本文選題：液力 + 鉆井工具��； 參考：《西安石油大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：大位移水平井鉆井過程中,水平段鉆柱施加的鉆壓接近于零,鉆壓難以控制;鉆頭與井底接觸不均勻,鉆頭受到變化的振動(dòng)激勵(lì),上部鉆具振動(dòng)幅度較大。使用液力推進(jìn)式鉆井工具,通過鉆井工具產(chǎn)生的壓差可為鉆頭提供能量,產(chǎn)生鉆壓,增加水平段進(jìn)尺位移;并且液力推進(jìn)式鉆井工具使井底鉆具組合與上部鉆具形成柔性連接,起到減振的效果。本文主要針對(duì)液力推進(jìn)式鉆井工具進(jìn)行了數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計(jì)與理論分析。應(yīng)用振動(dòng)力學(xué)理論,建立鉆柱系統(tǒng)“彈簧-阻尼”模型,導(dǎo)出鉆柱系統(tǒng)振動(dòng)微分方程,并運(yùn)用MATLAB編制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行求解,以串級(jí)型和多級(jí)型液力推進(jìn)式鉆井工具為例進(jìn)行減振效果評(píng)價(jià),從而驗(yàn)證該模型的合理性。本文對(duì)液力推進(jìn)式鉆井工具的重要部件(缸體、上接頭、下端蓋、活塞和活塞桿)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),根據(jù)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸,利用三維建模軟件進(jìn)行數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計(jì),并應(yīng)用ANSYS workbench軟件對(duì)重要部件進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析及模態(tài)分析,結(jié)果表明各重要部件強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。將鉆柱與液力推進(jìn)式鉆井工具簡(jiǎn)化成“彈簧-阻尼”模型,以脈沖信號(hào)、階躍信號(hào)、正弦信號(hào)、三角波信號(hào)、狄利克雷信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)作為振動(dòng)激勵(lì),對(duì)鉆柱系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析,上部鉆具相對(duì)于下部鉆具的幅值減小37%-50%,表明液力推進(jìn)式鉆井工具的減振效果較好。針對(duì)活塞直徑、活塞桿長(zhǎng)度和鉆井泥漿密度三個(gè)參數(shù),建立“三參數(shù)四水平”的正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ?對(duì)液力推進(jìn)式鉆井工具的活塞直徑、活塞桿長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化,針對(duì)不同的鉆井泥漿密度,選用不同關(guān)鍵參數(shù)的液力推進(jìn)式鉆井工具,才能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。最后,對(duì)液力推進(jìn)式鉆進(jìn)工具內(nèi)部進(jìn)行流體仿真,得到泥漿的壓力云圖和速度矢量圖,分析了鉆井泥漿密度、溫度及環(huán)空間隙三個(gè)主要參數(shù)對(duì)鉆壓的影響。本文可為鉆柱減振及控制鉆壓工具的設(shè)計(jì)與分析提供參考。
[Abstract]:In the drilling process of extended reach horizontal wells, the drilling pressure applied by the horizontal drill string is close to zero, the drilling pressure is difficult to control, and the bit is inhomogeneous in contact with the bottom hole, the bit is excited by varying vibration, and the vibration amplitude of the upper drilling tool is larger. Using hydraulic propulsion drilling tools, the pressure difference generated by drilling tools can provide energy for the drill bit, generate drilling pressure and increase the horizontal displacement, and the hydraulic propulsion drilling tool can make the bottom hole drilling tool combine with the upper drilling tool to form a flexible connection. It has the effect of reducing vibration. In this paper, the digital prototype design and theoretical analysis of hydraulic propulsion drilling tools are carried out. Based on the theory of vibration dynamics, the "spring-damping" model of drill string system is established, the differential equation of vibration of drill string system is derived, and the corresponding computer program is compiled by MATLAB to solve the problem. The vibration reduction effect of cascade and multistage hydraulic propulsion drilling tools was evaluated to verify the rationality of the model. In this paper, the important components of hydraulic propulsion drilling tool (cylinder block, upper joint, lower end cap, piston and piston rod) are designed. According to the designed structure size, the digital prototype is designed by using 3D modeling software. The finite element statics analysis and modal analysis of important components are carried out by using ANSYS workbench software. The results show that the strength of each important component meets the design requirements. The drill string and hydraulic propulsive drilling tool are simplified into a "spring-damping" model. The pulse signal, step signal, sinusoidal signal, triangular wave signal, Delikley signal and random signal are used as vibration excitation. The dynamic response analysis of drill string system shows that the amplitude of the upper drilling tool is 37 to 50 less than that of the lower drilling tool, which indicates that the vibration reduction effect of hydraulic propulsion drilling tool is better. According to the three parameters of piston diameter, piston rod length and drilling mud density, an orthogonal experimental model of "three parameters and four levels" is established to optimize the piston diameter and piston rod length of hydraulic propulsion drilling tools. According to different drilling mud density, hydraulic propulsion drilling tools with different key parameters can exert their advantages. Finally, the fluid simulation is carried out on the hydraulic propulsion drilling tool, and the pressure cloud diagram and velocity vector diagram of the mud are obtained, and the influence of drilling mud density, temperature and annulus clearance on the drilling pressure is analyzed. This paper can provide a reference for the design and analysis of drill string vibration control tools.
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE921.2

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本文編號(hào)：1869467