随钻测井(LWD)技术在石油资源的勘探和开采行业具有非常重要的作用,其原理是在钻井过程中将钻井情况及各地层的情况反馈到地面进行监控。随钻测井工具是搭载各种随钻测井仪器的重要部件,其在钻井杆之间分段设置安装,可在钻探过程中将钻井数据和地层数据实时反馈至地面进行监控与分析,对于石油勘探开发过程中的钻井工作进行具有重要作用。随钻测井工具的主要外形和连接尺寸与钻杆一致,但为了能够搭载测井仪器,其内外部结构往往进行过特殊设计。由于其长时间工作于井下恶劣环境,泥浆岩屑的冲蚀等,随钻测井工具会发生内外壁面的损伤。随钻测井工具如果发生损伤后进行更换维护成本高昂。本课题设计一台随钻测井工具的自动焊修复装备,帮助企业高效率、低成本的修复随钻测井工具。对于本课题的设计与研究主要包括以下几个方面:(1)明确企业对于随钻测井工具修复的技术要求、焊接修复过程的工艺运动方式、修复工件的尺寸范围、定制化功能等。进行随钻测井工具自动焊修复装备整体系统初步设计。(2)根据自动焊修复装备的各项要求及初设方案的分析,对设备进行机械系统设计。根据功能要求对主轴箱、移动轨道、滑台组电控部分、可调节支撑台、焊枪夹具进行详细设计。主要包括关键元件的计算校核:计算主轴负载最大转矩为29.08 m N?电机转矩为35.9 m N?;主轴轴承的计算寿命为20000h;滑台滚珠丝杠的轴向最大载荷90kgf,滚珠丝杠的计算寿命为49000h。通过机械系统设计在机械结构上满足自动焊修复装备的功能实现。(3)对高负载关键机械结构进行有限元分析。为了保证安全性使用ANSYS Workbench对主轴箱和支撑台进行静力学分析。根据有限元静力学分析结果,主轴箱最大应力为55.27Mpa最大应变量为0.21mm;支撑台最大应力为45.92Mpa最大应变量为0.087mm。对主轴箱进行有限元模态分析,得到六阶振动频率云图,一阶振动频率35.087Hz主轴电机最大激振频率16.67Hz。设计符合要求。(4)根据机械系统和功能要求对自动焊修复装备电控系统设计。对控制系统的功能进行详细分析。基于PLC及CAN总线技术来对控制系统进行设计。首先完成对各电气元件的选型,然后对人机交互程序、手控盒、伺服驱动器调试、CANopen通讯、PLC程序等进行了程序设计。并对整体电路系统进行分析设计,绘制电路系统原理图和详细接线图。最后对设备进行安装调试良好。(5)对一种随钻测井工具进行堆焊工艺试验。根据企业需要对Monel-K500材料的随钻测井工具“Wear Sleeve”进行堆焊工艺试验探究合理的堆焊工艺参数。对此种材料的可焊性进行分析研究。然后进行堆焊工艺参数探索试验,根据企业修复的堆高要求5mm熔宽单道为7mm,选出合适的焊接工艺参数。对所选四组参数进行多层多道堆焊试验。根据试验结果堆高在4.3mm与4.84mm之间,熔宽在27.7mm与28.5mm之间,且焊后表面没有缺陷,满足企业需要。通过焊接工艺试验同时验证了设备的可靠性。