可控弯接头导向机构密封设计与研究

发布时间：2017-09-15 07:24

  本文关键词：可控弯接头导向机构密封设计与研究

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【摘要】：旋转导向钻井技术,被誉为定向钻井技术的一场革命,代表了当今世界钻井技术发展的最高水平。可控弯接头导向机构属于动态指向式旋转导向钻井工具,它的理论和应用研究,将会给国内旋转导向钻井工具的发展奠定良好的理论与实践基础。密封是可控弯接头导向机构的重要组成部分,密封结构的性能,会影响其正常钻进和使用寿命。本文重点研究可控弯接头导向机构近钻头端的密封结构设计与性能分析,主要研究内容有:(1)本文分析了国内外旋转导向钻井工具的研究进展,总结了井下工具密封的发展动态,为可控弯接头导向机构的完善改进和密封设计奠定了理论基础。(2)通过理论计算和有限元模拟,分析了导向轴的偏摆及挠曲变形对组合密封结构的影响,明确了密封结构尺寸的主要限制因素。(3)通过分析可控弯接头导向机构的结构特点、工作环境以及对密封结构的要求,明确了密封设计的难点,有针对性的设计了一种带有压力补偿功能的组合密封结构,并利用SolidWorks完成其三维结构建模。(4)依据相关标准,通过理论计算并结合工程经验,初选了O形圈、波纹管、压力缸筒和螺旋密封的结构参数,并利用ANSYS软件采用控制变量法,重点研究了O形圈和波纹管的结构参数与其主要性能指标间的关系,利用MATLAB绘制了关系曲线,优选了结构参数,优化了结构性能。通过以上研究工作,为可控弯接头导向机构近钻头端的密封提供了一种可行的设计方法。
【关键词】：旋转导向钻井工具 可控弯接头 密封设计 数值模拟
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE92
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-17
• 1.1 研究背景7-8
• 1.2 本文相关研究的现状及展望8-16
• 1.2.1 旋转导向钻井工具的研究与发展8-13
• 1.2.2 可控弯接头导向机构的研究与发展13-14
• 1.2.3 井下工具密封的研究与发展14-16
• 1.3 论文的主要研究内容16-17
• 第二章 导向轴偏摆及变形对密封的影响17-28
• 2.1 可控弯接头导向机构的密封特点17-18
• 2.2 偏置状态下导向轴的静力学分析18-23
• 2.2.1 偏置状态下导向轴静力学模型的建立19-20
• 2.2.2 静态偏置状态下导向轴的数学与力学方程建立20-23
• 2.3 导向轴受力变形的数值模拟23-26
• 2.3.1 创建导向轴有限元模型24-25
• 2.3.2 加载与求解25
• 2.3.3 结果分析25-26
• 2.4 导向轴偏摆及变形对密封的影响26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 基于SOLIDWORKS可控弯接头导向机构的密封结构设计28-36
• 3.1 SOLIDWORKS三维建模软件简介28-29
• 3.2 可控弯接头导向机构密封工作环境及设计要求29
• 3.3 可控弯接头导向机构密封结构设计29-31
• 3.3.1 密封结构设计及难点分析29-31
• 3.3.2 压力补偿组合密封结构工作原理31
• 3.4 可控弯接头导向机构组合密封结构三维建模31-35
• 3.4.1 组合密封结构零件图31-34
• 3.4.2 组合密封结构装配体34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 关键密封元件的设计计算与有限元分析36-64
• 4.1 密封槽和密封圈的选择和分析36-46
• 4.1.1 常用密封槽和密封圈及其特点36-39
• 4.1.2 连接环处密封槽和密封圈设计39-41
• 4.1.3 活塞环处的密封槽和密封圈41
• 4.1.4 密封圈的有限元分析41-46
• 4.2 波纹管的设计和分析46-61
• 4.2.1 金属波纹管的概述47
• 4.2.2 金属波纹管参数的设计计算47-51
• 4.2.3 金属波纹管的有限元分析51-61
• 4.3 补偿压力缸筒的设计计算61
• 4.4 螺旋密封的设计参数选择61-62
• 4.4.1 螺旋密封的密封方式、特点和应用61-62
• 4.4.2 螺旋密封的结构参数设计62
• 4.5 本章小结62-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及专利70-71

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本文编号：855116