水锤振荡器的关键技术研究与结构设计

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水锤振荡器能够在高压钻井液的作用下产生周期性轴向振动,将连续油管与井壁间的摩擦状态由静摩擦转换为动摩擦,提升钻头处的有效钻压,是连续油管钻井作业时的重要应用工具。然而,国内对于水锤振荡器的研究还不成熟,且国外对我国实施技术封锁,为了研制出具有自主知识产权的水锤振荡器,丰富国内水锤振荡器的类型,本文完成了新型水锤振荡器的研究与设计。本文提出了水锤振荡器的总体设计方案,其中包括流体换向单元的设计方案、振荡发生单元的设计方案以及蓄能稳流单元的设计方案。详细设计了射流元件内部流道的结构,建立了流道模型,利用CFD从理论上对射流元件内流道结构的合理性进行了验证。完成了蓄能器弹簧的选型计算,设计了蓄能器活塞的密封形式及外壳结构,利用CFD从理论上对蓄能器内流道结构的合理性进行了验证。计算得到了水锤振荡器的冲击频率和冲击功,并对振荡器的主要组成部件进行了分析,完成了水锤振荡器的约束模态分析,并建立了振荡器内部流道的三维模型,利用CFD从理论上对水锤振荡器内流道结构的合理性进行了验证。最后,本文还设计了水锤振荡器的地面试验方案,为开展试验奠定了基础。通过研究,本文初步设计出了水锤振荡器的合理结构,为国内在连续油管井下工具开发方面提供了设计思路和方法。
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