全旋转内置式钻具导向机构动态性能研究
本文选题:旋转导向 切入点:全旋转内置式 出处:《西安石油大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:旋转导向钻井技术是现代钻井技术发展的最高阶段,相比以往钻井方式具有井眼轨迹控制精确、钻井周期短、井筒质量高等特点,广泛应用于水平井、超深井、大位移井、高难定向井等特殊工艺井的实施,它的不断发展完善将是钻井技术发展的主要趋势。旋转导向钻井系统的开发是旋转导向钻井技术发展的核心,研发具有商业使用价值的旋转导向钻井系统,对提高我国石油工业的国际竞争力具有重大战略意义。本文对比了已有的旋转导向钻井系统的结构形式,提出了一种新形式的旋转导向钻井工具的设计方案,完成了各项参数设计和结构设计并进行了校核计算,分析了所设计钻具的造斜能力。基于机构学基本原理,结合全旋转内置式钻具的工作原理,建立了导向机构的运动学模型,并进行了运动学分析,在此基础上提出了导向机构的工具角与工具面角调节条件。利用Solidworks建立了导向机构的三维模型,完成了运动学仿真,验证了控制方法的正确性。本文还建立了全旋转内置式钻具导向机构的机构动力学模型,偏心环组机构的刚体动力学模型以及导向轴的振动模型,分别利用牛顿第二定律、拉格朗日方程法和传递矩阵法进行了动力学分析,得到了导向机构和偏心环组机构的动力学响应以及导向轴的固有频率。利用有限元分析软件ANSYS对导向轴进行了模态分析,对导向机构的旋转外套进行了结构静力学分析,校核了旋转外套的强度。
[Abstract]:Rotary steering drilling technology is the highest stage of modern drilling technology. Compared with the previous drilling methods, it has the characteristics of accurate well trajectory control, short drilling period and high wellbore quality. It is widely used in horizontal wells, ultra-deep wells, and extended reach wells. The implementation of special technology wells such as highly difficult directional wells, whose continuous development and perfection will be the main trend of drilling technology development, the development of rotary steering drilling system is the core of the development of rotary steering drilling technology. The research and development of rotary steering drilling system with commercial value is of great strategic significance to improve the international competitiveness of China's petroleum industry. In this paper, a new design scheme of rotary steering drilling tool is put forward. The design of parameters and structure is completed and checked and calculated, and the inclination ability of the designed drilling tool is analyzed based on the basic principle of mechanism. The kinematics model of the steering mechanism is established and the kinematics analysis is carried out according to the working principle of the fully rotating built-in drilling tool. On this basis, the adjustment conditions of the tool angle and the tool face angle of the steering mechanism are put forward. The three-dimensional model of the steering mechanism is established by using Solidworks, and the kinematics simulation is completed. The correctness of the control method is verified. In this paper, the dynamic model of the steering mechanism of the fully rotating internal drilling tool, the dynamic model of the rigid body and the vibration model of the guide shaft of the eccentric ring group mechanism are established respectively, and the second Newton's law is used, respectively. The Lagrangian equation method and transfer matrix method are used to analyze the dynamics, the dynamic response of the guide mechanism and eccentric ring group mechanism and the natural frequency of the guide shaft are obtained. The modal analysis of the guide shaft is carried out by using the finite element analysis software ANSYS. The structural static analysis of the rotating jacket of the steering mechanism was carried out, and the strength of the rotating jacket was checked.
【学位授予单位】:西安石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE921.2
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,本文编号:1638744
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