水力加压器结构性能仿真分析与优化
发布时间：2021-12-29 03:54
在大位移井、水平井钻井作业过程中,钻铤施加给钻头的钻压接近于零,钻头受到轴向的振动激励,引起上部钻柱振动。国内外主要使用水力加压器解决钻头托压与钻柱振动问题,水力加压器将钻柱与下部钻具柔性连接,利用钻头水眼节流压降为钻头提供能量,从而减小钻柱耦合振动及钻压波动,有效地解决了跳钻、送钻不均匀等问题。现有的水力加压器工作行程短,工作中很难控制在行程工作段,只起到轴向减振作用,不能减小扭转振动;水力加压器密封结构在钻井液高速冲刷下,易造成冲蚀磨损,引起活塞腔内的钻井液泄露导致钻压下降甚至为零。针对上述问题,本文设计了一种新型水力加压器,并进行了有限元分析,本文完成的工作如下:（1）调研分析了水力加压器的发展情况,分析了水力加压器工作机理,确定水力加压器各部件的主要工作力学特点。分析了水力加压器的各种失效形式。（2）设计一种水力加压器,计算水力加压器扭矩传递机构与扭矩减振等机构尺寸及强度参数,绘制其装配图、零件图,完成水力加压器的三维实体造型和虚拟装配。（3）建立水力加压器缸套、芯轴、扭矩减振机构有限元仿真模型,利用ABAQUS有限元软件对水力加压器部件进行有限元分析,包括缸套、芯轴、扭矩减振...
【文章来源】：西南石油大学四川省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１钻井用水力加压器结构示意图??
?西南石油大学专业学位硕士研究生学位论文???１?２＿?生丄?ｉ?７?１?ｍ?１１?［２?１３?１４?１５?１６??１－上接头；２－—级缸套；３－—级活塞；４－回位弹簧；５－滑阀；６－—级活塞芯轴；７－Ｙ型密封圈；８－??锁紧螺母；９－二级活塞；１０－二级缸套；１１－二级活塞芯轴；１２－三级缸套；１３－?Ｙ型密封圈；１４－挡??瓦；１５－下接头；１６连接套??图１－２水平井水力加压器结构示意图??１９９７年大庆石油学院李子丰？为了简化钻进操作、便于控制井眼轨道、延长钻具的??使用寿命，提出了液力井斜控制减振——推进器，如图１－３，该工具有井斜控制、减振和??推进三大功能。通过调节钻井泵排量，工具可实现伸出和缩进，从而调节稳定器与钻头之??间的距离，从而改变钻具组合的造斜特性。但钻井液中的岩屑容易进入活塞密封间隙，??与密封圈摩擦，造成密封圈失效，使水力加压器失去加压功能。??１?Ａ?２?３?４??Ａ?Ａ－Ａ??卜缸套；２－稳定器；３－密封圈；４－内筒??图１－３液力井斜控制／减振／推进器结构示意图??１９９９年西南石油学院林元华［＿”建立了两种水力加压器钻压计算的数学模型，分别计??算了井下马达与水力加压器组合的钻压。在计算井下马达串联在水力加压器下方时，将??马达输出扭矩与马达压降关系简化为线性关系，综合考虑水力加压器芯轴与缸套、活塞??与缸套，水力加压器以下工具与井壁摩擦力，采用迭代法和压力平衡法分别计算出马达??压降和钻压。经川东北七里１９井的现场试验验证了两种算法的正确性。??１９９９西南石油学院林元华［５］分析了钻柱失效的原因，提出了在水力加压器下加适当??数量钻铤的方案，利用钻铤的轴向振
?水力加压器结构性能仿真分析与优化???１９９９年西南石油学院杜春常［７］设计了一种钻头水力脉冲加压器。解决了水力加压器??在深井中钻头压降小，钻压施加困难的问题。利用自激振荡脉冲接头产生水力脉冲射流，??改变井底流场压力状况，加快岩屑沿井眼环空上返速率，避免钻头对岩石重复切削，作??用在钻具上的脉冲压力对岩石产生冲击。提高了钻头岩石破碎效率。如图１－４所示。这??种水力加压器自激振荡脉冲接头易损坏，在深井中水功率损失大，接头产生的脉冲射流??能量较小，水力破岩、清岩能力大幅下降，导致机械钻速降低。??一．．…Ｌ?２＿Ｌ?…４?．??１－接头；２－活塞密封圈；３－液缸；４－活塞芯轴；５－配合接头??图１－４钻头水力脉冲加压器结构示意图??２００１年浙江大学李玉海［８］分析了钻柱的振动形式，建立了钻柱扭转、纵向振动的数??学模型，结合钻柱损坏的实际情况，认为振动是钻柱损坏的主要原因，并以此为根据，??提出水力加压器结构设计和现场实验。验证了水力加压器具有防斜打直、减振、加压的??功能。??２００２年江汉机械研宄所汪福华［９］针对Ｅａｓｔｍａｎ?Ｔｅｌｅｃｏ公司生产的液力推进器推力小，??不适合常规井眼水平井钻井等缺点，设计了?ＳＬ－１６０型液力加压器，根据钻进参数的要??求，利用优选活塞组件参数，以适应不同地层钻压、排量和喷嘴压降等的变化。该工具在??胜利油田盘４０－平１井１２０９？１４２２?ｍ井段、埕北２１—平１井３９４５．０４？４?３６４．２３?ｍ井段进??行试验，试验结果表明带有水力加压器的钻具钻压平稳，平均机械钻速分别为８．５ｍ／ｈ??和１０．５ｍ／ｈ。但这种水力加压器行程较短，只有４０ｃｍ，很难控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]C形双面组合密封装置密封性能分析[J]. 熊雄,周知进,罗先聪. 润滑与密封. 2018(11)
[2]42CrMo钢激光冲击诱导残余应力的数值模拟[J]. 陈彬. 井冈山大学学报(自然科学版). 2018(06)
[3]双三角滑环式组合密封的密封性能分析[J]. 童华,陈明旸. 润滑与密封. 2018(10)
[4]注水压力对胶筒密封性能的影响研究[J]. 周力,吕凤霞,袁惠新,杨贺,王伟辰. 工业安全与环保. 2018(08)
[5]考虑井壁摩擦随机性的钻柱动力学模型[J]. 田家林,杨应林,杨琳,吴志鑫,申彤,李蕾. 振动与冲击. 2018(11)
[6]C形滑环式组合密封的密封性能[J]. 刘清友,杨亚强,朱海燕,郑威,刘威. 润滑与密封. 2017(08)
[7]井下液力复合加压器的结构改进与力学分析[J]. 张锐尧,夏宏南. 石油机械. 2017(04)
[8]新型长冲程液力加压推进器设计[J]. 贾洋. 石油矿场机械. 2016(08)
[9]液力推进式钻井工具理论分析和流体仿真[J]. 张皓坤. 液压与气动. 2016(08)
[10]活塞式水下力传感器压力平衡装置力学特性分析[J]. 陈恩伟,杨历,曹永友,陆益民,刘正士,王勇. 中国机械工程. 2016(13)
博士论文
[1]钻柱粘滑振动非线性特征分析与鲁棒控制研究[D]. 巩全成.西北工业大学 2016
硕士论文
[1]连续油管小井眼侧钻加压送进装置设计与研究[D]. 李旭东.西安石油大学 2018
[2]液力推进式钻井工具理论分析与数字化样机设计[D]. 张皓坤.西安石油大学 2017
[3]海洋平台钻杆的升沉补偿装置原理与装备研究[D]. 康建伟.西安石油大学 2015
[4]DQ-90型顶部驱动系统方案研究[D]. 路通.兰州理工大学 2014
[5]钻柱减振避振器设计及性能研究[D]. 吴欢.燕山大学 2013
[6]下部钻具组合动力学分析[D]. 邹波.西南石油学院 2005
本文编号：3555349
【文章来源】：西南石油大学四川省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１钻井用水力加压器结构示意图??
?西南石油大学专业学位硕士研究生学位论文???１?２＿?生丄?ｉ?７?１?ｍ?１１?［２?１３?１４?１５?１６??１－上接头；２－—级缸套；３－—级活塞；４－回位弹簧；５－滑阀；６－—级活塞芯轴；７－Ｙ型密封圈；８－??锁紧螺母；９－二级活塞；１０－二级缸套；１１－二级活塞芯轴；１２－三级缸套；１３－?Ｙ型密封圈；１４－挡??瓦；１５－下接头；１６连接套??图１－２水平井水力加压器结构示意图??１９９７年大庆石油学院李子丰？为了简化钻进操作、便于控制井眼轨道、延长钻具的??使用寿命，提出了液力井斜控制减振——推进器，如图１－３，该工具有井斜控制、减振和??推进三大功能。通过调节钻井泵排量，工具可实现伸出和缩进，从而调节稳定器与钻头之??间的距离，从而改变钻具组合的造斜特性。但钻井液中的岩屑容易进入活塞密封间隙，??与密封圈摩擦，造成密封圈失效，使水力加压器失去加压功能。??１?Ａ?２?３?４??Ａ?Ａ－Ａ??卜缸套；２－稳定器；３－密封圈；４－内筒??图１－３液力井斜控制／减振／推进器结构示意图??１９９９年西南石油学院林元华［＿”建立了两种水力加压器钻压计算的数学模型，分别计??算了井下马达与水力加压器组合的钻压。在计算井下马达串联在水力加压器下方时，将??马达输出扭矩与马达压降关系简化为线性关系，综合考虑水力加压器芯轴与缸套、活塞??与缸套，水力加压器以下工具与井壁摩擦力，采用迭代法和压力平衡法分别计算出马达??压降和钻压。经川东北七里１９井的现场试验验证了两种算法的正确性。??１９９９西南石油学院林元华［５］分析了钻柱失效的原因，提出了在水力加压器下加适当??数量钻铤的方案，利用钻铤的轴向振
?水力加压器结构性能仿真分析与优化???１９９９年西南石油学院杜春常［７］设计了一种钻头水力脉冲加压器。解决了水力加压器??在深井中钻头压降小，钻压施加困难的问题。利用自激振荡脉冲接头产生水力脉冲射流，??改变井底流场压力状况，加快岩屑沿井眼环空上返速率，避免钻头对岩石重复切削，作??用在钻具上的脉冲压力对岩石产生冲击。提高了钻头岩石破碎效率。如图１－４所示。这??种水力加压器自激振荡脉冲接头易损坏，在深井中水功率损失大，接头产生的脉冲射流??能量较小，水力破岩、清岩能力大幅下降，导致机械钻速降低。??一．．…Ｌ?２＿Ｌ?…４?．??１－接头；２－活塞密封圈；３－液缸；４－活塞芯轴；５－配合接头??图１－４钻头水力脉冲加压器结构示意图??２００１年浙江大学李玉海［８］分析了钻柱的振动形式，建立了钻柱扭转、纵向振动的数??学模型，结合钻柱损坏的实际情况，认为振动是钻柱损坏的主要原因，并以此为根据，??提出水力加压器结构设计和现场实验。验证了水力加压器具有防斜打直、减振、加压的??功能。??２００２年江汉机械研宄所汪福华［９］针对Ｅａｓｔｍａｎ?Ｔｅｌｅｃｏ公司生产的液力推进器推力小，??不适合常规井眼水平井钻井等缺点，设计了?ＳＬ－１６０型液力加压器，根据钻进参数的要??求，利用优选活塞组件参数，以适应不同地层钻压、排量和喷嘴压降等的变化。该工具在??胜利油田盘４０－平１井１２０９？１４２２?ｍ井段、埕北２１—平１井３９４５．０４？４?３６４．２３?ｍ井段进??行试验，试验结果表明带有水力加压器的钻具钻压平稳，平均机械钻速分别为８．５ｍ／ｈ??和１０．５ｍ／ｈ。但这种水力加压器行程较短，只有４０ｃｍ，很难控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]C形双面组合密封装置密封性能分析[J]. 熊雄,周知进,罗先聪. 润滑与密封. 2018(11)
[2]42CrMo钢激光冲击诱导残余应力的数值模拟[J]. 陈彬. 井冈山大学学报(自然科学版). 2018(06)
[3]双三角滑环式组合密封的密封性能分析[J]. 童华,陈明旸. 润滑与密封. 2018(10)
[4]注水压力对胶筒密封性能的影响研究[J]. 周力,吕凤霞,袁惠新,杨贺,王伟辰. 工业安全与环保. 2018(08)
[5]考虑井壁摩擦随机性的钻柱动力学模型[J]. 田家林,杨应林,杨琳,吴志鑫,申彤,李蕾. 振动与冲击. 2018(11)
[6]C形滑环式组合密封的密封性能[J]. 刘清友,杨亚强,朱海燕,郑威,刘威. 润滑与密封. 2017(08)
[7]井下液力复合加压器的结构改进与力学分析[J]. 张锐尧,夏宏南. 石油机械. 2017(04)
[8]新型长冲程液力加压推进器设计[J]. 贾洋. 石油矿场机械. 2016(08)
[9]液力推进式钻井工具理论分析和流体仿真[J]. 张皓坤. 液压与气动. 2016(08)
[10]活塞式水下力传感器压力平衡装置力学特性分析[J]. 陈恩伟,杨历,曹永友,陆益民,刘正士,王勇. 中国机械工程. 2016(13)
博士论文
[1]钻柱粘滑振动非线性特征分析与鲁棒控制研究[D]. 巩全成.西北工业大学 2016
硕士论文
[1]连续油管小井眼侧钻加压送进装置设计与研究[D]. 李旭东.西安石油大学 2018
[2]液力推进式钻井工具理论分析与数字化样机设计[D]. 张皓坤.西安石油大学 2017
[3]海洋平台钻杆的升沉补偿装置原理与装备研究[D]. 康建伟.西安石油大学 2015
[4]DQ-90型顶部驱动系统方案研究[D]. 路通.兰州理工大学 2014
[5]钻柱减振避振器设计及性能研究[D]. 吴欢.燕山大学 2013
[6]下部钻具组合动力学分析[D]. 邹波.西南石油学院 2005
本文编号：3555349
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