基于虚拟样机技术的可控弯接头的建模和仿真研究

摘要

旋转导向闭环钻井技术是20世纪90年代发展起来的石油工业工程技术领域的一项关键技术，它具有降低摩阻和卡钻风险、提高井眼质量和钻井效率、降低钻井成本等优点。旋转导向钻井工具是旋转导向闭环钻井技术的核心，本文简要介绍了已经商业化的三种旋转导向钻井工具的工作原理和结构组成，详细叙述了本文研究的可控弯接头钻井系统的工作原理和系统构成，对井下可控弯接头的主要结构和导向机理做了深入的研究。
　　 运用虚拟样机技术这种全新的产品开发方法对可控弯接头进行了开发设计。本文采用三维建模软件SolidWorks对可控弯接头导向机构关键部件进行了建模与装配，利用ADAMS软件与SolidWorks软件的接口，把装配模型导入到ADAMS中，通过施加约束建立了可控弯接头虚拟样机数字模型，并进行了运动学仿真，使导向钻具的设计有了更为可靠的依据。
　　 运用有限元分析软件ANSYS对可控弯接头关键件变异万向轴进行了结构静力学分析和模态分析，得到其具体的受力情况和前5阶模态振型及固有频率；并对关键件滚子进行了有限元接触分析，得到了其受力情况，验证了其设计的合理性，为优化结构设计及有效避免钻具在工作过程中失效提供了理论依据。
　　 基于虚拟样机技术对可控弯接头进行研究，分析灵活方便，为设计、研究可靠稳定的旋转导向钻井工具提供了有效的手段和高效的研发平台。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1导向钻井工具的发展

1.2.2井下闭环旋转导向钻井工具的发展现状

1.3虚拟样机技术概述

1.3.1虚拟样机技术的概念及内容

1.3.2虚拟样机技术的相关技术

1.3.3虚拟样机仿真技术的发展

1.3.4虚拟样机技术未来研究的重点方向

1.4论文的主要研究内容

第二章可控弯接头的结构及导向原理

2.1可控弯接头的系统组成

2.2井下可控弯接头的结构

2.3可控弯接头导向机构的工作原理

2.3.1可控弯接头导向机构的结构

2.3.2可控弯接头的导向原理

2.4可控弯接头偏心控制的数学模型

2.4.1偏心位移的形成

2.4.2变异万向轴摆角与偏心位移的关系

第三章可控弯接头导向机构三维实体建模

3.1实体建模软件的选择

3.2基于SolidWorks环境下的三维建模方法

3.2.1 SolidWorks环境下的参数化建模

3.2.2 SolidWorks环境下的特征建模

3.3可控弯接头导向机构的实体建模

第四章可控弯接头导向机构虚拟样机建模

4.1 ADAMS的理论基础

4.2 ADAMS软件简介

4.2.1 ADAMS的特点

4.2.2 ADAMS的模块介绍

4.3可控弯接头导向机构几何建模

4.4可控弯接头导向机构虚拟样机建模

4.5虚拟样机运动学仿真

第五章可控弯接头关键件的有限元分析

5.1有限元方法概述

5.2 ANSYS软件简介

5.2.1 ANSYS的主要功能

5.2.2 ANSYS的分析流程

5.2.3 ANSYS的模型文件导入接口

5.3变异万向轴的有限元静力学分析

5.4变异万向轴的模态分析

5.5滚子的有限元分析

5.5.1有限元接触算法

5.5.2滚子的有限元接触分析

第六章结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间所发表的论文