扭力冲击器冲击频率最佳匹配特性的研究

作     者：刘福德 

作者单位：新疆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：樊军

授予年度：2018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：扭力冲击器 水平冲击 仿真模拟 最佳频率 

摘      要：近年来,随着钻井工程朝向深井、超深井开采力度的不断加大,钻井过程中出现的卡钻、滑钻问题,越来越成为了目前钻井急需解决的问题。为了解决钻井过程中出现的“卡-滑现象,国内外学者进行了大量的研究。本文在查阅了与扭力冲击器相关的国内外研究资料后得知,扭力冲击器作冲击运动时必须要提供给钻头一个附加的,在水平方向的一个稳定的中高速的频率。如果有了这个中高速的频率,它就可以解决这个卡钻和滑钻问题。而扭力冲击器内部动力冲击装置的结构设计是决定冲击频率稳定与否最直接的因素。本文在前人研究的基础上提出了一种新型冲击原理,并且依据该原理制作了一个扭力冲击模型,并对该模型展开了研究。本文采用实验与理论相结合的方法来进行了研究。首先,在查阅了大量的扭力冲击器相关的国内外文献资料的基础上,提出了一种新的扭力冲击原理,并且依据该原理制作了一个新型作圆周运动的扭力冲击模型,并详细介绍了该模型冲击运动的工作原理。其次,依托伯努利方程、能量守恒方程和牛顿第二定律对该冲击模型进行了受力分析,并对整个运动过程建立了数学模型和动力学方程。最后,通过运动学方程的积分推导和反代,得到了了冲击系统的冲击频率方程,并且以冲击频率为研究重点,分析了对冲击频率产生影响的相关参数,得到了对应的冲锤质量、射流入口流量和冲锤旋转角度的参数方程。为了验证本文研究的冲击模型的可行性和理论方法的正确性,选取SIMULINK软件为手段来进行仿真研究,以前文建立的数学模型和动力学方程为基础进行仿真,在验证了该冲击模型的可行性和正确性的前提下,进一步对冲击频率进行仿真研究,得到在冲击频率取值为750-1500的范围时对应的冲锤质量、射流入口流量和冲锤旋转角度的最佳匹配参数取值范围。为了验证前文冲击模型的可行性和仿真研究的正确性,本文对该冲击模型进行了实验研究,验证了该理论模型的可行性和仿真结果的正确性,为今后我国在扭力冲击器冲击频率方面的研究提供了设计依据。