MWD旋转阀连续压力波发生器结构研究及转子受力分析

摘要

随钻测量(MWD)技术是一种在钻井过程中进行井下信息实时测量和上传的现代钻井辅助技术。随钻测量通常是通过钻井液信息遥测系统进行井下数据的传输，其中钻井液压力波发生器是钻井液信息遥测系统的核心设备。为提高信息传输速率，目前先进的钻井液信息遥测系统采用基于旋转阀或振荡剪切阀的连续压力波发生器及频带方式进行井下数据的传输。本文通过对钻井液压力波的产生机理、旋转阀阀口的结构设计及旋转阀转子受力情况等进行理论研究，为钻井液连续压力波发生器的研制提供理论指导。
　　 根据流体力学非稳定流的水击理论研究了钻井液压力波的产生机理，构建出钻井液压力波数学模型，并结合旋转阀的特点构建出正弦压力波数学模型，研究了阀孔开度与压力幅度的理论关系。根据对四阀孔旋转阀产生水击压力的过程分析及结构特点，通过建立面积微元分别对旋转阀定、转子阀孔的结构进行了数学建模与计算，在不考虑转子机械运动特性的理想情况下，确定出产生正弦压力信号的定、转子阀孔结构与几何参数，为旋转阀转子在最小受力状况下产生正弦压力的阀孔参数设计提供了理论依据。
　　 根据工程流体力学的相关理论及钻井液压力波数学模型，对旋转阀转子进行了轴向受力分析，分析了在水击压力及阀孔节流阻力作用下转子受到的旋转阻力矩。数值计算表明，转子受到的轴向力主要由阀孔节流阻力产生，且随阀孔的开度呈非线性变化，当阀孔接近全关闭时，该力作用于转子止推轴承上会产生相当大的负荷及转子旋转阻力矩。通过转子的轴向受力分析，可以为止推轴承的参数确定及变阻力矩情况下转子的驱动控制方法提供理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1引言

1.1.2随钻测量钻井系统

1.1.3钻井液信息遥测系统

1.1.4选题意义

1.2国内外研究现状

1.2.1连续压力波产生机理

1.2.2水击理论

1.2.3旋转阀的阀孔设计

1.3论文完成的主要研究工作及创新点

第二章钻井液压力波的数学建模

2.1钻井液压力波的数学模型

2.1.1钻井液压力波的产生机理

2.1.2钻井液压力波数学模型

2.2钻井液连续压力波数学模型的构建

2.2.1钻井液连续压力波数学模型

2.2.2旋转阀阀孔开度的数学描述

2.2.3阀板间隙对压力波幅度的影响分析

第三章产生正弦压力波的旋转阀阀口结构设计

3.1定子阀孔结构设计

3.2转子阀孔结构设计

3.2.1利用定子结构线性构建转子阀孔

3.2.2利用定子斜率构建转子阀孔

3.2.3利用分段数值拟合构建转子阀孔

3.2.4转子阀孔结构的修正

第四章旋转阀转子的轴向受力分析

4.1转子沿轴向受力的数学建模

4.2轴向力的数学分析

总结

参考文献

致谢