螺桿鉆具的流固耦合計(jì)算和模態(tài)分析.pdf

1、石油作為工業(yè)發(fā)展的血液，不僅是動(dòng)力燃料的來(lái)源，其提煉物更是深入到我們生活的方方面面。隨著開(kāi)采深度的加深，鉆井難度的加大，要求螺桿鉆具性能更高，螺桿鉆具設(shè)計(jì)的好壞影響著鉆探工作的效率及水平。因此螺桿鉆具投入鉆井工作前，需要進(jìn)行性能參數(shù)檢測(cè)，一般是在螺桿鉆具試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的。本文采用的螺桿鉆具及其試驗(yàn)臺(tái)來(lái)源于企業(yè)，采用有限元分析軟件ANSYS作為分析平臺(tái)，在已有分析實(shí)例的基礎(chǔ)上，對(duì)螺桿鉆具進(jìn)行流固耦合計(jì)算和模態(tài)分析。
　　本文主要從兩方

2、面研究螺桿鉆具。第一是通過(guò)分析螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，根據(jù)線型特點(diǎn)建立離散點(diǎn)并通過(guò)MATLAB曲線擬合生成螺桿馬達(dá)的線型，構(gòu)建了螺桿馬達(dá)的有限元模型，利用ANSYS對(duì)螺桿馬達(dá)進(jìn)行了靜力分析和流固耦合計(jì)算，得到了高壓鉆井液的壓力分布和速度分布規(guī)律，通過(guò)分析對(duì)螺桿馬達(dá)定子進(jìn)行優(yōu)化。第二是對(duì)螺桿馬達(dá)定子進(jìn)行模態(tài)分析，構(gòu)建試驗(yàn)臺(tái)機(jī)架有限元模型并進(jìn)行模態(tài)分析，計(jì)算試驗(yàn)臺(tái)其他設(shè)備的固有頻率，將螺桿馬達(dá)的固有頻率與其他外激勵(lì)源的頻率進(jìn)行對(duì)比，對(duì)

3、螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子進(jìn)行優(yōu)化。
　　通過(guò)以上兩方面對(duì)螺桿鉆具及其試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)研究，得出了螺桿鉆具在試驗(yàn)臺(tái)上的優(yōu)化結(jié)果。一方面流固耦合計(jì)算顯示定子襯套的脆弱部位是定子與轉(zhuǎn)子的嚙合處，提出優(yōu)化螺桿馬達(dá)的方法，通過(guò)在外徑160mm的襯套減少5mm的厚度進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果顯示減少5mm后的定子襯套總變形減少，轉(zhuǎn)子的密封壓力增大，密封性得到增強(qiáng)；另一方面模態(tài)分析顯示螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子不會(huì)與試驗(yàn)臺(tái)及其它激勵(lì)源發(fā)生共振，結(jié)構(gòu)變形小，滿足試驗(yàn)要求。通過(guò)對(duì)螺桿馬達(dá)