往复式脉冲器转子水力特性研究

作     者：程烨 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王赤忠;瞿逢重

授予年度：2014年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：往复式泥浆脉冲发生器 水力转矩 压力波 转子运动控制 扭簧 

摘      要：连续波脉冲发生器是现代油气钻井系统的核心部件之一,井下数据能否高速、准确、实时传递到井上在很大程度上取决于连续波脉冲发生器利用井下有限能源产生的压力波信号的幅值、频率等特性。脉冲发生器利用定子、转子相对运动形成对钻井液的截流而产生压力变化,由于转子附近机构复杂,湍流现象明显,造成对其水力特性的研究很难精确开展,并造成转子外形参数及控制参数的优化工作缺乏指导。 本文首先对转子所受水力转矩及定子、转子区域产生的压力波的产生机理进行分析。引入水力机械流体动力学中关于水轮机的分析方法对稳态水力转矩、瞬态水力转矩进行机理分析,并利用数值仿真及原理实验对结果进行验证。压力波机理分析中首先寻求转子转角与压力波的关系,并通过控制转子运动实现预计压力波形的输出。其次在机理分析的指导下,利用数值仿真软件对转子外形参数进行系统优化,以期降低对电机性能的需求。进而在优化模型的基础上开展控制参数优化,并对脉冲发生器提出优化意见,进而给出电机选型的决定参数。最后通过两套试验平台对理论分析结果进行验证,并基于优化意见调整脉冲发生器结构用于整体项目的实验。 实验结果表明,理论分析准确地预计了水力转矩及压力波的分布特性,对转子外形参数的优化及添加扭簧的处理也很好的降低了发生器对电机性能的需求。利用优化后的脉冲发生器进行的循环系统试验获得了圆满成功。