石油鉆井用水力振蕩器的設(shè)計(jì)及分析.pdf

1、隨著石油產(chǎn)品消耗量的逐年上升以及環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，如何清潔、經(jīng)濟(jì)、高效地開(kāi)采地下石油資源已經(jīng)成為各國(guó)面臨的主要問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，各國(guó)在石油鉆井手段上相繼進(jìn)行了技術(shù)開(kāi)發(fā)。大斜度井、水平井及水平分支井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，被大量的應(yīng)用到了鉆井工程中。這些技術(shù)的出現(xiàn)有效地提高了石油產(chǎn)量，降低了成本，同時(shí)有效地減少了環(huán)境污染。
　　國(guó)內(nèi)石油開(kāi)采行業(yè)也廣泛應(yīng)用了大斜度井、水平井及水平分支井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中卻存

2、在很多問(wèn)題，時(shí)常出現(xiàn)托壓、粘卡現(xiàn)象，特別是在滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，由于井體斜度的原因鉆柱重力很難轉(zhuǎn)化為作用在鉆頭上的壓力，不能給鉆頭施加有效的鉆壓，直接影響了鉆進(jìn)速度和鉆井周期。
　　本文針對(duì)上述出現(xiàn)的問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)了一種石油鉆井用水力振蕩器，該設(shè)備主要由閥門(mén)系統(tǒng)、動(dòng)力部分和配套部分（振蕩/彈簧短節(jié)）組成。整個(gè)設(shè)備依靠鉆井液驅(qū)動(dòng)，鉆井液流經(jīng)位于振蕩器中的動(dòng)力部分產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)閥門(mén)系統(tǒng)工作，使鉆井液流量發(fā)生變化從而產(chǎn)生振蕩器內(nèi)部壓強(qiáng)變

3、化，壓強(qiáng)的變化作用于振蕩器中的彈簧短節(jié)上產(chǎn)生溫和的振蕩力，并通過(guò)鉆具傳遞給鉆頭。這種溫和的振動(dòng)可減少鉆具在井壁上的摩擦，降低粘卡可能性，有效提高鉆壓，提升鉆進(jìn)速度，縮短鉆井周期。
　　振動(dòng)頻率作為設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，將決定水力振蕩器的使用性能。而振動(dòng)頻率的大小是由動(dòng)力部分的運(yùn)動(dòng)情況決定的。本文對(duì)動(dòng)力部分中的主體——螺桿馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)特性展開(kāi)了研究，從理論上研究分析了馬達(dá)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并運(yùn)用ADAMS運(yùn)動(dòng)仿真對(duì)其展開(kāi)了運(yùn)動(dòng)仿真分析，

4、仿真分析分析結(jié)果與理論分析結(jié)果相吻合。與此同時(shí)，還運(yùn)用Matlab中的Simulink模塊對(duì)轉(zhuǎn)子啟動(dòng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明，馬達(dá)在0.01s之后將進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。
　　由于水力振蕩器自身工作特點(diǎn)及工作環(huán)境的因素，它在工作過(guò)程中將會(huì)受到來(lái)自自身和外部的激勵(lì)，可能會(huì)產(chǎn)生非目標(biāo)振動(dòng)，這種無(wú)效振動(dòng)將極大影響設(shè)備的功能，降低使用性能和壽命。所以，對(duì)水力振蕩器的振動(dòng)特性進(jìn)行研究就非常必要。模態(tài)分析作為研究結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性的方