钻井用射流振荡器的结构设计与仿真

发布时间：2020-04-08 21:13

【摘要】：随着各个油田中大位移井、水平井以及水平分支井的应用越来越多,大位移井段和水平井段也大幅度的增加,钻进过程中管柱与壁面间的摩阻过大,钻压传递困难,容易造成钻柱托压,严重时会导致钻柱弯曲或螺旋屈曲。为解决钻柱弯曲或屈曲问题,国内外研发了各式各样的降摩减阻工具。应用水力振荡器就是一个代表,它能够将管柱与壁面间的静摩擦转变为动摩擦,达到降低摩阻的目的,提高了钻进速度和效率。现场所用的水力振荡器在提升了钻进速度的同时,也暴露水力振荡器的零件冲蚀严重、高频振动影响LWD信号采集等诸多问题。为解决现场所用水力振荡器存在的不足,研究了一种新型钻井用射流振荡器。本文针对钻井用射流振荡器开展了结构设计和仿真研究,主要完成射流振荡器的结构设计、射流振荡器的工作仿真、射流振荡器的流固耦合仿真、射流振荡器的冲蚀模拟仿真。具体内容如下:根据国内外文献调研,分析国内外相关技术特点,根据实际情况确定射流振荡器的结构。完成射流振荡器的整体结构设计,并完成射流振荡器的三维模型建立。完成了射流振荡器的工作仿真分析。对一定尺寸参数下的射流振荡器进行工作仿真分析,完成其工作原理仿真,验证了其原理的可行性。并完成了射流振荡器的工作参数和主要结构尺寸参数的单因素敏感性分析,分别分析了钻井液流量、密度、内部流道厚度、振荡短节出口直径、劈距和劈尖对射流振荡器工作性能的影响。为射流振荡器的基础理论研究提供参考。完成了振荡短节的流固耦合计算仿真研究。在射流振荡器流体仿真基础上,在不同内部流道中的流体运动状态下,分别计算工具受到的流体载荷作用下的应力和应变。在产生最大轴向力和最小轴向力状态下,得到工具在正常工作情况下受到流体冲击载荷范围,并完成了射流振荡器的结构强度校核。为射流振荡器的结构设计和优化提供理论基础。完成了射流振荡器的冲蚀仿真模拟。在射流附壁状态和射流切换状态下,分别对射流振荡器进行了冲蚀影响分析。在射流附壁状态下,冲蚀率最大处出现在漩涡腔内壁;在射流切换状态下,冲蚀率最大处出现在劈尖顶端。研究为射流振荡器的结构优化设计提供理论基础。
【图文】：

图 1-1 威德福滚子减阻器Fig.1-1 Weatherford roller drag reducer器主要由本体接头，内衬套筒和铸铁外壳三部分组成。减头相连，接头上轴颈处表面有一种特殊镀层，与内套筒连足降摩减阻要求。内套筒由复合材料制作，当工具正常工头通过特殊卡槽连接，由于内套筒表面光滑可以降低转动铁外壳上的滚轮与井壁接触，由于滚轮凸出于工具，滚轮了钻柱与井壁之间的摩阻。并且由于滚轮的运动，工具与擦力从静摩擦变为动摩擦而降低。滚子减阻器有效地降低井段的钻进摩阻。

图 1-1 威德福滚子减阻器Fig.1-1 Weatherford roller drag reducer主要由本体接头，，内衬套筒和铸铁外壳三部分组成。相连，接头上轴颈处表面有一种特殊镀层，与内套筒降摩减阻要求。内套筒由复合材料制作，当工具正常通过特殊卡槽连接，由于内套筒表面光滑可以降低转外壳上的滚轮与井壁接触，由于滚轮凸出于工具，滚钻柱与井壁之间的摩阻。并且由于滚轮的运动，工具力从静摩擦变为动摩擦而降低。滚子减阻器有效地降段的钻进摩阻。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O358

【参考文献】

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本文编号：2619836