井下闭环可控弯接头的导向节轴承摩擦及力学性能研究

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指向式井下闭环旋转导向钻井技术是目前先进的自动化钻井技术,较其它钻井技术具有独特的优越性,具有巨大的应用价值。旋转导向钻井工具中的轴承系统是实现钻井工具旋转导向的重要组成部分。导向节轴承是井下闭环钻井工具可控弯接头中传递扭矩和钻压的关键部件,本文针对导向节轴承的摩擦性能和力学性能展开研究,为提高井下闭环可控弯接头导向钻井的准确性和稳定性奠定基础。本文首先讨论了井下闭环可控弯接头中导向节轴承的结构和工作原理,建立了导向节轴承的钢球与沟道的截面方程,以及导向架外、内球面沟道曲面方程,利用MATLAB软件分析了沟道面的曲面数学模型。其次,建立了钢球与导向架外球面沟道的几何模型,利用MATLAB软件得出了导向节轴承的转角和偏置角对钢球与沟道之间摩擦力的影响规律,并计算体积磨损率的大小。根据沟道的截面方程和几何关系,分析了在导向轴发生偏置时,转角为零和转角不为零的两种情况下圆周间隙角的大小。最后,利用有限元软件ANSYS workbench对导向节轴承进行静力学分析,分析了钢球面和沟道的等效应力的大小、整体变形量、钢球变形量随时间的变化规律。结果表明:当转角一定时,随着偏置角的增大钢球在沟道内受到的摩擦力基本不变;导向轴达到最大偏置时,增大角速度将使体积磨损率增大;在偏置角不为零下,钢球总的圆周间隙角呈现出的波动性是导向轴转动过程中产生振动和噪声的原因之一;导向节轴承中受到的最大等效应力未超过许用应力值,壳内钢球变形总是大于套内钢球变形。研究结果为实现导向轴的精准偏置和提高可控弯接头稳定性提供了理论基础。
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研究区是鄂尔多斯盆地重要的勘探开发区,近年在三叠系延长组长4+5油层组又有新的发现,但孔隙结构控制了砂岩气的储集和运移。所以,全面系统的特殊样品取样分析和评价是科学合理高效的开发油藏的重要基础,按照有关标准、规范开展了密闭取心分析化验、孔隙结构分析、铸体薄片鉴定、岩石粒度测定、毛管压力曲线测定、X-衍射、扫描电镜分析、阴极发光薄片鉴定、驱油效率、油、水相对渗透率、润湿性测定、岩心敏感性评价等分析实
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Z1-L17井区位于鄂尔多斯盆地西南部,是近年来天然气勘探开发程度较低的一个新区块。山西组山1段是该区块重要的潜力开发层位。前人对该区块山1段沉积相有不同认识,持河流相、三角洲相、滩坝相等观点。由于对该区沉积相研究不够深入,进一步导致砂体展布不明确,已严重制约研究区天然气勘探开发工作,因此深入开展沉积相及砂体展布研究十分必要。本文针对研究区存在的上述问题,充分利用研究区地质资料及钻井资料,对Z1-
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