雙流鉆井頂驅(qū)適配器關(guān)鍵技術(shù)及裝置研究.pdf

1、雙流鉆桿鉆井技術(shù)（RDM stands for Reelwell Drilling Method）是用內(nèi)外兩條同心的鉆桿作鉆井液的循環(huán)通道來解決鉆井難題的。本課題來自中石化勝利鉆井工藝研究院課題“雙流鉆桿鉆井關(guān)鍵設(shè)備研究”。其目標(biāo)是研制一種能滿足雙流鉆井技術(shù)特殊工藝要求的頂部驅(qū)動裝置適配器（簡稱頂驅(qū)適配器）。本文圍繞頂驅(qū)適配器機(jī)械系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)展開研究。
　　首先，基于彈性方法與密封理論建立了頂驅(qū)適配器V形密封圈的力學(xué)模型，利用

2、胡克定律，通過對平衡方程、幾何方程、變形協(xié)調(diào)方程、物理方程的推導(dǎo)獲得V形密封圈微元體的軸向、周向、徑向應(yīng)力，并推導(dǎo)Lame方程。建立了滿足密封壓力要求的接觸應(yīng)力下密封圈軸向位移方程，并據(jù)此求解出每組密封圈應(yīng)有的最小軸向變形量。
　　第二，針對補(bǔ)償器活塞低速移動下存在的振動、爬行現(xiàn)象，建立鉆井液與潤滑油連續(xù)性方程和活塞動態(tài)平衡方程，繪制補(bǔ)償器動態(tài)方框圖，獲得了補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)、固有頻率與移動速度脈動頻率以及流量階躍響應(yīng)。通過對補(bǔ)償器

3、動態(tài)平衡方程的非線性分析，建立了系統(tǒng)自由振動方程并求解范德波爾方程，研究了動壓補(bǔ)償器穩(wěn)定工作的邊界條件。
　　第三，建立了卡箍連接器的力學(xué)模型，推導(dǎo)了油缸拉力的公式，對于一般錐面密封問題具有普遍性。通過對底座與轂之間 O形密封圈進(jìn)行非線性有限元分析，研究其密封性能，獲得保證密封性能的最大接觸應(yīng)力與底座反作用力，并改進(jìn)了卡箍連接器油缸拉力計(jì)算公式。對卡箍連接器進(jìn)行有限元分析，研究危險(xiǎn)部位應(yīng)力以及整個(gè)卡箍的應(yīng)力分布規(guī)律，并就危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)

4、行了改進(jìn)，為卡箍連接器的合理設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和改進(jìn)建議。
　　最后，根據(jù)雙流鉆井技術(shù)特性以及設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求制定了雙流鉆井頂驅(qū)適配器總體技術(shù)方案并對各單元展開創(chuàng)新設(shè)計(jì)。通過對鉆井過程中縱向振動產(chǎn)生的碰撞問題進(jìn)行分析研究，針對額定載荷優(yōu)化了機(jī)械系統(tǒng)方案。外層管與適配器外殼的動密封問題作為頂驅(qū)適配器的核心，采用 V形密封圈設(shè)計(jì)了新型的頂驅(qū)適配器鉆井液動密封系統(tǒng)，針對密封失效導(dǎo)致壓力集中問題提出了串聯(lián)式動壓補(bǔ)償系統(tǒng)。研制了頂驅(qū)適配器物理