水力振荡器振荡短节结构性能仿真分析

发布时间：2017-12-14 08:32

  本文关键词：水力振荡器振荡短节结构性能仿真分析

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【摘要】：在钻水平井、大位移井、侧向井过程中,由于井眼轨迹复杂、钻柱与井壁岩石间摩擦力较大,常出现粘卡、托压、钻井效率低等问题,目前国内外解决该类问题主要方法是在钻井过程中使用水力振荡器,利用水力振荡器产生的压力脉冲带动钻柱低频、小幅度轴向振动,使钻柱与井壁岩石间摩擦状态为动摩擦状态,从而降低钻柱与井壁岩石间摩擦力,解决因钻柱与井壁岩石间摩擦力过大导致的粘卡、托压、钻井效率低等问题。水力振荡器主要由动力短节、阀轴短节、振荡短节三部分组成,动力短节与阀轴短节配合作用使钻井液产生压力脉冲,在压力脉冲作用下振荡短节带动钻柱周期性轴向振动。振荡短节在轴向振动过程中存在如下问题:因碟形弹簧型号及叠合方式选择不恰当,导致振荡短节轴向振动幅值过大或过小,振动幅值过大对井下随钻工具带来一定振动损伤,振动幅值过小则使得振荡器振动减阻降摩效果不明显;振荡短节振动壳体与钻井液直接接触,密封元件与振动壳体接触面粗糙度加大,加速密封元件的磨损,使得振荡短节密封结构过早失效。为了有针对性的解决上述问题,本文利用有限元分析软件对水力振荡器振荡短节碟形弹簧组合及密封结构进行仿真分析,并对振荡短节碟形弹簧组合进行室内试验,本文完成的主要工作有:首先对水力振荡器振荡短节基本结构、工作原理、一个振动周期内振荡短节的工作力学行为进行分析,对振荡短节碟形弹簧组合及密封结构进行受力分析,为后文对碟形弹簧组合及密封结构研究做好铺垫;其次对水力振荡器振荡短节碟形弹簧组合参数进行计算,得到满足振荡短节轴向振动力学要求的碟形弹簧组合参数,为此建立了碟形弹簧组合有限元分析模型,获得了碟形弹簧组合加载-卸载位移曲线,确定了满足振荡短节轴向振动的碟形弹簧组合参数;再次对有限元分析得到的碟形弹簧组合进行室内试验,利用万能试验机对碟形弹簧组合进行加载-卸载试验,得到了碟簧组合的加载-卸载曲线,与有限元仿真分析结果进行对比,验证了有限元模型设置的合理性;最后对水力振荡器振荡短节密封结构进行设计,对新型密封结构进行有限元分析,分析压缩率及外界液体压力对振荡短节密封元件与振动壳体间接触压力及接触面积影响规律,为振荡短节密封结构设计和改进提供参考依据。通过对水力振荡器振荡短节碟簧组合方式及密封结构进行研究,为提高水力振荡器轴向振动减阻效率及使用寿命具体良好的借鉴意义。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE927

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本文编号：1287243