一、井下闭环可变径稳定器本体有限元分析(论文文献综述)
王檀琛[1](2021)在《钻井用电控变径稳定器的设计与仿真研究》文中指出稳定器是一种新型的井下钻井轨迹控制工具,广泛应用于水平井、大位移井等复杂井的钻井作业。在改变钻井轨迹时,常规稳定器需要频繁起下钻,增加钻井成本。需要设计一款新型变径稳定器,以适应钻井作业需求。本文根据井下变径稳定器的工作原理,设计了一种基于钻井液脉冲控制的电控变径稳定器。该稳定器通过接收井口泥浆泵发出的压力脉冲信号,驱动大力矩电机进行相应的动作;带动径向活塞的伸缩来进行稳定器直径的改变,从而改变钻头的侧向切削力,调整钻井轨迹。首先使用Solidworks软件对变径稳定器进行三维结构建模;使用Adams软件和Workbench软件对径向活塞、轴向传动楔面体、稳定器导向段外壳和稳定器进行动力学仿真及静力学校核。依据稳定器信号传输方式的工作条件,地面井底之间通过泥浆钻井液的压力负脉冲方式进行指令信息的传输。设计了稳定器下行通讯方案,绘制出稳定器下行通讯原理方案图。初步设计中空直流无刷电机的结构参数,然后在Maxwell软件里面对电机进行有限元仿真分析。最后,对底部钻具组合在二维井身环境中进行受力分析。通过纵横弯曲法建立底部钻具组合的力学模型;综合考虑各方面因素的影响,建立三弯矩方程;根据连续条件和边界条件,得到钻头侧向力和钻头倾角的方程式。在Matlab软件中计算钻头侧向力和钻头倾角,然后代入钻头造斜率公式。讨论稳定器直径、钻压、井斜角和活塞井壁支撑力等钻井参数对稳定器降斜行为的影响规律。结果显示,该稳定器的最大井斜控制量为2.96°/100m;减小稳定器直径、减小钻压、增大活塞井壁支撑力有助于井下底部钻具组合的降斜功能;当实际井斜角变大时,井下底部钻具组合的降斜特性逐渐增强。
王统帅[2](2021)在《Φ73mm导向钻具组合的力学性能研究》文中研究表明连续管导向钻井因成本低、污染少、自动化程度高等优势而成为钻井技术的主流方向,在国外已被广泛应用于老井侧钻、定向井等领域,国内对于微小井眼连续管导向钻具组合的研究还处于初期试验阶段。导向钻具组合是连续管定向钻井的核心技术之一,对控制井眼轨迹起着重要作用,其力学性能的优劣,直接影响连续管导向钻具组合在钻井中对井眼轨迹的控制效果。本文首先介绍了常用的导向钻具组合力学性能的分析方法,着重介绍纵横弯曲法的基础上,采用纵横弯曲法对导向钻具组合力学模型进行简化,将单弯螺杆的结构弯角等效为横向集中载荷的前提下,基于提出的带有旋转接头的Φ73mm导向钻具组合的组成结构和基本工作原理,根据纵横弯曲法,将可变径稳定器看作有偏心位移的滑动铰支座,建立Φ73mm导向钻具组合的二维和三维力学模型,并分析了钻头的侧向力和转角、井斜面钻头的变井斜力和转角以及方位面钻头的变方位力和转角。其次,根据具体算例对导向钻具组合进行力学分析,分别研究了近钻头稳定器、可变径稳定器、钻压、井眼曲率、中间稳定器、上稳定器与Φ73mm直螺杆导向钻具组合的钻头侧向力的关系,同时研究了结构弯角、钻压、近稳定器、井眼曲率对Φ73mm单弯螺杆导向钻具组合的钻头侧向力的影响,通过得到的算例结果可为提高导向钻具组合的造斜能力和优化Φ73mm导向钻具组合力学性能提供参考。最后,基于相似理论设计模拟试验方案,开展模拟试验,并按照1:1的比例设计了Φ73mm导向钻具组合试验台,选择液压缸为导向钻具组合提供钻压。为了增加试验台的适用范围和便于安装以及后期维护,对底座和模拟井筒进行了标准化和模块化设计,并对测试台主要部件进行有限元分析。通过分析模拟试验中钻压、结构弯角与钻头侧向力的关系,并与数值力学模型分析相结合,综合分析Φ73mm导向钻具组合的力学性能。
张鹤[3](2019)在《超深井钻柱振动激励机制及动力学特性分析》文中研究表明石油、天然气是人类社会的主要能源和资源,其日益增长的消耗量不断驱动着深层油气资源的勘探和开发。钻井是石油、天然气钻探必不可少的环节,主要为油气生产提供通道。作为钻井工程的重要部件,钻柱在狭长井筒内转动,受力情况复杂,振动剧烈。这种振动不仅会造成钻柱的疲劳失效、钻头过度磨损、井壁失稳,甚至还会引发井下事故,致使井筒报废。从上世纪60年代开始,国内外研究人员通过实验和数值模拟方法对钻柱动力学进行了长期的研究,取得了丰硕的成果,但随着钻井深度的不断增加,钻柱在井下的工作环境变得更为复杂和恶劣,加之PowerV、预弯短接等井下特殊工具的广泛应用,给钻柱动力学研究带来了新的挑战。面对新的需求,现有研究存在的问题主要包括:1)未考虑井下特殊工具的激励特征,因而无法有效模拟带井下特殊工具钻柱的动力学特性;2)忽略了聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact,简称PDC)钻头与岩石相互作用在多种作用模式间的转换关系,难以揭示钻头扭矩出现速度弱化效应的内在本质,造成缺乏适用于钻柱动力学有限元分析的钻头激励模型;3)未考虑钻柱井下实际转速的影响,无法准确反映钻柱发生粘滑振动时的涡动特性;4)缺乏针对带井下特殊工具底部钻具组合(Bottom Hole Assembly,简称BHA)横向振动特性的高效分析方法。本论文开展的具体工作和取得的成果主要包括:1)基于弹性动力学Hamilton原理,推导了钻柱的Lagrange运动控制方程。根据钻柱所受的动载特征和运动状态,推导了钻柱的动能、势能、外力功的具体表达式,利用Euler-Bernoulli梁模型对钻柱离散后,得到了钻柱的动力学有限元方程。在推导过程中,不仅考虑了钻柱的几何和接触非线性、钻井液引起附加质量和阻尼力的影响,还重点考虑了钻柱井下转速波动的影响,建立了钻柱轴向-扭转-横向振动充分耦合的钻柱动力学有限元模型。2)基于钻头的运动轨迹,建立了钻头-岩石相互作用模型,推导了钻头-岩石相互作用在不同作用模式间的转换条件,揭示了造成钻头扭矩出现速度弱化效应的内在机理,提出了适用于钻柱动力学有限元分析的钻头激励模型。同时,利用钻头轨迹函数对钻头切削深度进行了描述,避免了向钻头-岩石相互作用模型中引入状态依赖时滞变量,大幅度提高了钻头-岩石相互作用模型的求解效率。3)提出了预弯结构和PowerV两种井下特殊工具对钻柱的激励模型。在此基础上,一方面结合加权余量法和有限元方法实现了对带井下特殊工具BHA横向振动响应的快速求解,分析了结构参数、钻压、转速和钻井液密度引起的附加质量对BHA横向振动的影响;另一方面,利用Newmark方法和节点迭代法对超深井钻柱动力学有限元模型进行了求解,研究了带井下特殊工具的超深井钻柱的瞬态动力学特性。4)利用三轴加速计测量了超深井钻柱的井下加速度,分析了钻柱的井下实际振动特征,并与数值模拟结果进行了对比,验证了有限元模型的可靠性。在此基础上,研究了超深井钻柱的粘滑振动和涡动特性,发现了粘滑振动对钻柱涡动的强化效应。5)分析了钻井参数对钻柱粘滑振动和涡动的影响,研究了抑制钻柱粘滑振动的措施。结果表明,尽管增加转速可以抑制钻柱的粘滑振动,但同时会诱发更为剧烈的BHA涡动。通过调整钻压消除钻柱粘滑振动的措施比较合理,所得结论符合实际情况。
王嵩[4](2017)在《地面连续可控变径稳定器的设计研究》文中提出石油钻井井眼轨迹控制是当今世界性技术难题之一,虽然旋转导向钻井工具可以控制井眼轨迹,但存在技术难度大、作业成本高等不足,采用变径稳定器可有效解决此类不足。本文设计了一种新型地面连续可控的KLX-216变径稳定器,解决了目前变径稳定器结构复杂、研发难度大和安全可靠性差等问题。首先,设计了KLX-216变径稳定器的总体结构。该变径稳定器的基本工作原理是通过地面操作者控制泵排量和在井筒中投入特定类型的电子标签,实现了在不起下钻具的工况下改变KLX-216变径稳定器的三种外径状态:即小径状态(184mm)、一级变径状态(200 mm)、二级变径状态(216 mm),进而获得不同的井下钻具组合(BHA)力学性能,从而达到连续控制井眼轨迹的目的。其次,设计了KLX-216变径稳定器的控制系统结构组成。控制系统由电子标签、电池组、阅读器、电机和凸轮机构等部件组成。不同类型的电子标签可以发射特定的无线电讯号,该讯号被位于变径稳定器内置的阅读器的接收天线接收,经过一系列的解调、解码和识别后,发出动作指令,控制相应电机的正反转,电机通过齿轮传动控制凸轮机构的正反转,进而控制销钉的伸缩,以此来限定心轴的位置,进而改变KLX-216变径稳定器的三种外径状态。最后,对KLX-216变径稳定器进行了总体设计,并且应用有限元方法分析了变径稳定器本体的强度和刚度、销钉的强度及本体的振动特性,为变径稳定器的可靠设计提供了依据。通过本文的研究,为钻井作业轨迹控制提供了一种新的解决方案,从而具有重要的工程现实意义。
刘少胡,陈敏,冯定,李思行,夏正新,魏世忠[5](2016)在《井下可控变径稳定器工作机理及力学分析》文中进行了进一步梳理石油钻井井眼轨迹控制是当今世界性技术难题之一,旋转导向钻井工具可控制井眼轨迹,但日租费昂贵,使用变径稳定器可有效解决该问题。针对目前国内可变径稳定器结构复杂、制造成本高等问题,设计了井下可控变径稳定器,详细介绍了工具的结构组成和工作原理。利用CAE技术对其关键部件进行力学分析;并利用CFD技术计算工具在三种工位时过流压降。综合考虑可变径稳定器受钻井液驱动力、节流套筒及导向体阻力、弹簧弹力等因素,对可调整支撑块进行力学分析,推导出可变径稳定器所受液压压降与工具直径的计算公式,同时实验论证该公式的合理性。该工具与防磨工具配套使用在钻井时可减少钻井时长,大大缩短钻井周期,降低钻井成本。
陈高杰[6](2016)在《自动导向钻具动力学分析与实验研究》文中指出自动导向钻具指的是钻柱在旋转钻进的过程中,随钻同步实现自动导向功能的一种钻具。由于这种钻具能够实时检测孔斜状态并实时纠斜,钻井时能够沿着预先设计的轨迹钻进。并且具有钻进摩阻和扭阻小、转速高以及井身的轨迹较为平滑等优点,被认为是当代导向钻井的主流发展趋势。但是,目前国内尚未完全掌握此项关键技术。本文以前期国家“863"探索导向类课题“电磁波随钻遥测式自动垂钻系统关键技术研究”为依托,对自动导向钻具井下的动力学行为和工作状态进行研究,通过仿真分析结合实验模拟的手段,研究了在不同钻压、转速及偏置力条件下,钻具实时动态形变与受力的情况,而振动问题又是最为核心的问题。本项研究旨在为开发出适合我国国情的自动化导向钻具系统,加快我国深部资源的勘探提供技术支持。具体研究内容包括以下几个方面:简述了自动导向钻具课题的来源与背景、研究意义,国内、外在自动导向钻具研发方面的最新进展和钻柱动力学研究现状,探讨了白动导向钻具今后的发展趋势。通过钻柱动力学理论分析方法的比选,得出采用能量法对带有自动导向功能钻柱动力学系统进行分析是可行的,提出了自动导向钻具动力学分析的主要技术路径。自动垂钻系统为自动导向钻具其中一种特殊的结构形式,这种系统的工作原理与静态推靠式自动导向钻具的工作原理是一致的,借鉴对现有垂钻系统的研究能满足本课题部分研究需要。阐述了偏置机构的工作原理及工作要求,分析了偏置机构的核心部件的设计要求。通过两种控制方案的对比,得出了采用偏置合矢力控制方案存在“控制死区”;一般遵循最小能量原则和就近原则,采用偏置合位移的控制方案为最优,并给出了导向工具控制算法框图。利用Solid Works三维分析软件对偏置机构设计做出辅助分析,通过对偏置机构的整体装配分析,明确了各元部件之间的儿何关系和拓扑关系,为自动导向钻具的研发提供了一个合理有效的设计手段。利用纵横弯曲连续梁法,构建起自动导向钻具BHA导向力学分析模型。分析了自动导向钻具BHA力学理论,包括把三维分析分解为两个二维问题、井斜平而P上的力学以及方位平面Q上的力学分析等内容,得出自动导向钻具钻头处的导向力与钻头处的井斜角、钻压,井眼曲率,稳定器的位置、数量与规格等因素有关。应用ADAMS软件比较直观地研究了在偏置力作用下的运动状态。经过不断摸索和完善,该方法将为自动导向钻具选择钻井参数合理的选择、提高钻杆运行行的可靠性以及设计钻杆的防磨装置等方面提供相关理论依据。在分析自动导向钻具BHA动力学规律的过程中,分别阐述了自动导向钻具BHA轴向、横向、扭转及其相互之间的耦合振动规律。由于在钻进过程中,自动导向钻具是耦合了轴向、横向、扭转三种振动状态,同时钻具还受到偏置机构集中导向力的作用,应用哈密顿(Hamilton)原理对其进行动力学分析能比较准确、真实反映实际动力学关系。该模型说明了旋转机构在偏置构件作用下产生的振动具有全耦合性,即每种振动形式之间存在着相互影响、相互作用。利用ANSYS有限元分析软件,模拟出不同钻压、转速及偏置力情况下,自动导向钻具BHA振动特性。其中包括了ANSYS相关模型的建立、主要假设、相关参量、定义材料属性和建立钻柱模型等。利用该软件逐次分析了在偏置力作用下轴向振动、横向振动、扭转振动以及耦合振动问题。同时,分析了不同转速及钻压情况下,偏置机构动态应力与应变分布状况,离钻头2.55m、1.8m、1.5m和0.15m,这四处为偏置机构在运动过程中振动的薄弱环节。最后,设计了自动导向钻具BHA室内实验方案,通过试验证明了仿真试验结果的正确性。所得的结果可以为自动导向钻具结构的优化设计提供可靠依据。
赵勇[7](2016)在《钻井采煤导向井大变径扩眼钻头设计和力学分析》文中进行了进一步梳理我国的能源布局是“贫油、少气、富煤”。我国煤炭资源储量5.9万亿吨,探明储量2.3亿吨,占一次能源资源总量的94.22%,而石油、天然气不足6%,可以说煤炭是我国最丰富的能源资源。随着能源需要增大,深层煤炭资源的开发时代必将到来,采用钻井技术实现钻井采煤具可行性,这种采煤方法称之为“钻井采煤法”。该方法伴随着钻井过程,通过钻头破碎煤层,利用液体循环携带煤颗粒返回地面,采用地面装备对采出的多相流体进行分离获得煤炭资源,分离的液体再次循环使用。本文系统地提出了钻井采煤工艺的基本原理,并对钻井采煤导向井工艺进行了井身结构设计和水力携煤管道输送参数计算。本文针对钻井采煤的特殊工艺要求,在广泛调研国内外相关扩眼钻头文献的基础上,分析和总结了现有扩眼钻头的优缺点,设计了一种钻井采煤导向井大变径扩眼钻头。该钻井采煤导向井大变径扩眼钻头可以穿过215.9mm的小尺寸岩层井眼,到达煤层以后可以实现井下扩径,扩径后的井眼尺寸达到395mm。本文对钻井采煤导向井大变径扩眼钻头进行了详细的结构设计,并重点就扩眼总成和锁定总成进行了具体地运动分析和力学分析,研究了本扩眼钻头的工作原理和运动机理。对芯轴和节流嘴进行了流体力学分析,确定了芯轴和节流嘴的内径,并对芯轴的强度和刚度进行了校核。其次对扩眼钻头上截齿的切割阻力和轴向阻力进行了理论计算,得到扩眼钻头受到煤层的切割扭矩T=7845N·m,轴向阻力FZ=4.3t,切割功率P=123kW,上述参数均在与扩眼钻头配合使用的7LZ172螺杆钻具额定参数以内。再次,在Abaqus软件中建立了扩眼总成的有限元计算模型,分析了扩眼壳体、芯轴、扩眼刀翼、支撑臂和销轴的力学性能。研究了装配环境下扩眼壳体和芯轴整体的力学性能和变形情况,以及零件独立环境下扩眼壳体和芯轴下的力学性能和变形情况,研究表明芯轴结构对扩眼总成整体强度有显着的加强作用。最后,在Abaqus软件中建立了锁定总成的有限元计算模型,分析了钢球、芯轴、上中心管和解锁套的力学性能。由于钢球和各零件之间为点接触,接触应力过大,因此对锁定总成的局部结构进行改进。将钢球和芯轴变为线接触,对改进的锁定总成进行力学分析,保证了结构的合理性。
杨鹏[8](2013)在《长水平段水平井旋转造斜钻井工具研究》文中研究指明长水平段水平井钻井技术能够延长水平段的位移延伸长度,最大限度的增加井眼与油藏储层的接触面积,提高油气井的采收率。而国内受制于没有先进的旋转导向钻井工具,采用滑动导向钻井工具以复合钻井技术旋转钻进。复合钻井技术存在滑动钻进的情况,使得井眼摩阻増大,限制了水平位移的延伸长度。本论文根据常规复合钻井技术旋转钻井时并眼井斜有偏斜的特性,提出了一种能够在旋转状态下稳定造斜以平衡钻头受到的侧向作用合力的井下钻井工具。通过分析旋转导向钻井工具的工作方式及控制方式,以及水平段旋转钻井时的一些特性,文章首先设计了旋转造斜钻井工具的整体方案,确定了工具的工作原理及基本机械结构。通过设定带旋转造斜钻井工具的底部钻具组合的弯曲变形,研究分析了工具造斜力与钻头侧向力合力之间的关系,并根据纵横弯曲法建立了求解方程。通过分析工具控制轴上的作用力矩,得到了工具稳定控制的静力学关系式,并利用solidworks三维软件对旋转造斜钻井工具进行了虚拟结构设计及对工具关键部件进行了设计计算。
吴力[9](2012)在《基于井眼轨迹控制的防旋转装置研究》文中研究指明随着石油工业的发展,我国油藏开发形势越来越严峻。一方面,大部分油田已相继进入开发后期,新探区块大部分处于特殊环境,如海洋、滩海、沙漠等地区,这就使得勘探开发难度和成本大大增加;另一方面,老油田为实现稳产,面临着大量的边缘油气藏、独立小油气藏、复杂断块油气藏、超薄油气藏等难动用储量的开发问题。为了节约开发成本和提高石油产量,需要对那些受地理位置限制或开发后期的油田进行开发,这种勘探开发形势的需要推动着井型的演变与发展,大位移井、超薄油层水平井、多分枝井等复杂结构井在油气田勘探开发中所占的比例越来越大。在这些复杂结构井中,传统的钻井技术已不能达到要求,于是出现了导向钻井技术,并且随着复杂结构井的不断增加,导向钻井技术的作用越来越明显。导向钻井技术是20世纪90年代国外发展起来的一项尖端自动化全新钻井技术,是当今世界上钻井技术发展的最高阶段,代表着当今高精度定向钻井技术的方向,是钻井技术一次质的飞跃。导向钻井技术配合先进的随钻测量技术和井下控制技术,通过双向通讯方式,在进行井下测量信息实时反馈的同时,还可以实现工具造斜能力的井下自动调整,从而实现井眼轨迹的连续、自动(闭环)控制,使复杂井眼轨迹的实现能力得到了极大的提高,并且大大提高了钻井效率和开发效益。使用导向钻井技术进行钻井作业时,不需要频繁起下钻就可以实现三维井眼轨迹控制,自动化程度高,且具有井眼轨迹更光滑,减小了卡钻风险,延伸距离更大的优点,对保证井眼轨迹质量,提高钻井速度和效率,满足复杂结构井的需求都有重要意义。世界上已有多家公司开发出了自己的导向钻井系统,研制成功了多种导向钻井工具。目前已开发应用的导向钻井工具按工作方式基本可以分为三类:静态推靠式、动态推靠式和静态指向式。而指向式高造斜工具的发展已成为提升导向钻井技术的关键,也是今后井下闭环高精度导向钻井技术发展的方向,但我国对指向式高造斜工具还没有展开相关的研究工作。目前导向钻井技术将仍处于快速发展阶段,国际竞争十分激烈,在未来若干年内该技术仍将由国外大公司垄断。要打破国外技术垄断与封锁,有必要对这种具有发展优势的指向式高造斜工具进行深入的研究,研究出具有我国自主知识产权的指向式高造斜工具,对于快速缩小我国在本领域跟国际水平的差距,实质提升我国高精度导向钻井技术的研究水平具有重要的意义,对于开采我国进入开发后期的油田、海上油气资源和复杂地质油气资源具有重要的现实意义,并且能显着提高我国深层油气资源勘探开采能力,突破我国石油钻井关键技术的瓶颈,增强我国石油钻井领域的自主创新能力,提高我国石油供给能力,保障我国经济可持续发展。本文针对目前油藏勘探开发形势开展相关研究,在查阅大量国内外相关技术文献资料的基础上,熟悉掌握目前该技术存在的不足与难点,对国内外目前大型油气田开发的形势进行调研,针对我国油藏勘探开发的特殊环境,对指向式高造斜工具进行深入研究。首先分析了指向式高造斜工具的总体方案,提出了该工具的控制方法,并对工具总体结构进行了分析与设计;然后通过对比分析各种类型稳定器的功能、服役条件、运动状态,进行了高造斜工具防旋转装置的类型选择;接着设计了防旋转装置的总体结构,并对关键件进行了研究;最后对防旋转装置的井下受力情况进行了分析,建立了静力学模型和方程,并对其求解和优化;对滚轮进行了有限元分析,验证了该装置工作的可靠性,并对防旋转装置进行了动画仿真。
祝效华,刘少胡,聂荣国,汤历平,敬俊,李礼[10](2011)在《KWQ-216型地面可控井下变径稳定器》文中提出地面可控井下变径稳定器可以对井眼轨迹进行有效的控制与调整,以其成本低、控制效果好等特点在国外已规模应用,国内已有成功应用案例,但远未普及。介绍了地面可控井下变径稳定器工具的结构组成和工作原理,利用CAE技术对KWQ-216变径稳定器的壳体和弹簧座销等易失效部件进行了安全性分析,工具的工作安全性较高。介绍了与该工具配套使用的钻具组合。该工具通过地面开停泵液压式控制和井下机械式机构锁紧,变径准确可靠,操作简单方便,科学使用可变径稳定器可以经济、精确地控制井斜角和方位角,提高井身质量,缩短钻井周期。
二、井下闭环可变径稳定器本体有限元分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、井下闭环可变径稳定器本体有限元分析(论文提纲范文)
(1)钻井用电控变径稳定器的设计与仿真研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究的背景和意义 |
1.2 变径稳定器的国内外研究现状及分析 |
1.2.1 变径稳定器的国外研究现状 |
1.2.2 变径稳定器的国内研究现状 |
1.2.3 国内外文献综述分析 |
1.3 本文主要研究内容 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
第2章 电控变径稳定器结构设计与仿真 |
2.1 电控变径稳定器工作原理 |
2.2 电控变径稳定器整体结构设计 |
2.3 电控变径稳定器导向段的动力学仿真 |
2.3.1 导向段建模 |
2.3.2 导向段动力学仿真结果 |
2.4 稳定器导向段关键零件的有限元分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 稳定器通信方法及驱动电机设计 |
3.1 稳定器控制信号传输方法研究 |
3.2 中空大力矩直流无刷电机设计与仿真 |
3.2.1 电机结构参数 |
3.2.2 电机绕组分相 |
3.2.3 电机有限元仿真结果 |
3.3 本章小结 |
第4章 底部钻具组合力学分析及造斜率预测 |
4.1 底部钻具组合力学模型建立 |
4.2 钻头造斜率计算方法研究 |
4.3 稳定器造斜率预测与仿真 |
4.3.1 稳定器直径对造斜率的影响 |
4.3.2 钻压对造斜率的影响 |
4.3.3 活塞井壁支撑力对造斜率的影响 |
4.3.4 实际井斜角对造斜率的影响 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(2)Φ73mm导向钻具组合的力学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 常用静力学分析方法 |
1.4 本文的主要研究内容与技术路线 |
第2章 导向钻具组合的基本力学模型 |
2.1 纵横弯曲法 |
2.2 导向钻具组合的力学模型 |
2.3 初始结构弯角等效处理 |
2.4 Φ73mm导向钻具组合组成与特性 |
2.5 Φ73mm导向钻具组合力学模型建立 |
2.6 本章小结 |
第3章 导向钻具组合的力学性能分析 |
3.1 导向钻具组合力学性能求解程序 |
3.2 直螺杆导向钻具组合的力学性能分析 |
3.3 单弯螺杆导向钻具组合的力学性能分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 Φ73mm导向钻具组合力学性能试验研究 |
4.1 试验总体方案设计 |
4.2 试验装置设计 |
4.3 Φ73mm导向钻具组合力学性能试验 |
4.4 试验结果分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
个人简介 |
(3)超深井钻柱振动激励机制及动力学特性分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 钻柱结构及振动类型 |
1.2.1 钻柱结构 |
1.2.2 振动类型 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 钻柱动力学研究现状 |
1.3.2 钻头-岩石相互作用研究现状 |
1.3.3 钻柱与井壁接触研究现状 |
1.3.4 带井下特殊工具的钻柱振动研究现状 |
1.3.5 井下振动测量技术研究现状 |
1.4 存在的主要问题 |
1.5 本文的主要研究内容、创新点及结构 |
1.5.1 主要研究内容 |
1.5.2 主要创新点 |
1.5.3 主要结构 |
第二章 钻柱动力学有限元模型 |
2.1 基本假设和坐标系 |
2.1.1 基本假设 |
2.1.2 坐标系 |
2.2 Hamilton原理 |
2.3 钻柱动力学有限元方程 |
2.3.1 动能 |
2.3.2 势能 |
2.3.3 外力功 |
2.3.4 梁单元形函数 |
2.3.5 动力学方程 |
2.4 梁单元矩阵表达式 |
2.4.1 质量矩阵 |
2.4.2 刚度矩阵 |
2.4.3 阻尼矩阵 |
2.4.4 外力矢量 |
2.5 边界条件 |
2.6 小结 |
第三章 井下激励及有限元模型求解 |
3.1 PDC钻头-岩石相互作用机理研究 |
3.1.1 钻头-岩石相互作用规律 |
3.1.2 钻头轨迹函数 |
3.1.3 钻头-岩石相互作用模式 |
3.1.4 无量纲化及求解 |
3.1.5 准确性验证 |
3.2 钻头及井下特殊工具的激励模型 |
3.2.1 PDC钻头激励模型 |
3.2.2 牙轮钻头激励模型 |
3.2.3 预弯结构激励模型 |
3.2.4 PowerV激励模型 |
3.3 模态特征及稳态响应 |
3.3.1 模态特征 |
3.3.2 稳态响应 |
3.4 瞬态响应 |
3.5 小结 |
第四章 带井下特殊工具BHA横向振动研究 |
4.1 BHA静力学模型及求解 |
4.1.1 静力学模型假设 |
4.1.2 静力学微分方程 |
4.1.3 边界条件 |
4.1.4 加权余量法 |
4.2 预弯BHA横向振动研究 |
4.2.1 预弯BHA的结构和工作参数 |
4.2.2 预弯BHA的静态变形 |
4.2.3 预弯BHA的模态特征 |
4.2.4 预弯BHA的稳态响应 |
4.2.5 与常规BHA结果对比 |
4.3 PowerV-BHA横向振动研究 |
4.3.1 PowerV-BHA的结构及静态变形 |
4.3.2 PowerV-BHA的稳态响应 |
4.3.3 柔性短节的影响 |
4.4 小结 |
第五章 超深井钻柱粘滑和涡动研究 |
5.1 超深井钻柱井下振动测量 |
5.1.1 测量原理 |
5.1.2 测量方案 |
5.1.3 测量数据 |
5.2 数值模拟与测量结果对比 |
5.3 超深井钻柱振动特性分析 |
5.3.1 粘滑振动 |
5.3.2 涡动 |
5.3.3 转速的影响 |
5.4 小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文 |
作者在攻读博士学位期间所作的项目 |
致谢 |
(4)地面连续可控变径稳定器的设计研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及目的意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国内研究现状 |
1.2.2 国外研究现状 |
1.3 本文的主要工作 |
1.3.1 主要内容 |
1.3.2 创新点 |
第二章 变径稳定器相关理论基础 |
2.1 变径稳定器的功能 |
2.1.1 作为近钻头稳定器的功能 |
2.1.2 作为第一钻柱稳定器的功能 |
2.1.3 作为上稳定器的功能 |
2.2 变径稳定器的运动状态分析 |
2.2.1 稳态运动 |
2.2.2 正进运动 |
2.2.3 反进运动 |
2.3 变径稳定器类型 |
2.3.1 按变径稳定器结构形式分类 |
2.3.2 按变径稳定器控制方式分类 |
第三章 KLX-216 变径稳定器的总体结构设计 |
3.1 KLX-216 变径稳定器结构方案确定 |
3.2 KLX-216 变径稳定器的结构设计 |
3.2.1 KLX-216 变径稳定器结构 |
3.2.2 KLX-216 变径稳定器结构原理 |
3.2.3 KLX-216 变径稳定器的工作原理 |
3.3 KLX-216 变径稳定器的尺寸及零部件设计 |
3.3.1 KLX-216 变径稳定器的基本尺寸 |
3.3.2 KLX-216 变径稳定器扶正段引导角 |
3.3.3 KLX-216 变径稳定器螺旋升角设计 |
3.3.4 KLX-216 变径稳定器螺纹连接区设计 |
3.4 KLX-216 变径稳定器材料选择 |
3.4.1 KLX-216 变径稳定器本体材料的选用 |
3.4.2 硬质合金材料的选用 |
3.5 KLX-216 变径稳定器扶正段耐磨表面设计 |
3.5.1 堆焊耐磨材料 |
3.5.2 镶嵌硬质合金块 |
3.5.3 KLX-216 变径稳定器扶正段耐磨性增强措施 |
第四章 基于RFID技术的控制系统设计 |
4.1 RFID技术简介 |
4.2 基于RFID技术的控制系统 |
4.3 控制系统工作原理 |
4.4 电子标签 |
4.4.1 改进的SM6136芯片 |
4.4.2 环氧树脂材料封装外壳 |
4.4.3 电子线路 |
4.4.4 电源 |
4.4.5 其它 |
4.5 阅读器 |
4.5.1 控制芯片SM6135 |
4.5.2 电子线路 |
4.5.3 电源 |
4.6 电机 |
4.7 凸轮机构 |
第五章 KLX-216 变径稳定器的计算分析 |
5.1 活塞密封阻力 |
5.2 复位弹簧的弹力 |
5.3 节流杆压降的计算 |
5.4 钻井液驱动力的计算 |
5.5 KLX-216 变径稳定器本体结构强度特性分析 |
5.5.1 有限元模型 |
5.5.2 边界条件 |
5.5.3 载荷条件 |
5.5.4 材料性能 |
5.5.5 强度分析 |
5.6 KLX-216 变径稳定器本体结构刚度特性分析 |
5.7 KLX-216 变径稳定器本体结构振动特性分析 |
5.7.1 本体振动的数学模型 |
5.7.2 本体有限元计算模型 |
5.7.3 计算结果及分析 |
5.8 KLX-216 变径稳定器销钉结构强度特性分析 |
5.8.1 有限元模型 |
5.8.2 边界条件 |
5.8.3 材料特性 |
5.8.4 强度分析 |
第六章 结论与建议 |
6.1 结论 |
6.2 建议 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
(5)井下可控变径稳定器工作机理及力学分析(论文提纲范文)
1 可变径稳定器结构及工作原理 |
1.1 可变径稳定器结构 |
1.2 可变径稳定器工作原理 |
2 工具壳体安全性计算与分析 |
3 可变径稳定器过流压降计算 |
3.1 可变径稳定器过流压降仿真 |
3.2 可变径稳定器径位与液压差关系 |
3.2.1 钻井液驱动力 |
3.2.2 节流套筒及导向体阻力 |
3.2.3 弹簧弹力 |
3.2.4 静力学分析 |
3.3 实验模拟 |
3.4 应用研究 |
4 结论 |
(6)自动导向钻具动力学分析与实验研究(论文提纲范文)
作者简历 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题的背景及来源 |
1.2 研究的目的及意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 国内、外自动导向钻具的研究发展现状 |
1.3.2 国内、外钻柱动力学研究现状 |
1.4 存在的问题与发展趋势 |
1.5 论文研究的主要内容 |
1.5.1 自动导向钻井系统偏置机构的动力学分析 |
1.5.2 自动导向钻井系统BHA动力学模型的建立 |
1.5.3 自动导向钻井系统BHA动力学模型的求解 |
1.5.4 自动导向钻井系统BHA动力学模型仿真分析 |
1.5.5 自动导向钻井系统BHA动力学实验研究 |
1.6 论文研究的主要途径及技术路线 |
1.6.1 论文的研究主要内容途径 |
1.6.2 技术路线 |
第二章 自动导向钻具偏置机构的设计及优化控制 |
2.1 自动导向钻具偏置机构的基本结构及工作要求 |
2.1.1 自动导向钻具基本结构 |
2.1.2 偏置机构的工作原理 |
2.1.3 偏置机构的工作要求 |
2.2 自动导向钻具偏置机构液压系统 |
2.2.1 偏置机构液压系统运动规律 |
2.2.2 偏置机构推靠力计算 |
2.3 自动导向钻具偏置力优化控制 |
2.3.1 偏置合力矢量控制分析 |
2.3.2 偏置位移矢量控制分析 |
2.3.3 自动导向钻具偏置机构控制方案 |
2.4 自动导向钻具偏置机构三维参数化仿真设计 |
2.4.1 三维参数化设计 |
2.4.2 自动旋转导向钻井工具三维参数化仿真设计 |
2.5 本章小结 |
第三章 自动导向钻具BHA钻井系统力学行为研究 |
3.1 自动导向钻具BHA钻井系统 |
3.2 自动导向钻具BHA力学分析基本假设 |
3.3 自动导向钻具BHA纵横弯曲连续梁模型 |
3.3.1 三维分析问题分解为两个二维问题 |
3.3.2 井斜平面P上BHA变井斜力分析 |
3.3.3 方位平面Q上BHA变方位力分析 |
3.4 自动导向钻具BHA运动学仿真分析 |
3.4.1 基本假设 |
3.4.2 仿真的基本原理 |
3.4.3 钻杆的建模 |
3.4.4 钻柱仿真结果及分析 |
3.4.5 结论 |
3.5 本章小结 |
第四章 自动导向钻具BHA动力学分析及研究 |
4.1 钻井系统钻柱固有频率的计算 |
4.1.1 钻井系统纵向振动固有频率分析 |
4.1.2 钻井系统横向振动规律分析 |
4.1.3 钻井系统扭转振动规律分析 |
4.1.4 钻井系统钻柱耦合动力学模型 |
4.2 自动导向钻具BHA耦合振动的动力学分析 |
4.2.1 钻杆系统的动能 |
4.2.2 钻杆系统的势能 |
4.2.3 非保守所做的功 |
4.3 本章小结 |
第五章 自动导向钻具BHA动力学有限元分析 |
5.1 有限元软件ANSYS介绍 |
5.2 钻柱的有限元分析法介绍 |
5.3 自动导向钻具BHA振动模型分析 |
5.3.1 自动导向钻具BHA轴向振动分析 |
5.3.2 自动导向钻具BHA横向振动分析 |
5.3.3 自动导向钻具BHA扭转振动分析 |
5.3.4 自动导向钻具BHA耦合振动分析 |
5.4 自动导向钻具偏置机构有限元分析 |
5.4.1 不同工况对偏置机构轴向振动的影响 |
5.4.2 不同工况对偏置机构横向振动的影响 |
5.5 本章小结 |
第六章 自动导向钻具BHA实验研究 |
6.1 实验方案及思路 |
6.2 自动导向钻具BHA振动测试系统总体要求 |
6.2.1 系统总体构成 |
6.2.2 系统功能要求 |
6.2.3 系统技术指标 |
6.3 自动导向钻具BHA振动测试系统硬件及软件设计 |
6.3.1 激光位移传感器 |
6.3.2 数据采集卡 |
6.3.3 自动导向钻具BHA振动测试系统软件设计 |
6.3.4 信号预处理模块程序设计 |
6.4 自动导向钻具BHA钻进实验台 |
6.5 模拟钻进试验分析与评价 |
6.5.1 振动测试系统采集情况 |
6.5.2 不同工况下的振动测试 |
6.5.3 不同位置钻具振动测试情况 |
6.6 本章小结 |
第七章 结论及展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
(7)钻井采煤导向井大变径扩眼钻头设计和力学分析(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外采煤方法和设备 |
1.3 深层煤开采必要性及其难度 |
1.4 钻井采煤法的提出 |
1.5 国内外可变径扩眼工具概况 |
1.6 论文的研究内容 |
1.7 论文的技术路线 |
1.8 论文的创新点 |
第2章 钻井采煤总体工艺技术方案研究 |
2.1 钻井采煤目的 |
2.2 钻井采煤工艺技术方案设计 |
2.3 导向井井身结构设计 |
2.4 钻井采煤导向井关键工具设计 |
2.4.1 一种大变径钻井采煤钻柱稳定器设计 |
2.4.2 一种液力可变径扶正器设计 |
2.4.3 一种柱塞式大变径扶正器设计 |
2.4.4 一种大变径两翼扩眼钻头设计 |
2.4.5 一种柱塞式大变径随钻扩眼工具设计 |
2.4.6 一种撑杆式两刀翼大变径扩眼工具设计 |
2.4.7 一种反循环钻井工具设计 |
2.5 本章小结 |
第3章 钻井采煤水力携煤工艺技术研究 |
3.1 水力携煤技术研究现状 |
3.2 水力携煤管道输送参数研究 |
3.3 导向井采煤水力参数计算 |
3.3.1 正循环钻井工艺水力计算 |
3.3.2 反循环钻井工艺水力计算 |
3.3.3 钻井采煤导向井钻速计算 |
3.4 本章小结 |
第4章 钻井采煤导向井大变径扩眼钻头结构设计 |
4.1 设计原则 |
4.2 结构设计 |
4.2.1 整体方案设计 |
4.2.2 扩眼总成结构设计 |
4.2.3 扩眼总成机构运动分析 |
4.2.4 芯轴结构设计 |
4.2.5 锁定总成结构设计 |
4.2.6 变位滑套结构设计 |
4.3 煤层切削力学分析 |
4.3.1 截齿切割阻力计算 |
4.3.2 截齿轴向阻力计算 |
4.3.3 扩眼钻头主要动力学参数计算 |
4.4 本章小结 |
第5章 导向井大变径扩眼钻头扩眼总成有限元分析 |
5.1 扩眼总成受力分析 |
5.2 扩眼壳体和芯轴力学仿真 |
5.2.1 装配模型有限元分析 |
5.2.2 扩眼壳体有限元分析 |
5.2.3 芯轴有限元分析 |
5.3 扩眼刀翼和支撑臂力学仿真 |
5.3.1 扩眼刀翼有限元分析 |
5.3.2 支撑臂有限元分析 |
5.3.3 销轴有限元分析 |
5.4 本章小结 |
第6章 导向井大变径扩眼钻头锁定总成有限元分析 |
6.1 锁定总成力学仿真 |
6.2 锁定总成各部件力学分析 |
6.3 改进锁定总成力学仿真 |
6.4 改进锁定总成各部件力学分析 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
(8)长水平段水平井旋转造斜钻井工具研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 造斜钻井工具的发展历程及旋转导向钻井工具的研究现状 |
1.2.1 造斜钻井工具的发展历程 |
1.2.2 水平段造斜钻井工具的研究现状 |
第二章 长水平段水平井旋转造斜钻井工具的方案设计 |
2.1 长水平段水平井钻井技术的难点及解决方法 |
2.2 水平段旋转钻井时井斜角的变化及解决方法 |
2.2.1 钻头受到的降斜作用力 |
2.2.2 国内外水平段稳斜钻进解决方法 |
2.3 旋转导向钻井工具的工作方式 |
2.4 旋转导向钻井工具的控制方式 |
2.5 旋转导向钻井工具的三种工作方式比较 |
2.6 旋转造斜钻井工具设计方案 |
2.6.1 旋转造斜钻井工具结构方案 |
2.6.2 旋转造斜钻井工具的工作原理 |
2.6.3 旋转造斜钻井工具适应的水平段类型 |
2.7 本章小结 |
第三章 旋转造斜钻井工具的造斜力及其控制机构稳定力矩的分析 |
3.1 旋转造斜钻井工具的造斜力分析 |
3.1.1 旋转造斜钻井工具对井壁的推靠力 |
3.1.2 旋转造斜钻井工具造斜力与钻头侧向力之间的关系 |
3.2 旋转造斜钻井工具控制机构稳定力矩的分析 |
3.2.1 旋转造斜钻井工具稳定控制轴力学模型 |
3.2.2 控制轴所受力矩的分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 旋转造斜钻井工具机械结构设计 |
4.1 旋转造斜钻井工具的总成及主要参数 |
4.1.1 旋转造斜钻井工具的总成设计 |
4.1.2 旋转造斜钻井工具的主要参数 |
4.2 旋转造斜钻井工具控制机构设计 |
4.2.1 控制机构原理及其构成 |
4.2.2 控制机构外部壳体的设计分析 |
4.2.3 控制机构内部耐压筒的设计分析 |
4.2.4 重力块及心轴的设计分析 |
4.2.5 控制机构上、下轴承座的设计分析及轴承的选取 |
4.3 旋转造斜钻井工具执行机构设计 |
4.3.1 执行机构工作原理及其机械结构 |
4.3.2 执行机构本体设计 |
4.3.3 盘阀分配系统设计 |
4.3.3.1 盘阀分配系统的结构 |
4.3.3.2 盘阀加压弹簧的设计 |
4.4 柱塞及推靠巴掌组合体的设计 |
4.4.1 柱塞的设计 |
4.4.2 巴掌的设计 |
4.5 小结 |
第五章 结论 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间所发表的论文 |
详细摘要 |
(9)基于井眼轨迹控制的防旋转装置研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究的背景与意义 |
1.2 旋转导向的国内外研究现状及发展趋势 |
1.3 本文的主要研究内容 |
第二章 高造斜工具防旋转装置的方案设计 |
2.1 高造斜率井眼轨迹控制工具简介 |
2.2 防旋转装置现有结构 |
2.3 防旋转装置的功能 |
2.4 防旋转装置的运动状态 |
2.5 本章小结 |
第三章 防旋转装置的结构设计 |
3.1 总体结构设计 |
3.2 稳定器轮组总成设计 |
3.3 弹簧预紧力设计 |
3.4 本章小结 |
第四章 防旋转装置的力学分析 |
4.1 防旋转装置井下受力情况 |
4.2 防旋转装置受力分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 防旋转装置的仿真分析 |
5.1 滚轮的有限元分析 |
5.2 防旋转装置的动画仿真 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 创新点 |
6.3 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
个人简介 |
(10)KWQ-216型地面可控井下变径稳定器(论文提纲范文)
1 KWQ-216型稳定器的结构及工作原理 |
1.1 工具结构 |
1.2 工作原理 |
2 工具壳体和弹簧座销安全性分析 |
2.1 壳体安全性计算与分析 |
2.2 弹簧座销安全性计算与分析 |
3 常用下部钻具组合 |
4 结论 |
四、井下闭环可变径稳定器本体有限元分析(论文参考文献)
- [1]钻井用电控变径稳定器的设计与仿真研究[D]. 王檀琛. 哈尔滨工业大学, 2021
- [2]Φ73mm导向钻具组合的力学性能研究[D]. 王统帅. 长江大学, 2021
- [3]超深井钻柱振动激励机制及动力学特性分析[D]. 张鹤. 上海大学, 2019
- [4]地面连续可控变径稳定器的设计研究[D]. 王嵩. 西安石油大学, 2017(11)
- [5]井下可控变径稳定器工作机理及力学分析[J]. 刘少胡,陈敏,冯定,李思行,夏正新,魏世忠. 科学技术与工程, 2016(18)
- [6]自动导向钻具动力学分析与实验研究[D]. 陈高杰. 中国地质大学, 2016(02)
- [7]钻井采煤导向井大变径扩眼钻头设计和力学分析[D]. 赵勇. 西南石油大学, 2016(03)
- [8]长水平段水平井旋转造斜钻井工具研究[D]. 杨鹏. 西安石油大学, 2013(07)
- [9]基于井眼轨迹控制的防旋转装置研究[D]. 吴力. 长江大学, 2012(01)
- [10]KWQ-216型地面可控井下变径稳定器[J]. 祝效华,刘少胡,聂荣国,汤历平,敬俊,李礼. 石油钻采工艺, 2011(01)