本文關(guān)鍵詞：泥漿脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

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【摘要】：石油鉆井過程中,隨著鉆進(jìn)深度的不斷增加,鉆井難度增加,隨鉆測(cè)井參數(shù)越來越多,數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求更加迫切,研制傳輸速率更高的信號(hào)傳輸方式迫在眉睫。本文分析了參數(shù)傳輸方式類別及優(yōu)缺點(diǎn),指出連續(xù)波泥漿脈沖發(fā)生器數(shù)據(jù)傳輸速率最快,即為本文的研究方向。本文首先,利用薄壁小孔節(jié)流原理闡釋了泥漿脈沖發(fā)生器工作機(jī)理,介紹了泥漿脈沖衰減的影響因素,為后續(xù)泥漿脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化做鋪墊。著重點(diǎn)利用薄壁小孔節(jié)流原理數(shù)值分析了泥漿脈沖發(fā)生器的工作原理,由此得到當(dāng)鉆井液的流量和密度不變時(shí),壓差ΔP僅與轉(zhuǎn)閥的流通面積有關(guān)。因此,當(dāng)轉(zhuǎn)閥定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理時(shí),控制轉(zhuǎn)閥流通面積的變化,就可以得到連續(xù)的壓力波信號(hào)。其次,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用需求及其相關(guān)理論,設(shè)計(jì)了一款泥漿脈沖發(fā)生器,該泥漿脈沖發(fā)生器為連續(xù)波泥漿脈沖發(fā)生器,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局緊湊、性能可靠、且傳輸信號(hào)速率高。該泥漿脈沖發(fā)生器主要包括四個(gè)部分分別為:轉(zhuǎn)閥機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)總成、殼體,還有一些保護(hù)密封零件。其中轉(zhuǎn)閥機(jī)構(gòu)為泥漿脈沖發(fā)生器最關(guān)鍵部件,本文將詳細(xì)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括:傳動(dòng)軸、行星齒輪減速器、無刷直流電機(jī)、壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線保護(hù)結(jié)構(gòu)和密封支撐結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)總成作為泥漿脈沖發(fā)生器的動(dòng)力源泉,其設(shè)計(jì)至關(guān)重要,設(shè)計(jì)為渦輪發(fā)電機(jī),電磁耦合方式輸入機(jī)械能。還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的密封件和支撐結(jié)構(gòu),保障泥漿脈沖發(fā)生器正常工做。并利用Slidworks繪制出泥漿脈沖發(fā)生器三維圖。接著,提出一種新穎的方法,根據(jù)薄壁小孔節(jié)流原理,通過轉(zhuǎn)閥產(chǎn)生的壓差與轉(zhuǎn)閥過流面積之間的關(guān)系建立閥口形狀與泥漿脈沖壓力間的數(shù)學(xué)模型,利用理論壓力差與標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)壓差的相關(guān)系數(shù)之間的關(guān)系,一步步優(yōu)化三角形閥口形狀,以得到與標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)高度相似的理論壓差,優(yōu)化后得到一個(gè)弧形圓角線三角形閥孔。最后,利用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)泥漿脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)閥機(jī)構(gòu)參數(shù)做進(jìn)一步分析研究,設(shè)計(jì)出正交試驗(yàn)方案,方案包括定轉(zhuǎn)子間距d、轉(zhuǎn)子厚度h和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速r三因素,四水平以及壓差峰峰值H和水力力矩N兩個(gè)指標(biāo),共16組實(shí)驗(yàn)。再應(yīng)用CFD軟件對(duì)泥漿脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行流場(chǎng)仿真,設(shè)置16組結(jié)構(gòu)參數(shù),仿真出泥漿脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子上下端瞬時(shí)壓力及轉(zhuǎn)子上的水力力矩N,利用正交實(shí)驗(yàn)法分析仿真結(jié)果,得出各種因素對(duì)脈沖信號(hào)的影響規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE927

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