底部鉆柱振動(dòng)特性及減振增壓裝置設(shè)計(jì)研究.pdf

1、井下增壓技術(shù)是在現(xiàn)有鉆井工藝條件下提高鉆進(jìn)速度的有效途徑之一。本文在對(duì)底部鉆柱振動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出了設(shè)計(jì)一種集鉆柱減振和井底鉆井液增壓于一體的鉆柱減振增壓裝置的新概念。該裝置是通過吸收鉆井過程中鉆柱縱向振動(dòng)的能量作為鉆井液增壓的能量來源，利用鉆柱的縱向振動(dòng)帶動(dòng)井下柱塞泵的柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并利用鉆壓波動(dòng)壓縮鉆井液使之增壓，既實(shí)現(xiàn)了井底增壓又起到了鉆柱減振的效果。避免了以往的井下增壓裝置必須具有的復(fù)雜換向機(jī)構(gòu)、大大簡(jiǎn)化了井下增壓裝置

2、的結(jié)構(gòu)，消除了影響增壓裝置壽命的一個(gè)重要因素，使之更利于在井下惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)增壓目的和正常工作。 論文運(yùn)用底部鉆柱動(dòng)力學(xué)模擬試驗(yàn)裝置，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)直井眼中底部鉆柱的縱向振動(dòng)特性進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)研究。分析得出了五種常用底部鉆具組合(BHA)在不同鉆進(jìn)參數(shù)條件下的鉆柱振動(dòng)特性以及井底鉆壓波動(dòng)規(guī)律，給出了311.1mm和244.5mm井眼中常用鉆井參數(shù)條件下井底鉆壓波動(dòng)的幅度范圍和頻率范圍。為合理利用鉆柱縱向振動(dòng)能量實(shí)現(xiàn)井下鉆井液增

3、壓提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為井下減振增壓裝置主體結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。根據(jù)鉆柱縱向振動(dòng)特性的研究結(jié)果，設(shè)計(jì)出了裝置的總體結(jié)構(gòu)，并對(duì)裝置的重要零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。應(yīng)用液壓伺服系統(tǒng)仿真工具SIMULINK以及機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真工具PRO/ENGINEER Wildfire對(duì)減振增壓裝置進(jìn)行了工作原理及機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析，從理論上論證了減振增壓原理的可行性。在上述研究的基礎(chǔ)上，完成了裝置的所有零件設(shè)計(jì)、相關(guān)的進(jìn)排水閥設(shè)計(jì)、動(dòng)密封機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、超高壓鉆