基于转阀配流的水力振荡减阻机理研究

发布时间：2017-06-15 08:04

  本文关键词：基于转阀配流的水力振荡减阻机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水平钻井时,大曲率井眼、长水平井段和小井眼井中钻柱与井壁之间的摩擦将导致出现“粘卡”现象而无法施加钻压,诱发井下事故,影响钻进效率。基于转阀配流的水力振荡减阻技术通过钻具自激发一定频率和强度的振动,将钻柱与井壁之间的静摩擦转化为动摩擦,可显著降低钻柱阻力,提高钻进效果,具有良好的发展前景。本文对其工作机理进行了研究,取得了一些研究成果。论文首先在调研国内外水力振荡器机构和工作机理的基础上,确定了转阀配流+涡轮驱动+弹簧振荡复位的水力振动器的基本工作原理,通过结构分析,对配流阀压力流量特性模型、钻柱轴向振动模型和水击压力模型等水力振荡的机理进行了数学建模研究。基于AMESet多学科协同仿真软件,结合前述数学模型,在对水力振荡器的振动模型和配流阀模型进行个性化开发的基础上,建立了水力振荡器的系统模型,并利用AMESim软件进行了仿真研究,分析了振动位移、振动频率、流量等参数下的激振力变化规律,为水力振荡减阻机理的实验研究奠定理论基础。依据仿真结果,设计出了包括转阀短节、动力短节和振荡短节等部分在内的水力振荡减阻工具,对相关的主要钻具参数进行了计算和校核,并据此简化设计出了振荡减阻机理的实验装置,开展了相关的实验研究,对实验装置的入口压力、出口压力、振动位移以及振动频率等参数进行测试和分析。实验结果表明:振荡频率,振幅和激振力等随输入流量增大而增大,流量调节范围和工具适用频率范围受到配流阀结构限制,频率在一个范围内增大时,减阻效果随之增强,不同工况必须使用不同配流阀结构的水力振荡器。根据该实验结果和仿真结果的对比分析,提出了以满足小井眼小流量钻进为目的,加强减阻效果的水力振动器优化设计方案和思路,对进一步完善水力振荡器的结构设计,输出特性研究以及适用范围的研究提供了有价值的参考依据,为后续该型水力振荡器的研究奠定了基础。
【关键词】：水平井 振荡减阻 水力振荡器 配流阀 AMESim
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P634
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景与意义10
• 1.2 井底减阻方法10-12
• 1.2.1 轨迹控制方法减阻10-11
• 1.2.2 使用润滑剂减阻11
• 1.2.3 井底工具振荡减阻11-12
• 1.3 水力振荡器研究现状12-18
• 1.3.1 轴向水力振荡器12-17
• 1.3.2 径向水力振荡器17
• 1.3.3 双向水力振荡器17-18
• 1.4 主要研究内容18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 第2章 水力振荡器设计理论与数学模型20-31
• 2.1 输出特性模型假设20
• 2.2 配流阀压力流量特性20-24
• 2.3 钻柱轴向振动模型24-29
• 2.4 水击压力模型29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于AMESim的水力振荡仿真研究31-44
• 3.1 水力振荡器系统建模方法31
• 3.2 水力振荡器系统建模31-36
• 3.2.1 振动模型31-32
• 3.2.2 配流阀模型32-35
• 3.2.3 水力振荡器系统模型35-36
• 3.3 水力振荡器系统模型仿真分析36-43
• 3.3.1 参数设置36-37
• 3.3.2 配流阀模型分析37
• 3.3.3 振动位移分析37-39
• 3.3.4 振动速度与减阻效果39-41
• 3.3.5 激振力分析41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 水力振荡减阻实验装置设计44-61
• 4.1 设计基本要求44-45
• 4.2 配流阀设计45-54
• 4.2.1 偏心孔阀与中心孔阀配流45-49
• 4.2.2 双偏心孔阀配流49-51
• 4.2.3 扇形孔阀配流51-53
• 4.2.4 配流阀对轴向力的影响53-54
• 4.3 动力短节设计54-56
• 4.4 振荡短节设计56-60
• 4.4.1 控制振荡速度减阻模型56-57
• 4.4.2 实验装置振荡部分设计57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 水力振荡器实验研究与优化设计61-77
• 5.1 实验方案设计61-63
• 5.2 实验装置试运行63-64
• 5.3 特性参数测试实验64-68
• 5.3.1 整机测试实验64-65
• 5.3.2 压力测试65-67
• 5.3.3 振动频率测试67
• 5.3.4 振动位移测试67-68
• 5.4 实验结果分析68-74
• 5.4.1 振幅和振动频率分析68-72
• 5.4.2 压降分析72-74
• 5.5 水力振荡器的优化设计74-75
• 5.6 本章小结75-77
• 第6章 结论与展望77-79
• 6.1 本文结论77
• 6.2 展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 附录84-87

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本文编号：451851