本文關鍵詞：水力加壓器結構優(yōu)化設計及有限元仿真，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著大斜度井、水平井鉆井工藝技術的日趨成熟和小井眼井技術的應用和發(fā)展,受井斜角增加、井壁摩阻大及小尺寸鉆具剛性差等因素影響,常規(guī)鉆井中傳統(tǒng)的依靠鉆柱重力施加鉆壓的方法已經不能很好地滿足施工需要。為此,研制出一種利用柔性水力施加鉆壓的井下工具——水力加壓器。水力加壓器一般應用在大位移井、水平井的鉆井和修井作業(yè)中,以達到巖石預破碎、清潔井底的目的。水力加壓器通過節(jié)流作用將泥漿動力轉化為軸向推力,可以減少因鉆柱耦合振動及鉆頭與巖石互作用引起的鉆壓波動,從而給鉆頭施加較為恒定的鉆壓,延長鉆頭壽命,減少鉆具疲勞失效,提高鉆井效率,是一種能夠把高壓泥漿提供的壓力轉化為破碎巖石的鉆壓的能量轉換裝置。傳統(tǒng)的鉆井,是靠下部鉆鋌施加破碎巖石的鉆壓。而水力加壓器是通過與鉆頭和其他工具實現連接,從而實現柔性加壓。與傳統(tǒng)的剛性加壓的鉆鋌鉆井相比,水力加壓器的鉆井效率更高,鉆井質量更高,成本更低。使用水力加壓器可提供平穩(wěn)的鉆壓,減輕鉆具的軸向振動,減少鉆具的疲勞失效,延長鉆頭的使用壽命,提高機械鉆速,同時還可以減少鉆鋌的使用數量。較好地解決了水平井、大位移延伸井等的鉆壓施加問題。在定向井和水平井鉆進過程中,經常由于巖屑床、井眼軌跡不圓滑、鉆井液性能差等原因,鉆柱與井壁的摩擦作用大,導致大鉤減小的負荷一部分為鉆柱與井壁的摩擦,剩余的部分才加在鉆頭上。這種托壓現象將會大幅度降低鉆井速度,形成不安全隱患,增加鉆井作業(yè)風險。在我國應用水力加壓解決托壓問題已有幾十年的歷史,但并沒有得到很好的效果,因此,設計研究新型水力加壓器具有重要的意義。本文在對在充分調研分析國內外水力加壓器發(fā)展現狀及存在問題的基礎上,提出了水力加壓器的優(yōu)化設計的思路,并進行了相應的研究,主要包括以下幾個方面：(1)調研國內外水力加壓器的研制與應用情況,了解其不足及其存在問題,分析其改進思路及技術方法。(2)對水力加壓器的工作原理進行研究,同時分析各個零部件的設計原理,并結合鉆井現場的實際情況進行各個參數的研究。(3)查閱相關國家行業(yè)標準,對水力加壓器在參考以往的類似裝置基礎上進行結構設計,對不合理或者能夠改進的部分進行優(yōu)化。同時,對設計后的水力加壓器進行各個參數的校核。對水力加壓器進行了優(yōu)化設計：第一,將六方鉆桿改為圓形管柱,在其外表面具有外花鍵,而在缸體上加工有內花鍵,兩者通過花鍵實現配合并起到傳遞扭矩的作用,避免了卡死現象的發(fā)生。主缸體與主活塞桿采用花鍵聯(lián)接,減小了傳遞扭矩時的接觸壓力,減輕鉆具縱向振動,更好的保證了鉆具的安全性。第二,設計了一套調壓系統(tǒng),通過改變阻流矛塞和阻流環(huán)的過流截面積來調節(jié)鉆壓,有效的解決了鉆具下放過快時壓緊液缸以及鉆具下放過慢時鉆頭空轉降低鉆井效率的問題。同時,本文對水力加壓器進行力學分析和有限元仿真,對水力加壓器進行了鉆壓計算,對水力加壓器的主要部件主活塞桿和主缸體進行計算和接觸分析和有限元仿真,以確保水力加壓器的安全使用。該課題對實際工程問題具有一定的指導作用。
【關鍵詞】：水力加壓器 結構優(yōu)化設計 有限元仿真
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE927
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內外研究現狀11-21
• 1.3 主要研究內容及思路21-22
• 第2章 水力加壓器的應用22-32
• 2.1 水平井托壓問題的現象及危害22-24
• 2.2 水力加壓器的施加鉆壓方式24-25
• 2.3 水力加壓器相關鉆具研究25-27
• 2.4 水力加壓器的減振與彎曲27-31
• 2.5 水力加壓器使用31
• 2.6 本章小結31-32
• 第3章 水力加壓器結構設計及校核32-67
• 3.1 水力加壓器的選材以及方案選擇32-35
• 3.2 水力加壓器的工作原理35-43
• 3.3 水力加壓器的水力參數設計43-44
• 3.4 水力加壓器總體結構優(yōu)化設計44-45
• 3.5 水力加壓器缸體設計45-50
• 3.6 水力加壓器的活塞以及活塞軸設計50-53
• 3.7 水力加壓器的重要零部件設計53-56
• 3.8 水力加壓器鉆壓及工況計算56-60
• 3.9 水力加壓器強度及穩(wěn)定性校核60-66
• 3.10 本章小結66-67
• 第4章 水力加壓器有限元分析67-78
• 4.1 水力加壓器結構優(yōu)化方案67-70
• 4.2 水力加壓器主要零部件的有限元分析70-76
• 4.3 本章小結76-78
• 第5章 水力加壓器仿真分析78-83
• 5.1 COMSOL Mutliphysic軟件簡介78
• 5.2 水力加壓器整體有限元仿真78-82
• 5.3 本章小結82-83
• 第6章 結論與展望83-84
• 6.1 研究結論83
• 6.2 展望83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-89
• 個人簡介89-90

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本文編號：284350