本文關鍵詞：水力振蕩器振蕩短節(jié)結構性能仿真分析

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【摘要】：在鉆水平井、大位移井、側向井過程中,由于井眼軌跡復雜、鉆柱與井壁巖石間摩擦力較大,常出現粘卡、托壓、鉆井效率低等問題,目前國內外解決該類問題主要方法是在鉆井過程中使用水力振蕩器,利用水力振蕩器產生的壓力脈沖帶動鉆柱低頻、小幅度軸向振動,使鉆柱與井壁巖石間摩擦狀態(tài)為動摩擦狀態(tài),從而降低鉆柱與井壁巖石間摩擦力,解決因鉆柱與井壁巖石間摩擦力過大導致的粘卡、托壓、鉆井效率低等問題。水力振蕩器主要由動力短節(jié)、閥軸短節(jié)、振蕩短節(jié)三部分組成,動力短節(jié)與閥軸短節(jié)配合作用使鉆井液產生壓力脈沖,在壓力脈沖作用下振蕩短節(jié)帶動鉆柱周期性軸向振動。振蕩短節(jié)在軸向振動過程中存在如下問題:因碟形彈簧型號及疊合方式選擇不恰當,導致振蕩短節(jié)軸向振動幅值過大或過小,振動幅值過大對井下隨鉆工具帶來一定振動損傷,振動幅值過小則使得振蕩器振動減阻降摩效果不明顯;振蕩短節(jié)振動殼體與鉆井液直接接觸,密封元件與振動殼體接觸面粗糙度加大,加速密封元件的磨損,使得振蕩短節(jié)密封結構過早失效。為了有針對性的解決上述問題,本文利用有限元分析軟件對水力振蕩器振蕩短節(jié)碟形彈簧組合及密封結構進行仿真分析,并對振蕩短節(jié)碟形彈簧組合進行室內試驗,本文完成的主要工作有:首先對水力振蕩器振蕩短節(jié)基本結構、工作原理、一個振動周期內振蕩短節(jié)的工作力學行為進行分析,對振蕩短節(jié)碟形彈簧組合及密封結構進行受力分析,為后文對碟形彈簧組合及密封結構研究做好鋪墊;其次對水力振蕩器振蕩短節(jié)碟形彈簧組合參數進行計算,得到滿足振蕩短節(jié)軸向振動力學要求的碟形彈簧組合參數,為此建立了碟形彈簧組合有限元分析模型,獲得了碟形彈簧組合加載-卸載位移曲線,確定了滿足振蕩短節(jié)軸向振動的碟形彈簧組合參數;再次對有限元分析得到的碟形彈簧組合進行室內試驗,利用萬能試驗機對碟形彈簧組合進行加載-卸載試驗,得到了碟簧組合的加載-卸載曲線,與有限元仿真分析結果進行對比,驗證了有限元模型設置的合理性;最后對水力振蕩器振蕩短節(jié)密封結構進行設計,對新型密封結構進行有限元分析,分析壓縮率及外界液體壓力對振蕩短節(jié)密封元件與振動殼體間接觸壓力及接觸面積影響規(guī)律,為振蕩短節(jié)密封結構設計和改進提供參考依據。通過對水力振蕩器振蕩短節(jié)碟簧組合方式及密封結構進行研究,為提高水力振蕩器軸向振動減阻效率及使用壽命具體良好的借鑒意義。
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE927

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本文編號：1287243