液动扭力冲击器波动力学分析及实验研究

摘要

我国的石油钻探历史已有百年历史，深井超深井的勘探开发已经成为一种新常态，钻井难度日益增大，钻探成本日益增高。液动冲击旋转钻井工具具有结构简单、工作寿命长、能有效提高破岩效率等优点，目前已经成为深井钻进较为常用的工具。传统的液动冲击钻井工具虽然能加快破岩效率，但是不能消除粘滑现象，钻井质量也有待提高。目前由美国阿拉特拉公司生产的TorkBuster扭力冲击器能产生高频稳定的扭矩脉冲，能有效减少井斜和钻柱粘滑现象，提高钻井质量，井下测试表明钻井效率提高约一倍。
　　本文以液动扭力冲击器冲击系统为研究对象，通过波动力学建模及分析，对其能量传递效率及参数优化进行研究，为其结构优化提供参考。主要工作包括：根据扭力冲击器工作原理及结构特点建立其冲击系统波动力学模型；根据系统的波动力学模型分析冲锤与冲杆界面、钻头与工作介质界面的应力波传递情况；根据应力波的传递情况推导能量传递效率与入射波反射波的关系，运用MATLAB对能量传递效率关系式数学分析，结合实际情况分析冲击系统的最优应力波形；通过系统的最优应力波形对冲击系统的冲锤等部件进行参数优化；最后，设计冲击系统的冲击试验台，测试不同波阻比情况下冲击系统的应力波形，验证前文理论的正确性。

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第一章 绪论

1.1课题背景和意义

1.2液动冲击器国内外研究现状及最新进展

1.3冲击系统波动力学研究现状及最新进展

1.4本文主要研究内容

第二章液动冲旋钻井工具波动力学建模

2.1液动冲击器冲击系统建模方法

2.2液动冲击器冲击系统波动力学理论

2.3 TorkBuster扭力冲击器波动力学模型

2.4本章小结

第三章 扭力冲击器冲击系统应力波传递分析

3.1冲击系统应力波作用过程

3.2扭力冲击器冲锤与冲杆界面应力波传递

3.3扭力冲击器钻头与工作介质界面应力波传递

3.4扭力冲击系统冲击应力波波形分析

3.5本章小结

第四章 扭力冲击器能量传递效率及参数优化研究

4.1液动扭力冲击器冲击破岩原理

4.2液动扭力冲击器冲击系统能量传递效率分析

4.3液动扭力冲击器冲击系统参数优化

4.4本章小结

第五章 实验

5.1实验目的与内容

5.2实验设备与原理

5.3实验结果分析

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间的主要成果

致谢

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