深井中旋转减振器颈部失效的力学研究

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本课题研究的是钻井实践中遇到的工程问题。由于深井现场作业环境恶劣,旋转减振器心轴在流体作用下容易在颈部产生裂纹,从而引起整个心轴断裂失效,因此有必要对颈部的受力情况,如流体引起的应力变化等进行分析。 在对井底流场进行了一些合理假设和有效简化的基础上,建立了对减振器在深井工作时的数学模型和有限元模型,采用ANSYS/CFX软件首先对减振器在深井工作时的流场进行了数值分析;其次针对其心轴颈部特定区域的流场进行数值模拟;然后分析了钻井液的动力粘性系数、入口流速以及减振器旋转转速等参数对壁面剪切应力的影响。 计算结果表明,钻井液的动力粘性系数、入口流速以及减振器旋转转速等参数对井底流场以及减振器颈部壁面剪切应力有较大影响,减小井底射流喷距更有利于井底清岩。对比减振器颈部结构改进前后两个不同模型的流场分析,可以发现颈部壁面剪切应力与减振器结构的密切相关。 综合分析结果,本文提出在设计减振器结构时必须充分考虑颈部过渡圆角的合理大小,并通过增大曲率半径来削弱破坏漩涡区,尽量避免钻井液流经路程由宽到窄的突变。该结论为北京某厂的减振器的进一步改进方案提供了流体力学方面的参考。
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