扭力冲击器的工作机理与实验研究

发布时间：2017-11-17 20:21

  本文关键词：扭力冲击器的工作机理与实验研究

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【摘要】：随着深井、超深井的开发和普及,钻柱粘滑、卡钻问题日益成为了钻井急需解决的一个课题。因此,为了解决钻柱粘滑、卡钻现象,国内外学者进行了大量的研究。本文在研究粘滑现象的基础上,发现了在不改变钻柱受力的前提下,无法从根本上解决钻柱粘滑问题。为了改变钻柱系统受力,本文设计了一种新型的井下工具(扭力冲击器),并利用机械设计、力学分析、数学以及实验等研究方法对扭力冲击器展开了以下研究：详细介绍了扭力冲击器的结构设计和工作原理,这为扭力冲击器运动学分析提供了基础。根据扭力冲击器的结构对该工具进行了性能特点的分析,由分析可知,扭力冲击器能够将部分钻井液的液压能转换为机械能,产生周期性的、往复扭矩,并传递给钻头,改变了钻柱系统受力情况,提高钻头破岩能力和机械钻速。根据运动特性不同,将扭力冲击器关键部件进行分类研究,主要的研究重点是扭力冲击器的碰撞频率,液压锤、拨叉开关、阀体的角速度和角位移。根据产生扭矩的不同,将扭力冲击器的扭矩进行分类研究,得出了扭力冲击器的平均扭矩,并在此基础上,建立了冲量响应的振动模型。根据以上研究的结果结合特定工况条件,研究了扭力冲击器下的钻柱振动模型,并在此基础上,建立了PDC钻头切削齿的磨损模型。由此可知,扭力冲击器作用下的钻柱振动,其角位移和角速度都呈波动状；而扭力冲击器作用下的切削齿磨损较小。为了验证本文方法的理论研究模型,本文对扭力冲击器进行了实验研究。其中,台架实验验证了扭力冲击器的碰撞频率和平均扭矩的准确性；井下实验则验证了扭力冲击器的实用性,实际效果证明扭力冲击器可提高机械钻速。两个实验为扭力冲击器的机理研究和现场应用提供了一定的理论基础。综上所述,本文主要进行了扭力冲击器的结构设计与性能分析；建立了扭力冲击器关键零件的运动模型,并研究了关键零件的角位移、角速度以及扭力冲击器碰撞频率；基于运动学模型,建立了扭力冲击器扭矩模型,并结合特定的工况条件,进行了扭力冲击器对钻柱振动、对切削齿影响的研究；在此基础上,进行了扭力冲击器实验,验证了理论模型的准确性和现场的应用性,为完善井下工具理论体系提供了一定的借鉴意义。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE927

【参考文献】

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本文编号：1197256