石油鉆井用水力振蕩器的設計及分析.pdf

1、隨著石油產品消耗量的逐年上升以及環(huán)保意識的日益增強，如何清潔、經濟、高效地開采地下石油資源已經成為各國面臨的主要問題。針對這個問題，各國在石油鉆井手段上相繼進行了技術開發(fā)。大斜度井、水平井及水平分支井等復雜結構井鉆進技術應運而生，被大量的應用到了鉆井工程中。這些技術的出現(xiàn)有效地提高了石油產量，降低了成本，同時有效地減少了環(huán)境污染。
　　國內石油開采行業(yè)也廣泛應用了大斜度井、水平井及水平分支井等復雜結構井技術，但在實際應用過程中卻存

2、在很多問題，時常出現(xiàn)托壓、粘卡現(xiàn)象，特別是在滑動鉆進過程中，由于井體斜度的原因鉆柱重力很難轉化為作用在鉆頭上的壓力，不能給鉆頭施加有效的鉆壓，直接影響了鉆進速度和鉆井周期。
　　本文針對上述出現(xiàn)的問題，研究開發(fā)了一種石油鉆井用水力振蕩器，該設備主要由閥門系統(tǒng)、動力部分和配套部分（振蕩/彈簧短節(jié)）組成。整個設備依靠鉆井液驅動，鉆井液流經位于振蕩器中的動力部分產生旋轉運動，帶動閥門系統(tǒng)工作，使鉆井液流量發(fā)生變化從而產生振蕩器內部壓強變

3、化，壓強的變化作用于振蕩器中的彈簧短節(jié)上產生溫和的振蕩力，并通過鉆具傳遞給鉆頭。這種溫和的振動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，提升鉆進速度，縮短鉆井周期。
　　振動頻率作為設計中的一個關鍵指標，將決定水力振蕩器的使用性能。而振動頻率的大小是由動力部分的運動情況決定的。本文對動力部分中的主體——螺桿馬達的運動特性展開了研究，從理論上研究分析了馬達轉子的運動規(guī)律，并運用ADAMS運動仿真對其展開了運動仿真分析，

4、仿真分析分析結果與理論分析結果相吻合。與此同時，還運用Matlab中的Simulink模塊對轉子啟動過程的動態(tài)特性進行了仿真，仿真結果表明，馬達在0.01s之后將進入正常的工作狀態(tài)。
　　由于水力振蕩器自身工作特點及工作環(huán)境的因素，它在工作過程中將會受到來自自身和外部的激勵，可能會產生非目標振動，這種無效振動將極大影響設備的功能，降低使用性能和壽命。所以，對水力振蕩器的振動特性進行研究就非常必要。模態(tài)分析作為研究結構的振動特性的方