基于脉冲激励的水平井减摩降阻工具研制Development of friction reducing and drag reducing tool for horizontal wells based on pulse excitation.pdf

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1、图书分类号：学校代码：璉士像论文论文题目基干脉冲激励的水平井减磨降阻工具研制研究生姓名逾导师姓名林元华（教授）学科专业海洋油气工程研究方向油气井工程力学：井下工具二〇一五年五月西南石油大学研究生学位论文知识产权声明书及学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西南石油大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

2、同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究本文再撰写的文章一律注明作者单位为西南石油大学。本学位论文属于、保密（），在年解密后适用本授权书。、不保密（请在以上相应括号内打“十‘）学位论文作者签名指导教师签名：年曰奸矿月巧曰西南石油大学研究生学位论文独创性声明本人声明：所呈交的研究生学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含其他人为获得西南石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均巳在

3、论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名权年月曰摘要随着国家对油气资源需求的不断增长和现阶段勘探开发的需要，各大油田通常选用水平井、大位移井等作为勘探开发方案，实现由浅层常规易开发油气储层向深部难动用储层勘探开发推进。水平井、大位移井复杂的井身结构限制了常规井下动力钻具组合在钻进中所能到达的深度，因此如何应对深部地层钻井过程中出现的井下复杂情况并保证钻井成功率是目前亟待解决的问题。本文深入调研了国内外研宄现状；对现有的钻井提速方法和工具进行了优缺点和适应性分析。在此基础上，分析了水平井、大位移井钻井施工难点和摩阻影响因素，最终确定以减

4、摩降阻作为解决方案来提高机械钻速，并据此设计了一种脉冲振荡减摩器。脉冲振荡减摩器的工作原理：结构中的容积式马达）动力单元驱动动阀盘转动，该阀盘具有一偏置的孔眼，动阀盘下面是一个具有中心孔的静阀盘，动静阀盘的相互运动致使过流面积不断改变，产生压力脉冲引起轴向振动，最终从该工具传出，破除管柱和井壁之间的静摩阻。脉冲振荡减摩器与震击工具一起使用，可以产生集中的轴向震击力。为了验证脉冲振荡减摩器的可行性，本文使用计算流体动力学分析软件对该工具内部腔室的运动流场进行了详细的数值模拟与分析，结果表明：工具内流场压力产生合理波动，活塞面压力与阀门水力直径关

5、系符合设计要求。使用“钻井作业管柱力学分析软件”计算扭矩和轴向力以及管柱屈曲状态，结果表明：脉冲振荡减摩器可以有效地减小扭矩损耗，在水平段合适的位置使用该工具可以消除管柱的正弦屈曲和螺旋屈曲等问题达到理想的预期效果。数值模拟分析的结果，验证了脉冲振荡减摩器作用机理的正确性。该工具作为一种新的有效的井下轴向脉冲振荡力发生装置主要用于水平井钻井，能够达到减摩降阻、减小卡钻风险、提高机械钻速、加强钻具的定向能力、避免敏感设备的破坏、可靠性高等效果。关键词：钻井；水平井；减摩降阻；脉冲激励；轴向振动；目录第章绪论研究目的和意义国内外研宄概况减摩降阻影

6、响因素研宄进展减摩降阻理论研究概况减摩降阻方法研宄概况本文研宄内容和思路第章水平井钻井难点及减摩降阻特征分析水平井钻井难点分析脉冲激励技术特征分析减摩降阻工具特征分析减摩降阻方案研宄本章小结第章减摩降阻机理研究和方案设计钻井参数对摩擦阻力的影响钻压对摩阻的影响转速对摩阻的影响管柱性能对摩擦阻力的影响井眼条件对摩擦阻力的影响钻井液对摩擦阻力的影响常用钻具组合对摩阻扭矩的影响减摩降阻方案设计本章小结第章马达组件特性分析螺杆马达的性能特点螺杆马达的运动与摆线分析马达转子平面行星运动分析摆线的定义及分类摆线的方程和单位摆线螺杆马达的理论计算螺杆马达的

7、每转排量计算螺杆马达的理论扭矩和转速计算螺杆马达的转子轴向力计算4.3.4螺杆马达的转子离心惯性力计算螺杆马达的转子定子间的最大滑动速度本章小结第章脉冲振荡减摩器的结构设计整体结构设计工作原理脉冲振荡减摩器主要参数设计马达总成的设计马达定子橡胶的选择动力马达参数设计振荡短接设计活塞设计碟簧设计花键芯轴设计阀盘设计关键部件强度校核作业方案设计本章小结第章数值模拟及效果评价脉冲振荡减摩器的数值模拟几何模型创建和网格的划分物理条件及边界条件确定数值模拟结果及分析三维软杆摩阻扭矩模型建立与求解实例分析摩阻扭矩分析工具使用效果预测模拟分析本章小结第章结

8、论与建议结论建议参考文献西南石油大学硕士研宄生学位论文第章绪论研究目的和意义近年来水平井、大位移井等复杂井身结构井的勘探开发技术越来越成熟，并且在提高采收率增加油气