹源压缩变形区B切削力方向7/777/7/7/7切削力方向a变形柳贡慧4 等人研究了传统轴向冲击钻井和扭转冲击钻井钻头匹配性差和地层适应性差的问题，在2 0 16 年首次提出了复合冲击破岩钻井技术，并对复合冲击钻井工具的结构、工作原理、破岩效率影响因素等进行了研究，提出复合冲击钻进时岩石更容易产生体积破碎。ZichenXu5等人提出一种复合冲击器，并完成了该工具设计参数下的数值模拟和试验验证，试验中该工具使平均机械钻速提高150%。闫炎6 等人研究了复合冲击作用下PDC钻头破岩效果，进行了石灰岩、花岗岩和粉砂岩常规破岩与复合冲击破岩试验，研究了转速、钻压、冲击扭矩和冲击力对PDC钻头钻进速度影响规律，得出复合冲击破岩相比常规破岩能够产生更大粒径的岩屑，破岩效率更高，且冲击扭矩、冲击力与破岩效率呈正相关。彭旭7 等人研制了复合冲击螺杆钻具，扭转冲击b裂纹发生图1PDC钻头传统破岩方式4个阶段并对冲击螺杆的水力特性、复合冲击动力学特性进行研究，基于复合冲击破岩模型，得出轴向动载荷和轴向静载荷是影响破岩效果的主要因素。研究人员对复合冲击钻井技术的提速效果进行了大量研究，证明了复合冲击钻进技术能够有效提高硬岩地层钻进速度，但对于复合冲击钻进提速机理研究较少。本文提出了一种轴扭复合冲击破岩工具，如图2所示。建立了PDC钻头钻进理论模型和数值计算模型，分析复合冲击工具配合PDC钻头的轴扭复合冲击破岩机理。如图2 所示的轴扭复合冲击工具在泥浆压力驱动下，扭转摆锤周向往复运动并产生扭转冲击，轴向冲锤轴向往复运动并产生轴向冲击，这2 种附加冲击载荷直接施加在PDC钻头后端，能够辅助PDC钻头高频切削岩石，进而提高钻进速度。轴向冲击c成核d块体崩裂图2 轴扭复合冲击工具结构示意图.14:1PDC钻头破岩模型1.1理论模型在一定钻压下,PDC钻头常规破岩方式主要通过刮切方式破岩。取单颗齿为研究对象，设定切削深度为恒定常数，如图3 所示。切削齿破岩过程可以分解为对岩石纯剪切破碎和沿着切削面摩擦2 个过程，刀具所受的力为作用于切削面上的力F。与作用于摩擦面上的力F，的合力，稳定切削时F。与F，都可以视为常数,F。与F，可以沿刀具运动方向（s向)及运动垂直方向(n向)进行分解，如式(1)所示。FU1图3 PDC钻头切削齿破岩模型示意图F=(F,Fo)T,F,=(Ffs,Fm)T各分力可表示为：Fa=ewd,Fo=Fa,Fg=Fm,Fm=oWl(2)式中：为岩石破碎比能；Wa为切削齿有效切削面积，m；s 为切削齿运动方向特征量；为钻头与岩石间的摩擦因数；为切削齿摩擦面与岩石接触面的最大接触压力，Pa；w 为切削齿摩擦接触面积，m。钻进过程中的钻柱系统可以简化为扭转摆动模型,如图4所示。a钻柱模型图4PDC钻头钻进过程钻柱系统简化模型图4中，2 为转盘转速；L1、L分别为钻柱系统钻杆、钻长度;K1、K，分别为钻柱系统钻杆、钻等效刚度；T。为粘滑振动过程中，钻头转动时受到石油矿场机械的反转矩，转动过程中该值为常数；P为转动过程钻头受到的钻压。对于钻头粘滑振动过程，其受到的反转矩可表示为：T=T。TT。+T式中：T为粘滑振动过程中，钻头转动时钻柱系统提供的切削转矩,Nm；T。十T为钻进过程中，钻头受地层的最大反转矩，Nm;T 为粘滑振动过程中，钻头静止时所受反转矩与转动时所受反转矩F。的最大差值,Nm;0为钻头旋转角度，rad。当钻头处于粘滞状态时，钻柱系统可以等效为1扭摆模型，故钻头运动方程可以表示10 为：dt?式中：J为钻柱系统等效转动惯量，kgm；K 为钻柱系统等效刚度，(Nm)/rad。根据钻柱系统模型，钻柱系统等效转动惯量J及等效刚度K可以表示为：(1)J=pl,L,+pl,L2GIK=式中：p为钻柱材料密度，kg/m；I 1、I 2 分别为钻柱系统中钻杆、钻的截面极惯性矩,m；L1、L分别为钻柱系统中钻杆、钻的长度，m；G 为钻柱材料剪切模量,Pa。其中，钻杆、钻的截面极惯性矩可表示为：I,=(D,-di)32元(D,4-d2)I2=332式中:D1、d 和D2、d 分别为钻杆的外径、内径和K钻链的外径、内径，m。钻柱粘滑振动是周期性变化过程，假设在t=0时刻，钻头开始滑脱，此时钻柱提供给钻头的转矩一定大于钻头受到的岩石阻力，所以对于式（4)有如下K初始条件。T。一Pb简化模型2023年9 月do0)dtdo0)dt-T+K(Qt-)二(T。+T)0l=0=二Kdo(/=0=0由式(4)得出钻头在该初始条件下的运动方程为：Tcos(ot-9)+at-KT0(t)=(9)K.cos式中：w为钻柱系统角频率，rad/s；为相位角，rad。KWo=厅(3)(4)(5)(6)(7)(8)(10)第52 卷第5期tang=zT Wo对式（9)求导，得出钻头转速方程：d0=T:sin(wot-90)+?dtK cosp假设滑脱过程持续时间为t1，即有：dodz l=1=0得出滑脱持续时间t与钻柱系统参数之间的关系，以及t时刻钻头角位移。ti=元+2 4AT-T(ti):+t1K当摩擦力矩再次达到上限，钻头停止转动，此时可由周期性粘滑平衡求解粘滑周期T，。T+T=QT,-0(ti)K联合式（11）、式（14）、式（15）、式（16)得出该系统粘滑振动周期T，。T,=2+&+L2元得到常规钻井PDC钻头扭转振动动力学方程式：AT:%sin(ot-9)+0.0tdK cosOdtlo,titT.d700d242170邓银江，等：PDC钻头复合冲击钻进动力学研究K(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)元tang(18)22015复合冲击器主要是为钻头提供轴向和周向冲击载荷，改变钻头原有破岩方式。由于PDC钻头传统破岩方式不存在轴向冲击，因此钻头轴向冲击频率等于复合冲击器的轴向冲击频率。但是，在周向由于钻头存在粘滑振动，复合冲击器的扭转振动会改变原有钻头的粘滑振动。1.2数值分析模型PDC钻头破岩过程十分复杂，其运动轨迹受岩石属性、地层压力、钻柱长度及井底流场等因素影响。本文主要研究轴扭复合冲击破岩，对模型进行合理简化9 ，做出以下基本假设：1）岩石为均质各向同性材料，不考虑岩石内部原始裂纹和孔隙压力的影响。2)忽略钻头磨损及变形，将钻头定义为刚体。3）忽略温度及井底流场对破岩过程的影响。4)岩石脱落后立刻消失，忽略岩屑二次破碎。利用三维建模软件建立钻杆一钻头一岩石几何模型，钻头直径为2 40 mm(9%in）。根据常用钻柱尺寸组合10 7，取钻链直径17 7.8 mm(7in)，钻杆直径12 7mm(5 in)。为减小边界对岩石切削过程的影响，岩石直径取g700mm。PD C 钻头破岩过程为瞬态过程,其网格质量会直接影响仿真结果，为节约计算成本，对钻头-岩石接触区域进行网格局部加密，得到PDC钻头破岩几何模型、网格模型如图5所示。240a岩石几何模型b钻头几何模型c相互作用几何模型=:=d岩石网格模型岩石本质上属于各向异性材料，其受到外部载荷作用会出现弹性、塑性变形和脆性断裂等力学行为，合理选择岩石本构模型对仿真结果至关重要。Drucker-Prager(D-P)准则能够较好地反映e钻头网格模型图5钻头破岩分析模型岩石材料特性，在仿真模拟中得到广泛应用11-13 ,其屈服面可以为线性、双曲线和指数函数模型。本文采用线性D-P模型来定义岩石，其屈服面如图6 所示。f相互作用网格模型16石油矿场机械2023年9 月S3CurveKa1.0b0.8Pap-T关系曲线图6 线性Drucker一Prager模型屈服面其屈服准则函数为：F=t-ptan-d=0式中：p为等效压应力，MPa;为屈服面应力空间倾角，）；d为岩石粘聚力，MPa;t为偏应力，MPa。=号1+是-(1-)()门b D-P屈服面式中：q为等效Mises应力，MPa；k 为流应力比；r(19)为应力偏张量第三不变量，MPa。为反映深井硬岩地层岩石特性，数值分析岩石模型采用花岗岩，其模型材料参数如表1所示。(20)表 1 花岗岩材料参数14密度/(kgm=s)2840钻头定义为刚体，不考虑破岩过程中的变形及磨损，其密度为7 8 50 kg/m，根据几何模型得出钻头具体参数如表2 所示。表2 钻头模型参数惯量张量/（kgmm）重心方向弹性模量/GPa43.08泊松比0.19质量/kg抗压强度/MPa121.5120r/min。根据冲击载荷发生方式，施加载荷为正弦函数16 。模型边界条件施加如图7 所示。20kN力12 0 /minZRP-1抗拉强度/MPa5内摩擦角/()膨胀角/（）42.9510轴向冲击53970.266.866.854326.7175.23-139.0-175.266 434.7注：、y、之分别为PDC钻头重心矢量方向。钻杆采用线弹性模型，材料为42 CrMo（I SO683/13），其具体参数如表3 所示。表3 钻杆模型材料参数材料密度/(kgm=3)42CrMo7850假设钻井井深2 0 0 0 m，岩石上覆地层压力为49MPa，泥浆液柱压力为2 2 MPa，岩石围压为11.5MPa。PD C 钻头可用较低钻压钻进，根据克里斯顿金刚石复合片钻头钻压推荐表15，本文所用钻头钻压取值为1512 0 kN。由于模型中钻杆未设置周向约束，取较低钻压值2 0 kN，钻头转速为-139.0弹性模量/GPa泊松比2060.282.09.61.5.0.50.00.50.0轴向冲击yi=1+sin(20mt)扭转冲击yz=sin(20mt)49MPal49MPa11.5MPa11.5MPa固定图7模型边界条件施加示意图扭转冲击0.20.4时间/s0.6第52 卷第5期2模型验证本文采用理论模型与数值分析模型结果对比进行模型验证。首先采用数值分析模型计算2 0 kN钻压情况下，转盘转速3 1.4rad/s时PDC钻头钻进(_s.pel)/率转邓银江，等：PDC钻头复合冲击钻进动力学研究80理论值60一仿真值40理论平均值(3 1.53)20仿真平均值（3 1.3 9)017情况。再将仿真模型参数代人理论模型进行计算，得出PDC钻头数值分析模型、理论模型转速情况如图8 所示，因0 0.1s仿真模型钻压、转速为匀速加载过程，故取0.11.0 s进行分析，其转速平均值误差为0.44%，能够满足工程误差要求。-200图8 PDC钻头理论、数值分析模型扭转振动对比3结果分析PDC钻头切削过程运动轨迹，如图9 所示，常规钻进时PDC钻头吃入岩石阶段周向摆动较大，吃人一定深度后在钻头定心作用下，周向摆动明显下0.20.4时间/s0.60.8降，钻压作用下钻头轴向进尺较为均匀；复合冲击作用下，钻头整个切削过程较为均匀，轨迹呈螺旋趋势。对比钻进过程钻头轴向进尺，复合冲击钻进相比常规钻进机械钻速明显提高。1.0钻压转速摆动定心一中心轨迹俯视！86420249086-4-20 2468x/mma常规钻进轨迹图9PDC钻头不同钻进条件下钻进轨迹PDC钻头钻进过程中钻杆最大应力（Mises)如人深度较小，其钻杆应力变化较为平滑。复合冲击图10 所示（钻进过程中钻杆发生扭转变形，钻头转作用下PDC钻头单次进尺大，岩石切削反力大，但角相对于转盘滞后一定角度，为便于分析，取转盘转在扭转冲击作用下PDC钻头能够快速破碎岩石，使动角度作为坐标轴），常规钻进时由于PDC钻头吃钻杆应力呈波动状态。螺旋进尺外圈轨迹1001俯视500-50-100-150-200-50050,100150200250 x/mm转速复合冲击中心轨迹外圈轨迹俯视10064202500uu-50-100-4-6-8-8-6-4-2 0 2 4 6 8x/mmb复合冲击钻进轨迹俯视-150-200-500050100150200250 x/mm18石油矿场机械2023年9 月90165120110150550F18055210110165L提取岩石圆周节点处（路径位置如图11所示），常规钻进和复合冲击钻进岩石破碎过程最大主应力值（拉应力为正，压应力为负），PDC钻头破岩过程为圆周运动，不同时刻圆周节点最大主应力分布如图12 所示。9016560平抱傷ad300-d330240300270a常规钻进图10PDC钻头钻进过程钻杆最大应力情况120羊玛110550-18055210110165L60150240b复合冲击钻进20270b30C0-d330300270图11岩石节点区域90常规钻进12060复合冲击钻进“02015002018020021020L12020r1500F2018020021020L240d 0.4 s9012020斤301500F20018020033021020L240300270a 0.1 s90破碎区270906012020r30150-200180-2033021020L240300270b 0.2 s906012020厂301500F-200180-200F33021020L30060N240270c 0.3 s906012020301500F20萨区0330240300270e0.5s30033030060180破碎区-20021020L300330240300270f0.6 s第52 卷第5期邓银江，等：PDC钻头复合冲击钻进动力学研究.1990120201500-20180-20021020L240g 0.7 s由图12 可知：1）0.1s 时。岩石处于变形阶段，此时岩石所受最大主应力基本为负值，即主要受压应力，发生弹性变形。在常规钻进和复合冲击钻进作用下，圆周路径上岩石单元应力分布大致相同。由于复合冲击钻进存在轴向和扭转冲击载荷，其应力波动略大于常规钻进。2）0.2 0.3 s 时。岩石处于裂纹发生阶段，该过程中岩石单元所受应力出现大量正值，即岩石所受应力大多为拉应力。复合冲击钻进过程中拉应力圆周分布更加密集，且应力幅值较大，其原因为复合冲击钻进过程中，PDC钻头在钻压、转速作用下，额外受到轴向和扭转冲击作用，辅助载荷作用下PDC钻头更容易吃人岩石地层形成有效切削。3）0.4s 时。复合冲击作用下岩石已经开始破碎，出现较小的破碎坑，部分区域已形成稳定切削，应力波动明显降低，此时常规钻进还处于裂纹发生阶段，应力波动较大。4）0.5s 时。复合冲击作用下，岩石已经形成较大的连续破碎，此时常规钻进才刚开始出现破碎坑。5）0.6 s 时。复合冲击作用下，岩石已经发生大量破碎，仅有个别网格未发生破坏，此时常规钻进才刚开始出现较小的零散破碎坑。6）0.7 s 时。复合冲击作用下，岩石已经完全破碎，而常规钻进直至1s时才完全破碎。通过对比分析可以得出，复合冲击作用下岩石90601202030150%0-20180-20F033021020L30027090601202030150%02018020033020L240300270h 0.8 s图12 不同时刻岩石节点处最大主应力分布图裂纹发生快，且更容易产生体积破碎，钻进时间相对于常规钻进可提速3 0%左右，岩石表面能够形成连续均匀的破碎坑，故复合冲击钻进机械钻速高于常规钻进，且能够形成平整的井底形态。4结论1）建立了PDC钻头破岩理论模型和数值分析模型。这2 种模型分析的PDC钻头钻进过程转速平均值误差为1.4%，能够满足工程误差允许要求。2）常规钻进过程中PDC钻头切削振动较大，但钻柱应力变化较为平缓，岩石破碎过程中大多以抗拉破坏为主，部分区域以抗压破坏。3）复合冲击钻进过程中PDC钻头呈螺旋进尺，机械钻速更快。但是，切削过程中岩石反力大，钻柱应力波动较大，岩石绝大多数以抗拉破坏，仅有个别区域以抗压破坏。复合冲击作用下岩石裂纹发生更快，且岩石呈体积破碎，能够产生较为平整的井底形态。参考文献：1时光。深层油气资源开发仍有潜力待挖掘J中国石油企业，2 0 2 2，446（6)：51.2徐小荷，余静岩石破碎学M北京：煤炭工业出版社，19 8 4.3付加胜，李根生，田守憎，等液动冲击钻井技术发展与应用现状J.石油机械，2 0 14，42（6）：1-6.4柳贡慧，李玉梅，李军，等复合冲击破岩钻井新技：6030210330240300270i0.9s2023年第52 卷第5期第2 0 页文章编号：10 0 1-3 48 2（2 0 2 3)0 5-0 0 2 0-0 6石油矿场机械OILFIELDEQUIPMENT2023,52(5):20-25机械式可变径清管器结构设计与受力分析林志豪，周渝欣，孙巧雷，熊俊伟，边静，张景涵（长江大学机械工程学院，湖北荆州43 40 2 3）摘要：针对在役输油管道结蜡问题，设计了具有射流和可变径的机械清管器。该清管器可以适应管径变化，在弯道处实现拐弯。刮蜡器本体及射流孔的设计能有效解决清管器在运行过程中的卡堵问题，减小运行阻力，提高输送效率。以运行过程中的清管器为研究对象，建立清管器扶正装置的力学分析模型，以及主要承载部件的抗拉、扭转和三轴应力计算模型，结合ANSYS软件仿真分析在管壁压力作用下清管器的力学行为。研究结果表明：设计的清管器满足常规作业工况需要，装配块的应力随着承载力的增大而增大，增大装配块支撑板的厚度能减小其结构应力。关键词：可变径；清管器；结构设计；强度分析中图分类号：TE973+.+.+术J石油钻探技术，2 0 16，44（5）：10-15.5 Xu Z,Jin Y,Hou B,et al.Rock breaking model un-der dynamic load with the application of torsional andaxial percussion hammerC/International PetroleumTechnology Conference.OnePetro,2016.6 闫炎，管志川，玄令超，等复合冲击条件下PDC钻头破岩效率试验研究J石油钻探技术，2 0 17，45(6):24-30.7 彭旭煤矿井下复合冲击螺杆钻具高效破岩机理研究D.北京：煤炭科学研究总院，2 0 2 1.8Richard T,Germay C,Detournay E.A simplifiedmodel to explore the root cause of stick-slip vibra-tions in drilling systems with drag bitsJ.Journal ofsound and vibration,2007,305(3):432-456.9 祝效华，罗衡，贾彦杰考虑岩石疲劳损伤的空气冲旋钻井破岩数值模拟研究J岩石力学与工程学报，文献标识码：A+doi:10.3969/j.issn.1001-3482.2023.05.003+2012,31(4)：7 54-7 6 1.10 步玉环，燕修良，金业权，等，油气井工程设计与应用M东营：中国石油大学出版社，2 0 17.11刘金龙，栾茂田，许成顺，等Drucker-Prager准则参数特性分析J岩石力学与工程学报，2 0 0 6（S2）：4009-4015.12文刘世涛，程培峰基于ABAQUS土体数值分析的本构模型J低温建筑技术，2 0 10，3 2（2）：9 0-9 2.13满林涛，李守巨盘形滚刀破岩过程有限元数值模拟J.工程建设，2 0 11，43(4)：1-5.14 谢豆.深部硬地层PDC-牙轮复合钻头破岩机理研究D.成都：西南石油大学，2 0 16.15龙芝辉，张锦宏钻井工程M北京中国石化出版社，2 0 10.16李玉梅，张涛，苏中，等.复合冲击频率配合特性模拟研究J石油机械，2 0 19，47（9：3 0-3 6.收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 3基金项目：湖北省自然科学基金“动边界作用下的深水管中管接触碰撞特性研究”（2 0 2 1CFB180）；湖北省高价值知识产权培育工程（专利类)项目“海洋油气钻完井关键工具研制及应用研究”（2 0 2 10 10 1)”；湖北省高等学校省级教学研究项目“海洋强国战略背景下的海洋油气钻采设备概论课程教学研究与实践”（2 0 2 12 7 6)联合资助。作者简介：林志豪（2 0 0 2-），男，广东茂名人，研究方向：机械设计与石油装备技术，E-mail:。通讯作者：孙巧雷（19 9 0-），男，副教授，博士，硕士生导师，主要从事海洋油气装备设计与仿真、管柱力学、油气钻完井工具设计开发与诊断等方面的教学与科研工作，E-mail：s u n q i a o l e i 16 3.c o m。