关键词：垂直钻井;;机械式自动垂直钻具;;控制性能;;粘滑振动;;动力学响应;;优化
摘 要：鉴于机械式自动垂直钻具井斜控制能力相对较低的问题,从钻具的控制机制出发,研究了粘滑振动条件下控制机构的动力学行为,并提出了控制机构的优化方案。井下粘滑振动会使钻具控制机构中的偏重块发生类似钟摆的运动,严重影响钻具的控制性能甚至导致钻具失效。为减少粘滑振动的不利影响,将凸台盘阀和水力涡轮引入钻具的控制机构,在偏重块尺寸减小的同时提升了钻具的控制性能。仿真结果表明,受粘滑振动影响,在井斜角3°和9°时,在采用常规盘阀的控制机构中,偏重块摆动幅度分别为44.96°,14.91°,摆动中心位置距离井眼低边夹角分别为19.84°,6.15°;优化后,采用凸台盘阀可使控制机构中偏重块的摆动幅度分别为10.06°,2.17°,分别降低了77.89%,85.45%。配合使用扭矩为65N·mm的水力涡轮后,可实现偏重块以井眼低边为中心的钟摆运动,显著提升了钻具控制机构的响应精度、灵敏度及可靠性。此外,优化后控制机构的许用压差大幅增加,进一步提升了钻具的纠斜降斜能力。
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