新型指向式旋转导向钻井工具导向轴振动特性研究

摘要

导向轴是指向式旋转导向钻井工具实现导向钻进的关键部件.在钻进过程中,导向轴受力复杂,易发生振动而影响旋转导向钻具的导向稳定性、精确性和可靠性,影响井眼轨迹控制、井壁质量和钻进效率等.以导向轴为研究对象,对其所受偏心环组的导向驱动力、旋转外套的转矩和地层岩石的侧向力进行受力分析,建立了导向轴力学模型,分析所受载荷.基于动力学理论和有限元方法对导向轴进行了纵向和横向2种振动的模态分析及谐响应分析;探讨了导向轴偏摆角对导向轴固有频率的影响,以及转矩、钻进压力和导向轴偏摆角对导向轴振动特性的影响.结果表明:导向轴偏摆角由0°增至6°过程中,横向振动固有频率增大较为明显,横向振动为导向轴的主要振动形式,距离导向节0.52 m处的导向轴与偏心环组连接处位置横向振幅较大;转矩和钻进压力对导向轴的纵向振动影响较大,随着转矩由1000 N·m增大至1600 N·m,导向轴的纵向振幅增大约1.3倍.