粒子冲击钻井中流体控制装置的设计

摘要

粒子冲击钻井技术是一种专门针对深井硬地层的钻井技术,它改变了切削地层的方法,提高了能量的利用率。然而在钻井过程中,钻井液回流问题直接影响到钻头的正常工作。回流的钻井液带着粒子堆积在钻头之上,会损坏钻头,大大缩减钻头的使用寿命,进而增加钻井成本。因此设计一个适用于粒子冲击钻井的流体控制装置是十分必要的。
　　 本文从粒子冲击钻井的工艺原理及流程研究入手,分析了钻柱内压力分布,为装置的设计及强度校核提供数据支持;并研究了粒子冲击钻井中钻井液回流特性,为下一步流体控制装置设计提供理论支持。结合现有止回阀的工作原理,本着“钻井过程中,当泵工作时,装置处于开启状态,钻井液可以从钻柱通过流体控制装置流向钻头;当泵停止工作时,装置自动进入关闭状态,钻井液不能通过该装置回流”的设计理念,设计出以地面泥浆泵的工作状态为装置开启/闭合条件的流体控制装置。
　　 应用AutoCAD、Pro/ENGINEER Wildfire等软件对流体控制装置的结构进行了设计,并对装置的关键部件进行了强度校核。通过校核得出,前面对流体控制装置主要结构的设计是可行的。运用Pro/ENGINEER Wildfire软件机构(Mechanism)对设计的结构进行了运动仿真,实现了运动学动力学分析及装配干涉、运动协调性的验证,证明了流体控制装置可以实现以地面泥浆泵的工作状态为装置开启/闭合条件的可行性。在上述研究成果基础上,完成了零件加工图纸以及整体装配图纸的绘制等工作。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本文研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 目前研究中存在的主要问题

1.4 本文主要研究内容

第二章 粒子冲击钻井技术研究

2.1 粒子冲击钻井系统

2.2 粒子冲击钻井工艺流程

2.3 粒子冲击钻井钻井液回流特性研究

2.3.1 钻井液回流原因分析

2.3.2 钻井液回流对施工的影响分析

2.4 本章小结

第三章 粒子冲击钻井流体控制装置设计

3.1 止回阀类型综述

3.2 流体控制装置结构设计

3.2.1 流体控制装置整体结构设计

3.2.2 流体控制装置主要零件的结构设计

3.3 流体控制装置工作原理

3.4 装置关键结构尺寸的确定

3.5 本章小结

第四章 流体控制装置可行性分析

4.1 装置受力分析

4.2 强度校核

4.2.1 四大强度理论介绍

4.2.2 轴筒类部件强度分析

4.2.3 圆柱形开关的强度分析

4.2.4 平键的校核

4.3 装置寿命分析

4.4 本章小结

第五章 流体控制装置动态仿真分析

5.1 装置各零件的三维实体造型

5.2 装置的整体装配

5.3 定义运动模型的质量属性

5.4 本章小结

第六章 流体控制装置的使用条件分析

6.1 流体控制装置安装位置

6.2 应用流体控制装置时的接单根流程

6.3 本章小结

结论及建议

参考文献

致谢