预轮廓螺杆钻具马达设计分析研究

发布时间：2017-05-09 11:16

  本文关键词：预轮廓螺杆钻具马达设计分析研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文针对成都百施特金刚石钻头有限公司牵头承担的“高扭矩马达关键技术研究及样机开发”子课题中关于预轮廓螺杆钻具马达(Pre-contoured stator downhole motor)设计的内容开展研究。海上疏松砂岩稠油油藏采用多枝导流适度出砂技术开发,大夹角的多枝导流井,井眼轨迹复杂,采用常规螺杆造斜效率低、摩阻大、输出扭矩有限,不能满足钻井作业要求。本论文的主要内容是研制一套高扭矩、高效率的预轮廓螺杆钻具马达,并进行室内试验,形成工程化能力,为海上稠油油田多枝导流井提供高扭矩马达钻井技术及工具。本论文系统探讨了螺杆马达摆线类线型设计过程,针对预轮廓螺杆钻具设计分析相关问题,提出求解马达共轭线型的新算法,并对现阶段常用的普通内摆线、短幅外摆线、短幅内摆线三种马达曲线进行新算法演算；借助Visual Basic6.0开发软件,完成螺杆马达线型分析系统软件,优选短幅系数k0、等幅系数r0等相关设计参数,提高马达工作性能；探讨预轮廓螺杆马达定转子加工方式,比较马达定子中间注胶、两端注胶的工艺区别,简述预轮廓螺杆马达注胶过程；在成都百施特公司的LSY-III马达测试台上进行预轮廓螺杆马达性能试验,预测预轮廓螺杆钻具整机性能参数；建立相同马达线型的Φ244mm常规、预轮廓螺杆马达定子橡胶三维模型,导入有限元分析软件,探讨2种类型螺杆马达定子橡胶衬套性能差异。通过上述设计与研究,获得了以下主要结论：1.针对预轮廓螺杆钻具设计分析相关问题,提出了求解共轭线型新算法,选取短幅外摆线、短幅内摆线、普通内摆线作为马达设计线型,完成一套《螺杆马达线型计算分析系统V1.0》软件。2.优选短幅内摆线作为预轮廓螺杆马达设计线型,并对线型的短幅系数k0和等距系数r0进行优选计算,得出当k0=0.8～0.9,r0=1.8～2.0时,马达性能各方面均能达到较为理想的结果,满足设计要求,并且进一步计算确定：k0=0.86,r0=1.96。3.预轮廓螺杆马达主要技术参数：定子和转子的螺距取175mmm,转子头数为5,马达每转排量22.92(升/转),马达级数为3.5级,设计计算流量55升/秒,理论转速为143.9rpm,有效工作压差为5.25MPa,最大有效压差为8.75MPa,工作扭矩17701.2 N.m,最大扭矩29501.9 N.m。4.阐述了预轮廓螺杆马达加工工艺,选取铣削工艺加工定子内螺旋曲面,采用LXY300X型数控螺旋槽铣床加工转子,并比较了螺杆马达中间注胶、两端注胶的工艺区别,确定螺杆马达采用中间注胶。5.借助预轮廓螺杆马达性能试验,获得马达“压差—定/转子副内部泄漏流量”的关系和“压差—驱动扭矩”的关系,预测螺杆钻具整机性能参数。马达单级工作压差为1.16～1.332MPa。预测螺杆钻具工作性能参数,当入口流量为45-65升/秒时,螺杆钻具工作扭矩为15203.0～17557.9N.m工作压差5.25~6.30MPa,最大输出扭矩约为20718.9～24447.9N.m,试验数据对于Φ244mm预轮廓螺杆马达的设计和现场作业具有重要意义。6.预轮廓马达定子橡胶厚度相等,在均布压力作用下橡胶变形量均匀,且其最大变形量小于常规马达定子橡胶衬套最大变形量,相对减小50%。常规马达橡胶衬套厚度不等,在均布压力作用下橡胶廓形会发生不均匀变形,从而影响马达密封性；同等载荷下,预轮廓马达橡胶衬套厚度增加,最大变形量逐渐增加,最大等效应力减小,且应力变化趋于平缓。
【关键词】：预轮廓螺杆 马达 线型设计 加工工艺 有限元分析
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE921
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.3 研究内容与方法16-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第2章 预轮廓螺杆钻具马达线型设计19-62
• 2.1 马达线型简介19-20
• 2.2 马达线型设计方法20-29
• 2.3 马达线型分析软件编制29-36
• 2.4 马达线型参数优选36-61
• 2.5 本章小结61-62
• 第3章 预轮廓螺杆钻具马达参数设计62-66
• 3.1 马达结构简介62
• 3.2 马达结构参数计算62-65
• 3.3 本章小结65-66
• 第4章 预轮廓螺杆钻具马达加工工艺探讨66-73
• 4.1 定转子加工工艺66-69
• 4.2 螺杆马达注胶工艺69-72
• 4.3 本章小结72-73
• 第5章 预轮廓螺杆钻具马达性能测试73-84
• 5.1 马达性能测试台73-74
• 5.2 马达性能测试实验74-75
• 5.3 马达性能测试数据75-78
• 5.4 螺杆钻具性能预测78-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第6章 预轮廓螺杆钻具马达有限元分析84-92
• 6.1 有限元分析软件简介84
• 6.2 马达定转子模型建立84-86
• 6.3 有限元模拟与分析86-91
• 6.4 本章小结91-92
• 第7章 总结与展望92-95
• 7.1 本论文的主要结论92-93
• 7.2 难点与展望93-95
• 致谢95-96
• 参考文献96-99
• 个人简介99-100

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