测井畅通器传动系统分析与仿真研究

发布时间：2020-07-16 12:12

【摘要】：测井在石油钻井工程中发挥着重要作用,可以为油田开发提供有效的数据支持。近年来,由于钻井提速,井下条件日益复杂,测井施工难度不断加大,井下遇阻、遇卡故障出现的次数不断增加。论文针对井眼不规则所产生的测井遇阻问题,研制出测井畅通器。当仪器在井下遇阻时,钻头在畅通器控制下根据井斜自动修正、疏通井道,使测井仪器顺利下井,论文对测井畅通器设计分析,并对其传动系统进行研究。针对5.5寸井眼实际调研情况,分析了测井畅通器的技术要求,设计畅通器整体机械结构。确定畅通器传动方案,选择合理的构型,对行星传动机构进行分析与设计;确定行星轮系的主要结构参数,初步建立测井畅通器数字化模型,对其进行装配干涉分析,保证模型装配的正确性。完成轮系受力分析,以低速级齿轮啮合副为例求解其受力情况,校核低速级轮系的齿面及齿根强度要求;完成关键部件行星架的力学分析,得到其受力情况和最大等效应力;分析影响负载阻矩的主要因素,得出两因素分布下的负载阻矩变化情况,并基于论文所研究测井畅通器粗算井下负载。应用ABAQUS建立有限元力学仿真模型,采用不同分析步分别模拟传动机构啮合副动态接触分析,获得各啮合齿轮的齿面接触应力与齿根弯曲应力,将两种仿真分析结果分别与理论值比较,验证各个齿轮的强度要求;对行星架强度进行有限元仿真分析,结合理论值校核行星架强度,验证传动机构设计合理性。有限元分析为结构改进和性能优化提供重要依据和参考。建立测井畅通器三级传动系统动力学模型,由实际工况添加合理运动副和驱动,对模型进行动力学仿真分析,并求解相关啮合参数,分析各级传动转速扭矩运动仿真结果;以低速级太阳轮与行星轮啮合副为例具体分析齿轮啮合力,对比仿真值与理论值分析系统力学传递情况;研究不同负载下啮合力变化情况,为机构的加载问题提供参考,保证传动的可靠性。最后,结合理论设计和仿真分析完成样机的研制。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD175
【图文】：

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在过去的三十年里，中国经济飞速发展，石油消费稳步增长。据数据统计，2008～6 年间，我国石油消费量从 3.65 亿吨增至 5.78 亿吨，累计增长百分点为 58.34%[1]。计在 2027 年可以增至峰值，大约为 6.7 亿吨，且逐年年均增长率可达 2%，在 2035石油消费量持续增加处于高位。在全球交通能源使用占比中，到2050年仍高达83.5%[2]。石油不仅仅是燃烧的价值，更是各个国家极其重要的战略资源[3]。1927 年法国斯伦贝谢公司提出了测井技术的概念，1939 年中国石油工业采用了测井。经过 70 多年的发展，测井技术从简单的模拟测井发展到数字测井，再发展到数控，最后发展到成像测井。测井技术为油气藏的寻找和评价提供有价值的资料，同时，探煤炭、金属等其他矿产资源时，测井技术作为重要手段起到非常重要作用，在其程领域也逐渐得到应用，解决了一系列地质问题[4]。经过数年来科研人员的不断努我国在石油测井技术方面的研究取得了丰富成果与大量实践经验[5]。由于经济发展需求量越来越大，开采深度也持续增加，开采难度也不断增加，特别是一些较为隐层，为获得准确的地质情况，使用测井技术需要保证科学合理，提高效率，避免不的时间成本浪费。测井之前要确保施工场地、井台、电力、吊装设备、动力等设施境满足作业要求，测井过程示意如图 1.1 所示。

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他外在音源干扰，导致所测定出的数据精度偏低。（3）成像测井技术成像测井技术是一门综合性相对较强的测井技术[8]，实际工程应用过程中相关电子成像仪，磁共振成像仪，声波成像仪等使用较多，还需要相关联的配套设机和数据分析仪器。作为一种高精尖的测井技术，借助成像技术所得到地质图，易于理解而且包含的相关信息十分全面，是一种专业性极高的测井技术。缺际运用过程中，操作设备设施复杂繁多，操作繁多，对技术要求高且成本较高（4）电法测井技术当前我国应用较多的测井方法是电法测井技术[9]。电法测井技术的特点是测试，且不同方法适用性不同。故使用该方法时需要准确判断井下及附近情况，根质环境提供合理的测井方案，确保测试精度。和其他测井技术相比较而言，电灵活多变，工程应用范围广泛。（5）同位素测井技术同位素测井是借助放射性元素进行测井工作，也叫做核测井技术，工程勘探人同位素技术对地质条件分析进而了解井内岩土的性质，利用同位素元素的放射行测井工作的核测井技术的应用大大提高油田开发时效和利用率。

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种井筒更容易在偏离角度超过30度的井中被堵塞。由于偏差过大，泥浆润滑性差泥饼之间的摩擦增大，导致阻力过大。由于井筒的结构原因，存在着许多井斜减小，或校正方向过快，从而在造斜段形成“狗腿”形孔。井眼轨迹不良不利器的通过。此时，如果测井仪器串太长，井眼轨迹会变差，则更容易遇阻[12]。井时仪器串遇阻下能顺利下到井底，在这种情况下，钻井施工队一般采取通井保井筒畅通、井壁规则，为下一次的测井作业提供保障。目前针对测井遇阻老常用的对策有以下几种。续管水力通井，这种技术的主要特点是井筒地下无需通井设备，采用该技术通，效率也比较高。水力通井缺点是通井潜入清水介质后进行全井段循环，对于要求较高，压力要求较大一般达到 20MPa 左右，导致地面操作难度加大，虽然较好，但成本较高[13]。械通井方案特点是低成本、低风险。机械式通井装置是利用加重杆带动锤头沿下的往复运动，导杆长度为运动行程，冲头在锤头的冲击力作用下冲击沉积的是加重杆直接带动冲头作上下往复的冲击运动，机械通井装置组成包括冲击装置置，减震装置，消振装置、加增重装置等，根据遇阻井深及具体情况可以组合动式通井装置、冲头同定式通井装置、打捞式通井装置等几套通井组合。

【参考文献】