【摘要】：螺桿鉆具是一種井下動(dòng)力鉆具,目前在油田鉆井工程中的應(yīng)用已非常廣泛,由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成的螺桿馬達(dá)是螺桿鉆具的核心部件,工作時(shí),鉆井液經(jīng)由定子襯套和轉(zhuǎn)子間的密封腔帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),將動(dòng)力傳遞到鉆頭上從而完成鉆井。由于螺桿鉆具結(jié)構(gòu)特殊,工作環(huán)境復(fù)雜,導(dǎo)致了定子襯套磨損、鉆具泄露等失效形式,因此對(duì)鉆具型線以及定子和轉(zhuǎn)子的嚙合受力研究十分必要。本文以外徑為172mm的五頭等壁厚螺桿鉆具為對(duì)象,進(jìn)行了以下研究。首先,將B樣條曲線擬合算法應(yīng)用于螺桿鉆具廓形曲線設(shè)計(jì)中,得到轉(zhuǎn)子截面廓形曲線,利用降階法求得曲率,找出型線凹凸過(guò)渡處的尖點(diǎn),結(jié)合截面廓形特性和數(shù)據(jù)特征,提出了以控制點(diǎn)坐標(biāo)值的變化量為優(yōu)化變量的遺傳算法,對(duì)螺桿鉆具截面廓形進(jìn)行優(yōu)化,為螺桿鉆具型線設(shè)計(jì)提供參考。然后,分析了螺桿鉆具轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)機(jī)理,利用三維軟件對(duì)螺桿鉆具進(jìn)行實(shí)體建模,檢查鉆具靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下的干涉情況,研究螺桿鉆具轉(zhuǎn)子在襯套中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,由選定的轉(zhuǎn)子截面上的點(diǎn)得到了其位置和速度的運(yùn)動(dòng)軌跡及變化規(guī)律,推導(dǎo)了定子和轉(zhuǎn)子間相對(duì)滑動(dòng)速度的計(jì)算公式并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)研究其變化情況。最后,從理論的角度分析螺桿鉆具在工作中的力學(xué)特性,研究螺桿鉆具密封腔在壓力的作用下定轉(zhuǎn)子之間的接觸情況、變形規(guī)律,建立定子襯套和轉(zhuǎn)子之間的接觸力學(xué)模型,分析靜力作用下轉(zhuǎn)子和等壁厚定子襯套的形變和應(yīng)力,然后對(duì)轉(zhuǎn)子與定子襯套在相互嚙合狀態(tài)下的力學(xué)特性進(jìn)行研究,找出應(yīng)力集中位置,為螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子截面廓形的優(yōu)化和轉(zhuǎn)子與定子的嚙合力學(xué)特性分析,旨在降低鉆具的泄露和磨損,提高鉆具的使用壽命。
【圖文】：

第 1 章 緒論（4）與國(guó)外相比，我國(guó)發(fā)展幅度較大，但是在一些細(xì)節(jié)方面仍有不足，對(duì)螺桿鉆具的發(fā)展有一定影響，比如對(duì)使用者沒(méi)有及時(shí)的質(zhì)量跟蹤；螺桿鉆具上的標(biāo)志不清晰進(jìn)行二次維修時(shí)不確定使用時(shí)間等[24]，這些問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。1.2 螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)及工作原理螺桿鉆具由傳動(dòng)軸、萬(wàn)向軸、馬達(dá)、防掉以及旁通閥幾個(gè)總成組成，如圖 1.1。工作時(shí)，清水或泥漿流過(guò)旁通閥進(jìn)入馬達(dá)總成，在定子和轉(zhuǎn)子間的封閉通道內(nèi)形成壓差鉆井液流經(jīng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子和定子之間形成的密封腔室，，通過(guò)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)使液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，轉(zhuǎn)子的行星運(yùn)動(dòng)通過(guò)萬(wàn)向軸的作用使傳動(dòng)軸作定軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使鉆頭完成鉆井運(yùn)動(dòng)。

星運(yùn)動(dòng)通過(guò)萬(wàn)向軸的作用使傳動(dòng)軸作定軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圖 1.1 螺桿鉆具結(jié)構(gòu)圖Fig. 1.1 Structure of screw drill成是衡量螺桿鉆具制造水平的關(guān)鍵部件，是內(nèi)嚙合子襯套兩部分組成。單螺桿鉆具按照頭數(shù) N 的不鉆具之分，通常頭數(shù)的選取范圍是 1 ~9， N 1是桿鉆具[25]。單頭單螺桿鉆具轉(zhuǎn)速快，扭矩低，隨著如圖 1.2 所示是頭數(shù)不同的螺桿馬達(dá)剖面圖。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE921

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 翟廣超;;螺桿鉆具和多頭單螺桿馬達(dá)的基本原理[J];民營(yíng)科技;2015年10期

2 張光亞;馬鋒;梁英波;趙U

本文編號(hào)：2622774