液力推進式鉆井工具理論分析與數(shù)字化樣機設(shè)計.pdf

1、大位移水平井鉆井過程中，水平段鉆柱施加的鉆壓接近于零，鉆壓難以控制；鉆頭與井底接觸不均勻，鉆頭受到變化的振動激勵，上部鉆具振動幅度較大。使用液力推進式鉆井工具，通過鉆井工具產(chǎn)生的壓差可為鉆頭提供能量，產(chǎn)生鉆壓，增加水平段進尺位移；并且液力推進式鉆井工具使井底鉆具組合與上部鉆具形成柔性連接，起到減振的效果。本文主要針對液力推進式鉆井工具進行了數(shù)字化樣機設(shè)計與理論分析。
　　應(yīng)用振動力學(xué)理論，建立鉆柱系統(tǒng)“彈簧-阻尼”模型，導(dǎo)出鉆柱系

2、統(tǒng)振動微分方程，并運用 MATLAB編制了相應(yīng)的計算機程序進行求解，以串級型和多級型液力推進式鉆井工具為例進行減振效果評價，從而驗證該模型的合理性。本文對液力推進式鉆井工具的重要部件（缸體、上接頭、下端蓋、活塞和活塞桿）進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)所設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸，利用三維建模軟件進行數(shù)字化樣機設(shè)計，并應(yīng)用ANSYS workbench軟件對重要部件進行有限元靜力學(xué)分析及模態(tài)分析，結(jié)果表明各重要部件強度滿足設(shè)計要求。
　　將鉆柱與液力推進式

3、鉆井工具簡化成“彈簧-阻尼”模型，以脈沖信號、階躍信號、正弦信號、三角波信號、狄利克雷信號、隨機信號作為振動激勵，對鉆柱系統(tǒng)進行動態(tài)響應(yīng)分析，上部鉆具相對于下部鉆具的幅值減小37％-50%，表明液力推進式鉆井工具的減振效果較好。針對活塞直徑、活塞桿長度和鉆井泥漿密度三個參數(shù)，建立“三參數(shù)四水平”的正交試驗?zāi)Ｐ?，對液力推進式鉆井工具的活塞直徑、活塞桿長度進行優(yōu)化，針對不同的鉆井泥漿密度，選用不同關(guān)鍵參數(shù)的液力推進式鉆井工具，才能發(fā)揮其優(yōu)勢