螺杆钻具推力轴承工作力学分析及结构改进

针对螺杆钻具向心推力球轴承寿命短的问题,分析了其载荷特性和服役情况,依据Hertz接触理论,利用有限元数值模拟技术建立了球轴承接触模型,计算了球轴承的应力情况。对承受轴向载荷的圆柱滚子轴承进行了有限元分析,结果表明,在同等条件下圆柱滚子轴承比球轴承的工作应力大幅降低。为此,建议组合使用球轴承和圆柱滚子轴承,以延长螺杆钻具推力轴承的使用寿命;建议螺杆钻具配套使用减振工具或优化BHA及钻井参数,通过减少轴向负载的波动量,延长轴承的疲劳寿命。     

旋转导向钻井工具控制轴刚度分析

基于旋转导向钻井工具中稳定平台控制轴的结构特点，建立了控制轴的力学模型和有限元模型，利用有限元软件对控制轴的横向和纵向刚度进行了分析．结果表明：在理论上该控制轴振动加速度应小于12．32才能保证控制轴的正常工作，否则，必须进一步提高整个控制轴的抗弯刚度；最大位移点发生在下涡轮上端。通过分析，得出了旋转导向钻井工具的使用约束条件，并且为旋转导向钻井工具的结构改进提供了理论依据。     

瓣形万向轴瓣齿的拉伸强度分析

提出了瓣形万向轴承受拉伸载荷时瓣齿强度的理论分析方法,利用该方法对万向轴的瓣齿进行了应力分析,根据应力分析的结果讨论了瓣形万向轴的2种主要失效形式,并分析了瓣齿的结构参数对万向轴失效形式的影响。应用ANSYS分析软件对瓣形万向轴承受拉伸载荷时瓣齿的强度进行了有限元分析,从计算结果与实验结果的对比可以看出,两者基本上是一致的,说明利用ANSYS处理瓣形万向轴瓣齿的拉伸强度问题是可行的,计算结果可信,因此有限元计算可以作为今后瓣形万向轴结构设计和强度校核的重要参考依据。     

可控弯接头钻井工具的偏心机构控制仿真实验

可控弯接头钻井工具的偏心机构控制方法决定着可控弯接头钻井工具的成败。对已提出的一种基于该可控弯接头钻井工具的控制方法进行了验证。通过Labview软件和SolidWorks软件联合仿真实验,并运用牛顿插值法,验证了在外套旋转和不旋转2种情况下,调整导向轴偏置角β公式的正确性,调整导向轴方位角θ公式的正确性以及调整导向轴偏置角β公式和调整导向轴方位角θ公式联合使用的正确性,并得到了各种情况下导向轴的运动轨迹,可为以后的研究提供参考。     

井眼轨迹控制工具滚针轴承的偏载失效分析

国内有关高造斜率井眼轨迹控制工具上、下两端轴承的研究主要是对主轴进行偏置试验,忽略了一些实际情况。为此,通过井下工具动态测试台架模拟了井下工况,针对滚针轴承的破坏失效进行了整体理论和有限元分析。依据井眼轨迹控制工具的原理,建立了旋转心轴的力学和数学模型,同时依据所得的主轴和滚针轴承数据,用Solidworks建立了它们的全尺寸仿真模型。分析结果表明,主轴在滚针轴承处的偏斜角度为0.072 5°,滚针轴承要阻止轴的弯曲变形,在运行中主轴会给滚子施加一个向左的力;在试验中滚子的倾斜角度达到了0.029 3°,这使滚针轴承的使用疲劳寿命急剧缩短。建议对井眼轨迹控制工具的结构进行改进,采用滚针和角接触球组合轴承,使得它能同时承受径向和轴向载荷,延长轴承的使用寿命。     

旋转导向钻井技术研究新进展

井下旋转导向钻井工具是旋转导向钻井系统的核心部件,从应用情况来看,指向式旋转导向钻井工具是发展的趋势。为解决在钻大位移井、水平分支井等复杂结构井时出现的种种难题以及国内指向式旋转导向钻井技术的"瓶颈"问题,将理论与实践相结合,对旋转导向钻井技术的国内外研究现状做了分析;介绍了目前国内外运用比较广泛且典型的推靠式MRST和指向式Geo-Pilot井下闭环旋转导向钻井工具。在大量调研和文献分析的基础上,提出了研制与Geo-Pilot有所不同的新型指向式旋转导向钻井工具的思路,并着重论述了其结构与导向原理,总结出该指向式旋转导向钻井工具的特性与优点,提出了下一步的研究重点、难点与方向。     

可控弯接头中钢球与滚道摩擦磨损研究

在旋转导向钻井系统中,可控弯接头是重要的导向钻井工具。介绍了可控弯接头结构,并对该结构中钢球的受力和接触情况进行阐述。采用赫兹理论对钢球与滚道进行分析计算,了解其在工作过程中具体的运动情况以及在受到工作载荷之后的摩擦磨损状态;通过MATLAB软件分析机构中各因素对摩擦应力的影响程度及趋势,为机构后续设计及改进提供依据。     

旋转导向马达(RSM)控制精度浅析

旋转导向钻井技术是20 世纪90 年代发展起来的以旋转导向钻井工具为核心的钻井新技术，其中旋转导向钻井系统主要由井下旋转导向钻井工具系统、双向通讯系统和地面监控系统3大部分组成。在简述旋转导向钻井系统国内外发展概况后，重点对影响旋转导向钻井马达控制精度的传感器选择、各种算法及工具系统特性等主要因素进行了分析，重点从姿态控制传感器的选取、如何有效消除由系统惯性引起的误差以及采样率和工具分辨率的关系3方面进行了论述，并通过实验的方法对论题进行了解释说明，得出了几点关于如何提高旋转导向工具控制精度的认识，为导向工具的精度控制提供了理论依据。     

旋转导向钻井工具稳定平台单元机械系统的设计

稳定平台单元机械系统的设计是旋转导向钻井工具的关键和难点之一。其作用是保证在钻井时不受钻柱旋转的影响，配合旋转导向钻井系统的指令系统对导向工具的工具面角随钻实时调控，实现导向功能，并承担与MWD之间的测控信息无线传输。介绍了旋转导向钻井工具稳定平台的基本原理，展示了所设计的稳定平台单元机械结构图。指出了稳定平台单元机械系统设计的几个特点：进行了稳定平台整体支承方案选择分析，确定了稳定平台整体重量上挂在稳定平台上主支撑座的上挂式方案；进行了轴承选型的对比分析，确定了滚动轴承结构的设计方案，为了提高其使用寿命特设计了轴承保护器；进行了稳定平台主轴控制转动时驱动力矩与阻力矩的分析，给出了所需扭矩的供需平衡的解决办法；进行了影响稳定平台主轴整体刚度的因素分析，提出了提高稳定平台整体刚度的办法；进行了稳定平台旋转主轴的静平衡和动平衡分析；说明了选择防磁材料的原因和轴向累计加工、安装误差的调整方法等。这些措施的实施从机械设计方面保证了整个稳定平台功能的实现。     

螺杆钻具瓣形万向轴瓣齿起下钻轴向接触分析

针对螺杆钻具瓣形万向轴起下钻时出现的瓣齿相互滑脱问题,对瓣齿轴向受力特征进行理论分析,讨论了瓣形万向轴的主要失效形式及失效原因。应用ANSYS分析软件,通过设置瓣齿面-面接触对,利用接触分析中的瞬态动力学分析方法模拟瓣齿滑脱情形,得到瓣齿滑脱临界状态变形图和应力等值线云图,应力计算结果与理论分析结果基本一致,瓣齿滑脱临界点的最大轴向拉力与试验数据误差为2.4%。因此,接触分析可作为瓣形万向轴结构设计和强度校核的理论方法。