本文選題：液力 + 鉆井工具�。� 參考：《西安石油大學》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激勵,上部鉆具振動幅度較大。使用液力推進式鉆井工具,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,增加水平段進尺位移;并且液力推進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。本文主要針對液力推進式鉆井工具進行了數(shù)字化樣機設(shè)計與理論分析。應(yīng)用振動力學理論,建立鉆柱系統(tǒng)“彈簧-阻尼”模型,導出鉆柱系統(tǒng)振動微分方程,并運用MATLAB編制了相應(yīng)的計算機程序進行求解,以串級型和多級型液力推進式鉆井工具為例進行減振效果評價,從而驗證該模型的合理性。本文對液力推進式鉆井工具的重要部件(缸體、上接頭、下端蓋、活塞和活塞桿)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計,根據(jù)所設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸,利用三維建模軟件進行數(shù)字化樣機設(shè)計,并應(yīng)用ANSYS workbench軟件對重要部件進行有限元靜力學分析及模態(tài)分析,結(jié)果表明各重要部件強度滿足設(shè)計要求。將鉆柱與液力推進式鉆井工具簡化成“彈簧-阻尼”模型,以脈沖信號、階躍信號、正弦信號、三角波信號、狄利克雷信號、隨機信號作為振動激勵,對鉆柱系統(tǒng)進行動態(tài)響應(yīng)分析,上部鉆具相對于下部鉆具的幅值減小37%-50%,表明液力推進式鉆井工具的減振效果較好。針對活塞直徑、活塞桿長度和鉆井泥漿密度三個參數(shù),建立“三參數(shù)四水平”的正交試驗?zāi)Ｐ?對液力推進式鉆井工具的活塞直徑、活塞桿長度進行優(yōu)化,針對不同的鉆井泥漿密度,選用不同關(guān)鍵參數(shù)的液力推進式鉆井工具,才能發(fā)揮其優(yōu)勢。最后,對液力推進式鉆進工具內(nèi)部進行流體仿真,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)空間隙三個主要參數(shù)對鉆壓的影響。本文可為鉆柱減振及控制鉆壓工具的設(shè)計與分析提供參考。
[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.
【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE921.2

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本文編號：1869467