本文選題：石油鉆井　切入點(diǎn)：水力振蕩器　出處：《揚(yáng)州大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著石油產(chǎn)品消耗量的逐年上升以及環(huán)保意識的日益增強(qiáng),如何清潔、經(jīng)濟(jì)、高效地開采地下石油資源已經(jīng)成為各國面臨的主要問題。針對這個問題,各國在石油鉆井手段上相繼進(jìn)行了技術(shù)開發(fā)。大斜度井、水平井及水平分支井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,被大量的應(yīng)用到了鉆井工程中。這些技術(shù)的出現(xiàn)有效地提高了石油產(chǎn)量,降低了成本,同時有效地減少了環(huán)境污染。國內(nèi)石油開采行業(yè)也廣泛應(yīng)用了大斜度井、水平井及水平分支井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù),但在實(shí)際應(yīng)用過程中卻存在很多問題,時常出現(xiàn)托壓、粘卡現(xiàn)象,特別是在滑動鉆進(jìn)過程中,由于井體斜度的原因鉆柱重力很難轉(zhuǎn)化為作用在鉆頭上的壓力,不能給鉆頭施加有效的鉆壓,直接影響了鉆進(jìn)速度和鉆井周期。本文針對上述出現(xiàn)的問題,研究開發(fā)了一種石油鉆井用水力振蕩器,該設(shè)備主要由閥門系統(tǒng)、動力部分和配套部分(振蕩／彈簧短節(jié))組成。整個設(shè)備依靠鉆井液驅(qū)動,鉆井液流經(jīng)位于振蕩器中的動力部分產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,帶動閥門系統(tǒng)工作,使鉆井液流量發(fā)生變化從而產(chǎn)生振蕩器內(nèi)部壓強(qiáng)變化,壓強(qiáng)的變化作用于振蕩器中的彈簧短節(jié)上產(chǎn)生溫和的振蕩力,并通過鉆具傳遞給鉆頭。這種溫和的振動可減少鉆具在井壁上的摩擦,降低粘卡可能性,有效提高鉆壓,提升鉆進(jìn)速度,縮短鉆井周期。振動頻率作為設(shè)計中的一個關(guān)鍵指標(biāo),將決定水力振蕩器的使用性能。而振動頻率的大小是由動力部分的運(yùn)動情況決定的。本文對動力部分中的主體——螺桿馬達(dá)的運(yùn)動特性展開了研究,從理論上研究分析了馬達(dá)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動規(guī)律,并運(yùn)用ADAMS運(yùn)動仿真對其展開了運(yùn)動仿真分析,仿真分析分析結(jié)果與理論分析結(jié)果相吻合。與此同時,還運(yùn)用Matlab中的Simulink模塊對轉(zhuǎn)子啟動過程的動態(tài)特性進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果表明,馬達(dá)在0.01s之后將進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。由于水力振蕩器自身工作特點(diǎn)及工作環(huán)境的因素,它在工作過程中將會受到來自自身和外部的激勵,可能會產(chǎn)生非目標(biāo)振動,這種無效振動將極大影響設(shè)備的功能,降低使用性能和壽命。所以,對水力振蕩器的振動特性進(jìn)行研究就非常必要。模態(tài)分析作為研究結(jié)構(gòu)的振動特性的方法己被廣泛應(yīng)用。本課題就應(yīng)用這一方法對水力振蕩器進(jìn)行了分析,由分析結(jié)果可知,水力振蕩器固有模態(tài)頻率均偏離振蕩器工作頻率以及鉆頭工作頻率,可以避開共振。同時通過對比水力振蕩器自由模態(tài)和約束模態(tài)的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)施加約束后,水力振蕩器模態(tài)受到較大影響,振型和頻率均發(fā)生明顯變化。最后按照設(shè)計方案試制樣機(jī)并試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明水力振蕩器的工作壓力及工作頻率均達(dá)到設(shè)計要求。
[Abstract]:With the increasing consumption of petroleum products and the increasing awareness of environmental protection, how to clean, economically and efficiently exploit underground petroleum resources has become a major problem facing all countries.In view of this problem, various countries have carried on the technical development on the petroleum drilling means one after another.The drilling technology of complex structure wells, such as large deviated wells, horizontal wells and horizontal branching wells, has been widely used in drilling engineering.The emergence of these technologies has effectively increased oil production, reduced costs and effectively reduced environmental pollution.The technology of complex structure wells such as large deviated wells, horizontal wells and horizontal branching wells has been widely used in the domestic petroleum production industry. However, there are many problems in the practical application, such as holding pressure and sticking stuck.Especially in the process of sliding drilling, the drill string gravity is difficult to be converted into the pressure acting on the bit because of the deviation of the well body, so it can not exert effective drilling pressure on the drill bit, which directly affects the drilling speed and drilling cycle.In order to solve the above problems, a kind of hydraulic oscillator for oil drilling is developed in this paper. The equipment consists of valve system, power part and supporting part (oscillating / spring link).The whole equipment relies on drilling fluid to drive, the drilling fluid flows through the dynamic part in the oscillator to produce rotating motion, driving the valve system to work, so that the flow rate of the drilling fluid changes and the internal pressure of the oscillator changes.The variation of pressure acts on the spring segment of the oscillator to produce a mild oscillating force, which is transmitted to the drill through the drill tool.This mild vibration can reduce the friction of drilling tools on the shaft wall, reduce the possibility of sticking cards, effectively improve the drilling pressure, improve the drilling speed and shorten the drilling period.Vibration frequency, as a key index in design, will determine the performance of hydraulic oscillator.The vibration frequency is determined by the motion of the dynamic part.In this paper, the motion characteristics of the main body of the motor, the screw motor, are studied, and the motion law of the motor rotor is analyzed theoretically, and the motion simulation of the motor rotor is carried out by using the ADAMS motion simulation.The results of simulation analysis and theoretical analysis are in agreement with each other.At the same time, the dynamic characteristics of the rotor starting process are simulated by using the Simulink module in Matlab. The simulation results show that the motor will enter the normal working state after 0.01s.Because of the working characteristics of hydraulic oscillator and the factors of working environment, it will be excited by itself and outside in the working process, which may produce non-target vibration, and this kind of invalid vibration will greatly affect the function of the equipment.Reduce service performance and service life.Therefore, it is necessary to study the vibration characteristics of hydraulic oscillator.Modal analysis has been widely used as a method to study the vibration characteristics of structures.In this paper, the hydraulic oscillator is analyzed by using this method. The results show that the natural mode frequency of the hydraulic oscillator deviates from the operating frequency of the oscillator and the operating frequency of the bit, which can avoid resonance.At the same time, by comparing the results of the free mode and the constrained mode of the hydraulic oscillator, it is found that the mode of the hydraulic oscillator is greatly affected by the constraint, and the mode and frequency of the oscillator are obviously changed.Finally, the prototype is manufactured according to the design scheme and the test results show that the working pressure and frequency of the hydraulic oscillator are up to the design requirements.
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE927

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本文編號：1724661