基于旋转导向钻井技术的可控弯接头工作性能研究

摘要

随着经济和社会的发展，石油已经成为各个国家不可或缺的战略性资源，世界各国对石油的需求不断增加，传统的钻井技术已经不能满足不断增长的国际需求。因此上世纪九十年代工程人员发明了一种被称为旋转导向钻井的新技术，该技术是当今最先进的钻井技术，是现代石油钻井的发展方向，然而我国在该方面还处于较落后的地步，需要不断钻研取得突破。
　　本文首先对已有的旋转导向钻井机构设计进行了改进，提出了一种更好的可控弯接头模型，并在此新型的指向式旋转导向钻井系统的基础上进行研究，对该系统中可控弯接头的关键部分导向节进行了分析，对其内部钢球与和其配合的滚道进行分析并得出了其共轭的结论;通过赫兹理论对钢球与滚道的接触和摩擦应力进行了计算;采用弹性流体动压润滑理论和MATLAB软件对导向节中的钢球与滚道在有润滑脂情况下的润滑情况进行分析模拟;最后通过实验验证钢球与滚道之间的磨损，得出可控弯接头在不同工作状态下钢球与滚道磨损的情况。
　　文末对本论文的研究内容进行总结，并结合现有分析结论提出了该系统深入研究的建议和发展方向。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 现代钻井技术的进展

1．2．1 转盘钻井经验预测定向钻井法

1．2．2 井底动力钻井经验预测定向钻井法

1．2．3 滑动导向钻井法

1．2．4 旋转导向钻井法

1．3 旋转导向钻井技术国内外研究现状

1．3．1 旋转导向钻井系统的国外研究现状

1．3．2 旋转导向钻井系统的国内研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第二章 可控弯接头的原理及结构设计

2．1 指向式导向机构及工作原理

2．1．1 静态偏置指向式

2．1．2 动态偏置指向式

2．2 推靠式导向机构及工作原理

2．2．1 静态偏置推靠式

2．2．2 动态偏置推靠式

2．3 可控弯接头导向工具结构设计

2．4 可控弯接头控制系统及工作原理

2．5 本章小结

第三章 可控弯接头钢球与滚道共轭啮合原理研究

3．1 共轭啮合

3．2 广义共轭啮合原理

3．2．1 平面共轭啮合

3．2．2 空间共轭啮合

3．3 可控弯接头中的共轭曲面啮合

3．3．1 导向节外壳与钢球的共轭运动

3．3．2 万向轴与钢球的共轭运动

3．3．3 钢球与滚道的接触数学模型

3．4 本章小结

第四章 可控弯接头钢球与滚道接触和摩擦磨损特性研究

4．1 钢球与滚道接触研究

4．1．1 接触问题的理论基础

4．1．2 有限元分析软件ANSYS中的接触问题算法

4．1．3 ANSYS中的接触方式

4．1．4 钢球与滚道的接触ANSYS软件分析过程

4．1．5 钢球与滚道接触情况的数值分析

4．2 钢球与滚道摩擦磨损研究

4．2．1 摩擦磨损理论

4．2．2 摩擦

4．2．3 磨损

4．3 钢球摩擦磨损性能分析

4．3．1 钢球与滚道的摩擦应力计算

4．3．2 影响钢球与滚道接触应力的因素分析

4．4 本章小结

第五章 可控弯接头中导向节的润滑问题研究

5．1 润滑的特征

5．2 润滑的种类

5．2．1 润滑脂润滑和润滑油润滑

5．2．2 常用润滑脂的分类及性能

5．2．3 润滑脂的触变特性

5．2．4 润滑脂的流变特性

5．2．5 脂润滑的本构方程

5．3 润滑问题的数值计算

5．3．1 弹性流体动压润滑

5．3．2 弹性流体动压润滑油膜的特点

5．3．3 油膜厚度与流变参数的关系

5．3．4 油膜厚度与工作载荷的关系

5．3．5 油膜压力与工作载荷的关系

5．4 导向节的润滑计算

5．4．1 最小油膜厚度计算

5．5 润滑膜厚度计算实例

5．6 本章小结

第六章 钢球与滚道摩擦磨损的实验研究

6．1 实验介绍

6．2 实验准备

6．3 实验内容及方案

6．4 实验结果及分析

6．4．1 摩擦表面分析

6．4．2 摩擦系数分析

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文