粒子冲击钻井中流体控制装置的设计

论文摘要

粒子冲击钻井技术是一种专门针对深井硬地层的钻井技术,它改变了切削地层的方法,提高了能量的利用率。然而在钻井过程中,钻井液回流问题直接影响到钻头的正常工作。回流的钻井液带着粒子堆积在钻头之上,会损坏钻头,大大缩减钻头的使用寿命,进而增加钻井成本。因此设计一个适用于粒子冲击钻井的流体控制装置是十分必要的。本文从粒子冲击钻井的工艺原理及流程研究入手,分析了钻柱内压力分布,为装置的设计及强度校核提供数据支持;并研究了粒子冲击钻井中钻井液回流特性,为下一步流体控制装置设计提供理论支持。结合现有止回阀的工作原理,本着“钻井过程中,当泵工作时,装置处于开启状态,钻井液可以从钻柱通过流体控制装置流向钻头;当泵停止工作时,装置自动进入关闭状态,钻井液不能通过该装置回流”的设计理念,设计出以地面泥浆泵的工作状态为装置开启/闭合条件的流体控制装置。应用AutoCAD、Pro/ENGINEER Wildfire等软件对流体控制装置的结构进行了设计,并对装置的关键部件进行了强度校核。通过校核得出,前面对流体控制装置主要结构的设计是可行的。运用Pro/ENGINEER Wildfire软件机构(Mechanism)对设计的结构进行了运动仿真,实现了运动学动力学分析及装配干涉、运动协调性的验证,证明了流体控制装置可以实现以地面泥浆泵的工作状态为装置开启/闭合条件的可行性。在上述研究成果基础上,完成了零件加工图纸以及整体装配图纸的绘制等工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究目的及意义
• 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 目前研究中存在的主要问题
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 粒子冲击钻井技术研究
• 2.1 粒子冲击钻井系统
• 2.2 粒子冲击钻井工艺流程
• 2.3 粒子冲击钻井钻井液回流特性研究
• 2.3.1 钻井液回流原因分析
• 2.3.2 钻井液回流对施工的影响分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 粒子冲击钻井流体控制装置设计
• 3.1 止回阀类型综述
• 3.2 流体控制装置结构设计
• 3.2.1 流体控制装置整体结构设计
• 3.2.2 流体控制装置主要零件的结构设计
• 3.3 流体控制装置工作原理
• 3.4 装置关键结构尺寸的确定
• 3.5 本章小结
• 第四章 流体控制装置可行性分析
• 4.1 装置受力分析
• 4.2 强度校核
• 4.2.1 四大强度理论介绍
• 4.2.2 轴筒类部件强度分析
• 4.2.3 圆柱形开关的强度分析
• 4.2.4 平键的校核
• 4.3 装置寿命分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 流体控制装置动态仿真分析
• 5.1 装置各零件的三维实体造型
• 5.2 装置的整体装配
• 5.3 定义运动模型的质量属性
• 5.4 本章小结
• 第六章 流体控制装置的使用条件分析
• 6.1 流体控制装置的安装
• 6.2 应用流体控制装置时的接单根流程
• 6.3 本章小结
• 结论及建议
• 参考文献
• 致谢