井下扭转冲击发生装置的设计与仿真模拟

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1、：ＴＥ２４２单位代码５中图分类号：１０４２学号：Ｓ１３０２０２３５？十丨夠石冰Ａ嗲硕士学位论文ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｓｔｅｒＤｅｒｅｅＴｈｅｓｉｓｇ井下扭转冲击发生装置的设计与仿真模拟ＴｈｅＤｅｓ－ｉｇｎａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＤｏｗｎｈｏｌｅＴｏｒｓｉｏｎａｌＩｍａｃｔｏｒｐ学科专业：油气井工程研究方向：油气井力学、信息与控制作者姓名：呼怀刚指导教师：管志川教授二〇一六年五月ＴｈｅＤｅｓ－ｉｎａ

2、ｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＤｏｗｎｈｏｌｅＴｏｒｓｉｏｎａｌｇＩｍａｃｔｏｒｐＡＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｇＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＨｕＨｕａｉｇａｎｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＧｕａｎＺｈｉｃｈｕａｎＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥａｓｔＣｈｉｎａｙ（）Ｉ关于学位论文的独创性声明．本人郑重声明：所呈交的论文是本

3、人在指导教师指导下独立进行研宄工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研宄成果，也不包含本人或他人为获得中国石油一大学（华东）或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我同工作的同志对研宄所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：对时刚日期年ｆ月，０日摘要扭转冲击钻井技术是现有钻井工艺条件下提高钻进速度的有效途径之一。本文基于一现有

4、扭转冲击器和减震增压提速工具的设计思路，设计了种集钻柱减振和对钻头扭转冲击为一体的扭转冲击发生装置。该装置是利用钻井过程中钻柱纵向振动所引起的井底钻压波动作为能量来源，驱动振动转化机构对钻头产生高频周向冲击，缓解钻进深部地一层时产生的粘滑现象，为提高深部硬地层的破岩效率提供了种新的选择。一为了研究扭转冲击载荷对破岩效率的影响，论文通过建立套模拟扭转冲击发生装置的实验系统并进行了ＰＤＣ钻头的破岩实验，分析了钻进参数和扭转冲击力对破岩效果的影响，验证了扭转冲击提速的可行性。为了充分利用钻井过程中钻

5、柱的纵向振动能量，进行了基于钻柱振动的扭转冲击发生装置的设计与仿真模拟，文中首先提出了三种能够实现由钻柱的纵向往复运动到冲击发生部件旋转运动的转化方案，结合机械设计的相关原理，从装置使用时所具有的动力特性和机械加工的难度角度考虑，对三种运动转化方案进行了优选。在运动转换机构确定的后，结合课题组现有关于减振增压装置的研一究成果，提出了种既能实现钻柱减振又能将钻柱振动能量转换为钻头扭转冲击能量的装置，并对此装置的总体结构方案进行了设计。通过对钻压波动频率的分析确定了工具冲击频率；通过参考现有减振

6、器的行业标准以及权衡减振器行程对冲击功的影响程度确定了上部减振器的行程；通过对钻压波动的幅值进行分析结合减振器行程确定了碟簧的相关参数，；为了在工具使用过程中能够有效对冲击功进行调节对冲击锤不同旋转角度下冲击功进行了计算，并利用Ａｎｓｙｓ有限元分析软件对装置关键零部件进行了强度校核。通过Ｃｒｅｏ软件对扭转冲击装置的零件三维建模、虚拟装配，预测工具运动特性的实现，检查及验证机构的干涉情况并进行了工具运动的碰撞检测，实现了对装置机构设计的实时优化。关键词：钻柱振动，扭转冲击，结构设计，冲击破岩

7、ｉｎａｎｄＳ－ＴｈｅＤｅｓｉｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＤｏｗｎｈｏｌｅＴｏｒｓｉｏｎａｌＩｍａｃｔｏｒｇｐＨｕＨｕａｉｇａｎｇ（Ｏｉｌ＆ＧａｓＷｅｌｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）ＤｉｒｅｃｔｅｄｂｙＰｒｏｆ．ＧｕａｎＺｈｉｃｈｕａｎＡｂｓｔｒａｃｔＴｏｒｓｉｏｎａｌｉｍｐａｃｔｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒａｔｅｏｆｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏ

8、ｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｒａｉｎｏｆｔｈｏｕｇｈｔｏｆｄｅｓｉｇｎｏｎｅｘｉｓｔｉｎｇｔｏｒｓｉｏｎａｌｉｍａｃｔｏｒａｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇｓｔｒｉｎｓｈｏｃｋａｂｓｏｒｔｉｏｎ＆ｄｏｗｎ