扭转震荡冲击钻井增速器研制

摘要

随着浅层油气资源的枯竭，钻井工业的重心逐渐转移到深部硬地层的开采，而目前普遍采用的旋转钻井技术很难适应硬地层的钻井环境，极易出现粘滑振动（stick-slip），严重影响钻井效率，增加钻井成本。国外一般采用扭转冲击技术减轻粘滑振动，但尚处于技术封锁阶段，因此本文在现有相关资料的基础上，设计了一种新型扭转震荡冲击钻井增速器，能够在一定程度上减轻粘滑振动，提高钻井速度。 本文首先对钻头粘滑振动进行研究，分析了粘滑振动的运动规律和减振措施，讨论了扭转冲击对粘滑振动的影响，并介绍了扭转冲击技术的基本工作原理。之后，计算了扭转震荡冲击器所需的冲击扭矩、冲击频率、进出口压降、工作流量等主要性能参数，并据此详细完善的设计了该扭转震荡冲击器各部分的具体结构，完成了各零件二维工程图、装配图的绘制以及三维建模。随后采用有限元软件对换向阀芯、液压锤、锤座等关键零件进行了静强度校核和疲劳强度分析，确保其承载能力满足工况要求，并对液压锤和锤座的冲击过程进行动力学分析，描述了结构动态响应，得到了较为精确的冲击扭矩数值。最后，根据设计图纸对样机进行全尺寸加工、装配和室内试验，检验了实际工作效果，证明了扭转震荡冲击器能够产生一定的冲击扭矩，为今后的井下试验积累了宝贵的经验。 本文设计的扭转震荡冲击器结构简单、性能可靠，具有一定的研究意义和推广应用价值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1论文研究背景和意义

1.2国内外研究现状分析

1.3论文研究内容

第二章 扭转震荡冲击钻井技术研究

2.1钻头粘滑振动

2.2粘滑振动运动规律

2.3粘滑振动减振措施

2.4扭转震荡冲击器工作原理

2.5本章小结

第三章 扭转震荡冲击器结构设计

3.1旋转冲击发生器设计

3.1.1 流道系统方案设计

3.1.2 结构设计基本尺寸确定

3.1.3 芯轴结构设计

3.1.4 喷嘴结构设计

3.1.5 换向阀芯结构设计

3.1.6 液压锤结构设计

3.1.7 锤座结构设计

3.1.8 端盖结构设计

3.2分流器设计

3.2.1 分流内套管结构设计

3.2.2 分流外套管结构设计

3.3动力传递系统设计

3.3.1 上接头结构设计

3.3.2 外筒结构设计

3.3.3 下接头结构设计

3.4工作性能参数计算

3.4.1 旋转运动过程分析

3.4.2 换向运动过程分析

3.4.3 工作性能参数计算

3.5本章小结

第四章 扭转震荡冲击器强度校核与仿真分析

4.1扭转震荡冲击器冲击动力学仿真

4.1.1 建立模型

4.1.2 前处理

4.1.3 仿真结果分析

4.2扭转震荡冲击器强度校核

4.2.1 静强度校核基本步骤

4.2.2 疲劳强度校核基本步骤

4.2.3 换向阀芯强度校核

4.2.4 液压锤强度校核

4.2.5 锤座强度校核

4.3本章小结

第五章 扭转震荡冲击器样机加工与室内试验

5.1扭转震荡冲击器加工和装配

5.1.1 零件加工

5.1.2 整机装配

5.2扭转震荡冲击器室内试验

5.2.1 试验台架搭建

5.2.2 室内泄漏试验

5.2.3 室内性能试验

5.3拆卸与清洗

5.4存在的问题及改进措施

结论及展望

全文总结

建议与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

致谢