Конструктивный расчет и анализ влияния нового типа гидравлического генератора с приводом от двухклапанных групп.

Dec 29, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 15719 (2022) Цитировать эту статью

712 Доступов

Подробности о метриках

Был разработан новый гидравлический осциллятор, который мог регулировать колебания давления посредством двух комплектов динамических и фиксированных клапанов. Гидравлические осцилляторы могут соответствовать требованиям по частоте и осевой силе при бурении при более низком расходе бурового раствора, чем обычные гидравлические осцилляторы. Была подробно описана конструкция осциллятора и рассчитана площадь перелива между двумя наборами динамических и фиксированных клапанов. На основе разницы потоков бурового раствора было проанализировано влияние различных потоков жидкости на падение давления в генераторе, закон его влияния был определен с помощью конечно-элементного программного обеспечения Fluent, а его влияние подтверждено численным моделированием. Соответствующие исследования имеют большое значение при выборе динамических и фиксированных клапанов и обеспечивают теоретическую основу для оптимизации конструктивных параметров двухклапанных гидрогенераторов.

Статическое трение между буровым инструментом и стенкой скважины увеличивается с увеличением глубины скважины и горизонтального сечения в традиционных процессах бурения1,2, что серьезно влияет на породу бурового долота, срок службы бурового инструмента и скорость бурения и даже приводит к авариям в скважине, таким как прихваты, бурение и т.д.3,4,5. Во всем мире проведено множество исследовательских работ по снижению сопротивления трения при бурении6,7,8, а гидравлические осцилляторы являются одной из наиболее интересных технологий9,10.

Гидравлическое действие гидравлических осцилляторов вызывает осевую вибрацию буровой компоновки, которая может преобразовать статическое трение буровой компоновки в динамическое трение. Таким образом, можно эффективно решить проблему давления в горизонтальной скважине и повысить скорость бурения. Чжан и др.11 представили автономный гидравлический генератор и экспериментально проанализировали его частотные и амплитудные характеристики. Сюй12 и Лю и др.13 оценили эффект автоколебательных вращающихся ударных буровых инструментов в полевых условиях. Лю и др.14 разработали новый тип гидравлического генератора с осевой вибрацией, вызываемой гидравлическим импульсом, и экспериментально описали его структуру и принцип работы. Ли и др.15 разработали гидравлический осциллятор для скважины диаметром 215 мм и провели моделирование в помещении и полевые эксперименты. Ван и др.16 разработали гидравлический осциллятор и исследовали его материал и структуру. Эффект гидравлического осциллятора демонстрируется осевой нагрузкой, испытанием частоты давления и применением в полевых условиях.

На основании численных решений уравнений Навье–Стокса из моделирования Fluent и экспериментальных исследований в системе «Трубопроводная арматура» Карпенко и др.17 проанализировали влияние гидродинамических процессов на развитие турбулентного течения жидкости. Ю и др.18 разработали гидравлический осциллятор и проанализировали его ключевые механические параметры, закон изменения и характеристики вибрации. Ричард19, Лю20, Леус21, Викс22 предложили различные модели осевых колебаний для анализа гидравлических осцилляторов.

Однако для достижения требований по силе колебаний, частоте и т. д. большинству изученных гидравлических осцилляторов требовалось более 30 л/с бурового раствора23,24; поэтому требовались буровые насосы с большим расходом или дополнительные буровые насосы. Поэтому мы разработали гидравлический осциллятор с приводом от двойной группы клапанов, подходящий для потоков бурового раствора менее 30 л/с.

Сердечник гидравлического генератора с приводом от двойной клапанной группы состоит из двух частей: верхней части генератора и нижнего конца приводной секции. Как показано на рис. 1, секция колебаний в основном состояла из шлицевого шпинделя, шлицевой втулки, тарельчатой ​​пружины, нажимной гайки, колеблющейся оболочки и т. д. Кроме того, ее основная функция заключалась в преобразовании волны давления, исходящей от нижнего конца, в колеблющуюся осевую силу вибрирующая оболочка посредством дисковой пружины. Как видно на рис. 2, секция привода в основном состояла из центрального вала, турбинной группы, регулировочных подшипников, динамического клапана, делительной кромки и упорных подшипников. Колебательная секция соединялась с приводной секцией посредством винтовой резьбы. Основной функцией приводной секции было вращение центрального вала с помощью турбинной установки для модуляции периодических гармонических волн через периодически меняющийся канал потока за счет вращения динамических клапанов.