本文關(guān)鍵詞：水力振蕩器振蕩短節(jié)結(jié)構(gòu)性能仿真分析

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【摘要】：在鉆水平井、大位移井、側(cè)向井過程中,由于井眼軌跡復(fù)雜、鉆柱與井壁巖石間摩擦力較大,常出現(xiàn)粘卡、托壓、鉆井效率低等問題,目前國內(nèi)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(chǎn)生的壓力脈沖帶動(dòng)鉆柱低頻、小幅度軸向振動(dòng),使鉆柱與井壁巖石間摩擦狀態(tài)為動(dòng)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(dǎo)致的粘卡、托壓、鉆井效率低等問題。水力振蕩器主要由動(dòng)力短節(jié)、閥軸短節(jié)、振蕩短節(jié)三部分組成,動(dòng)力短節(jié)與閥軸短節(jié)配合作用使鉆井液產(chǎn)生壓力脈沖,在壓力脈沖作用下振蕩短節(jié)帶動(dòng)鉆柱周期性軸向振動(dòng)。振蕩短節(jié)在軸向振動(dòng)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(dāng),導(dǎo)致振蕩短節(jié)軸向振動(dòng)幅值過大或過小,振動(dòng)幅值過大對井下隨鉆工具帶來一定振動(dòng)損傷,振動(dòng)幅值過小則使得振蕩器振動(dòng)減阻降摩效果不明顯;振蕩短節(jié)振動(dòng)殼體與鉆井液直接接觸,密封元件與振動(dòng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析,并對振蕩短節(jié)碟形彈簧組合進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),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(jié)構(gòu)、工作原理、一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)振蕩短節(jié)的工作力學(xué)行為進(jìn)行分析,對振蕩短節(jié)碟形彈簧組合及密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析,為后文對碟形彈簧組合及密封結(jié)構(gòu)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(shù)進(jìn)行計(jì)算,得到滿足振蕩短節(jié)軸向振動(dòng)力學(xué)要求的碟形彈簧組合參數(shù),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(dòng)的碟形彈簧組合參數(shù);再次對有限元分析得到的碟形彈簧組合進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),利用萬能試驗(yàn)機(jī)對碟形彈簧組合進(jìn)行加載-卸載試驗(yàn),得到了碟簧組合的加載-卸載曲線,與有限元仿真分析結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證了有限元模型設(shè)置的合理性;最后對水力振蕩器振蕩短節(jié)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),對新型密封結(jié)構(gòu)進(jìn)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(dòng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考依據(jù)。通過對水力振蕩器振蕩短節(jié)碟簧組合方式及密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,為提高水力振蕩器軸向振動(dòng)減阻效率及使用壽命具體良好的借鑒意義。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE927

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本文編號：1287243