平板式钻井液叠层筛网自由振动探究

于洪波

（大庆钻探工程公司机械修理厂技术研发中心，黑龙江 大庆 163413）

由于近几年平板式钻井液叠层筛网应用情况越发广泛，在平板式钻井液叠层筛网中结构与安装的实际参数，都可以对自由振动情况造成些许影响，这种影响能够作为平板式钻井液叠层筛网设计与应用的基础数据。为了更加明确平板式钻井液叠层筛网各种参数对于自由振动情况实际影响，以下将螺栓紧绷作为安装方式，通过构建出平板式钻井液叠层筛网模型作为基础，在此基础上，分析平板式钻井液叠层筛网模型中各类参数与自由振动之间实际影响与影响程度。

1 平板式钻井液叠层筛网理论探究

在钻井液振动筛中，筛网属于执行筛除工作的关键部分，但也属于振动筛中最容易出现破损的部件之一。而平板式钻井液叠层筛网的筛除效果与筛网动力特性、应用年限等多方面息息相关，为了促使平板式钻井液叠层筛网应用效果更加显著，就需要针对平板式钻井液叠层筛网运转原理、主要结构以及各类参数展开探究，但实际上，平板式钻井液叠层筛网自由振动也属于较为关键的探究重点。目前，对于平板式钻井液叠层筛网自由振动研究，基本上都是20世纪末的相关研究，其中大部分研究对象都是单层、勾边以及普通叠层这种筛网，这几种筛网基本都是通过不锈钢丝编制而来，但不锈钢丝自身的实际刚度较低，这就会促使真个筛网较为柔软，橡胶支撑与筛网之间剪力与弯矩也会因此较小。近几年，我国开始增加科技研发力度，如今最常用的筛网已经是平板式钻井液叠层筛网，这种筛网是在金属板之中黏连两层或三层不锈钢，实际刚度远比以上提到的几种筛网更高，但由于需要重新考量剪力与弯矩对于自由振动频率实际影响，以往对这方面的研究内容就显得有些不够充实。目前，对于平板式钻井液叠层筛网自由振动方面的相关研究较为稀少，也没有较明确的研究模式，因此，以下便将平板式钻井液叠层筛网刚度大这种特点作为基础，进一步探究安装与结构两种参数对于平板式钻井液叠层筛网自由振动频率实际影响。

2 平板式钻井液叠层筛网自由振动构建模型

为了确定平板式钻井液叠层筛网参数对自由振动的实际影响，以下通过螺栓紧绷这种方式，构建出平板式钻井液叠层筛网基础模型，模型详情如图1所示。

图1 平板式钻井液叠层筛网模型详情图

在以上图1之中，1代表筛网；2代表橡胶支撑；3代表螺栓紧绷结构；4代表筛箱。通过这种方式就能构建出平板式钻井液叠层筛网简化模型，但由于橡胶支撑在开展筛除工作中，基本只会出现弹性较小的变形情况，因此，在简易模型中便可将橡胶支撑作为线性支撑。

3 平板式钻井液叠层筛网自由振动模型探究

根据以上简易模型，任意挑选随意型号的平板式钻井液叠层筛网，其中筛网实际长度为1052mm、实际宽度为700mm、实际厚度为5mm、实际密度为7852kg/mm3、弹性为20MPa。那么，通过以上螺栓绷紧方式所构建的平板式钻井液叠层筛网模型中，就应该具备九个橡胶支撑，在两个橡胶支撑之间实际跨度完全相同，支撑刚度约为46000N/m左右。在针对模型数据展开分析时，分别在平板式钻井液叠层筛网宽度中选取三个方向，以及螺栓的预紧力为50kN时，这四个阶段确定平板式钻井液叠层筛网自由振动固定频率。详情如以下表1所示：

表1 平板式钻井液叠层筛网四个阶段固定频率详细表

由于本文研究重点为平板式钻井液叠层筛网自由振动，以下便针对平板式钻井液叠层筛网安装与结构这两方面的参数变动，可能对于自由振动的实际影响展开探究。

3.1 单参数变动对于筛网振动影响

在确定平板式钻井液叠层筛网具备九个橡胶支撑，且支撑刚度为46000N/m左右以后，当螺栓的预紧力有所不同时，对于平板式钻井液叠层筛网自由振动频率影响也会各不相同，在螺栓的预紧力持续增加时，平板式钻井液叠层筛网自由振动频率会随之增加，并属于一种递进状态持续增加，由此可知，螺栓的预紧力对于平板式钻井液叠层筛网自由振动频率影响情况较为严重，但由于在以上将平板式钻井液叠层筛网分为四个阶段，当筛网处于第一阶段时自由振动频率约为220Hz左右，这比正常的钻井液振动筛自由振动频率还高，因此，不会出现共振情况。虽然以上已经确定平板式钻井液叠层筛网橡胶支撑数量，但实际上在刚开始构建模型时，随着橡胶支撑数量增加，平板式钻井液叠层筛网自由振动频率也开始随之增加，由此可知，橡胶支撑数量对于平板式钻井液叠层筛网自由振动频率也会产生一定影响，当橡胶支撑数量增加为相应数值后，平板式钻井液叠层筛网自由振动频率也会随之处于恒定状态，这种情况下，对于自由振动频率基本没有任何影响。此外，在刚开始安装橡胶支撑时，在模型中橡胶支撑刚度几乎为0，这时便可当作模型中不存在橡胶支撑，但随着橡胶支撑数量安装的同时，橡胶支撑刚度也在随之增加，当橡胶支撑刚度小于或等于10000N/m时，平板式钻井液叠层筛网自由振动频率基本没有任何变化，但随着橡胶支撑刚度增加到40000N/m之上时，平板式钻井液叠层筛网自由振动频率也开始有所提升，由此可知，平板式钻井液叠层筛网自由振动频率会随着橡胶支撑刚度而增加。

3.2 双参数变动对于筛网振动影响

在确定平板式钻井液叠层筛网具备九个橡胶支撑，且支撑刚度为46000N/m左右以后，当平板式钻井液叠层筛网中安装的橡胶支撑数量与刚度有所不同时，平板式钻井液叠层筛网自由振动频率影响会完全不同，在橡胶支撑弹簧刚度较低时，对于平板式钻井液叠层筛网自由振动频率影响并不是十分明显，随着后续橡胶支撑弹簧刚度增加后，对于自由振动频率影响就会越发明显。当平板式钻井液叠层筛网中安装的橡胶支撑刚度与螺栓的预紧力有所不同时，螺栓的预紧力对于平板式钻井液叠层筛网自由振动频率影响，不会因橡胶支撑刚度高低出现明显变化，但如果橡胶支撑刚度开始增加时，螺栓的预紧力对于平板式钻井液叠层筛网自由振动频率影响反倒会下降。除此之外，当平板式钻井液叠层筛网中安装的橡胶支撑弹簧刚度与螺栓的预紧力有所不同时，如果橡胶支撑数量开始出现变动的同时，螺栓的预紧力无论出现增加变动还是下降变动，对于平板式钻井液叠层筛网自由振动频率影响情况基本不会出现任何变动，但可能会随着不同阶段而出现递增情况。

4 结语

综上所述，螺栓的实际预紧力可以对平板式钻井液叠层筛网固定频率起到递增效果，在固定频率有所增加时，螺栓预紧力的影响效果会更大。当橡胶的支撑数量降低时，平板式钻井液叠层筛网所受影响会更大，但如果橡胶的支撑数量有所增加时，却不会对平板式钻井液叠层筛网固定频率造成较大影响，但如果橡胶的支撑刚度为10000N/m之内，对于平板式钻井液叠层筛网几乎没有任何影响，如果橡胶的支撑刚度增加到10000N/m之上时，对于平板式钻井液叠层筛网影响就会越发明显。