底部鉆柱振動特性及減振增壓裝置設計研究.pdf

1、井下增壓技術(shù)是在現(xiàn)有鉆井工藝條件下提高鉆進速度的有效途徑之一。本文在對底部鉆柱振動特性實驗研究的基礎上，提出了設計一種集鉆柱減振和井底鉆井液增壓于一體的鉆柱減振增壓裝置的新概念。該裝置是通過吸收鉆井過程中鉆柱縱向振動的能量作為鉆井液增壓的能量來源，利用鉆柱的縱向振動帶動井下柱塞泵的柱塞往復運動，并利用鉆壓波動壓縮鉆井液使之增壓，既實現(xiàn)了井底增壓又起到了鉆柱減振的效果。避免了以往的井下增壓裝置必須具有的復雜換向機構(gòu)、大大簡化了井下增壓裝置

2、的結(jié)構(gòu)，消除了影響增壓裝置壽命的一個重要因素，使之更利于在井下惡劣環(huán)境下實現(xiàn)增壓目的和正常工作。 論文運用底部鉆柱動力學模擬試驗裝置，通過室內(nèi)實驗，對直井眼中底部鉆柱的縱向振動特性進行了模擬實驗研究。分析得出了五種常用底部鉆具組合(BHA)在不同鉆進參數(shù)條件下的鉆柱振動特性以及井底鉆壓波動規(guī)律，給出了311.1mm和244.5mm井眼中常用鉆井參數(shù)條件下井底鉆壓波動的幅度范圍和頻率范圍。為合理利用鉆柱縱向振動能量實現(xiàn)井下鉆井液增

3、壓提供了實驗依據(jù)，為井下減振增壓裝置主體結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定提供了設計依據(jù)。根據(jù)鉆柱縱向振動特性的研究結(jié)果，設計出了裝置的總體結(jié)構(gòu)，并對裝置的重要零部件進行強度校核。應用液壓伺服系統(tǒng)仿真工具SIMULINK以及機械動態(tài)仿真工具PRO/ENGINEER Wildfire對減振增壓裝置進行了工作原理及機械結(jié)構(gòu)運動仿真分析，從理論上論證了減振增壓原理的可行性。在上述研究的基礎上，完成了裝置的所有零件設計、相關(guān)的進排水閥設計、動密封機構(gòu)設計、超高壓鉆