4/5/2025, 6:09:20 PM 星期六
首页 > 过刊浏览>2021年第48卷第11期 >84-93. DOI:10.12143/j.ztgc.2021.11.013
PDF HTML阅读 XML下载 导出引用 引用提醒
一种同轴双向回转模式的钻具结构设计及振动模拟
CSTR:
[cstr]
作者:
作者单位:

成都理工大学环境与土木工程学院，四川 成都 610051

中图分类号:

P634.4

基金项目:

1、国土资源部深部地质钻探技术重点实验室2018年开放基金项目，深部钻探双向回转结构及机理研究，编号KF201809 2、岩土钻掘与防护教育部工程研究中心开放基金，钻头同轴双旋结构对钻柱的振动影响分析，编号RSDEP201904


Structural design and vibration simulation of a coaxial contra-rotary drilling tool
Author:
Affiliation:

College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu Sichuan 610051, China

  • 摘要
    • | |
  • 访问统计
    • |
  • 参考文献 [17]
    • |
  • 相似文献 [20]
    • | | |
  • 文章评论
    摘要:

    钻进时的振动会引起钻具疲劳失效和损坏，为提高井下钻具的稳定性，本文设计了依靠行星齿轮系驱动内外钻头同轴双向回转的钻具结构。通过对其核心的齿轮、密封、轴承等部件进行的强度校核，证明该结构的设计强度能够满足正常的使用工况。同时基于数值模拟对该结构的振动效果进行了验证，将钻进时钻头与岩石的相互作用简化为简谐荷载，对双向回转钻具整体结构进行谐响应分析。结果显示，相比于普通单向回转钻进结构，同等条件下双向回转的钻具结构能够有效抑制扭转振动。

    Abstract:

    Vibration during drilling can cause fatigue failure and damage to the drilling tool. In order to improve the stability of downhole drilling tool， the author designed a drilling tool structure that relies on the planetary gear system to drive contra rotation of two coaxial bits. The strength verification of its core parts such as gears， seals， bearings， proved that the design strength of the structure can meet the normal working conditions. The vibration effect of the structure has been verified by numerical simulation， where the interaction between the drill bit and rock was simplified as harmonic load to perform harmonic response analysis to solve the vibration of the structure. Compared with the conventional drill structure， the result shows the coaxial contra-rotary drilling tool structure can effectively suppress twisting vibration under the same condition.

    参考文献
    [1] 汤凤林，等.岩心钻探学[M].武汉：中国地质大学出版社， 2009.TANG Fenglin， et al. Core Drilling[M]. Wuhan： China University of Geosciences Press， 2009.
    [2] 刘希茂，范春英，高巧娟，等.随钻恒扭器的研制及现场应用[J].石油机械，2015，43（5）：32-35.LIU Ximao， FAN Chunying， GAO Qiaojuan， et al. Development and field application of drilling torque stabilizer[J]. China Petroleum Machinery， 2015，43（5）：32-35.
    [3] 查春青，柳贡慧，李军，等.PDC钻头扭转振动减振工具设计及现场应用[J].特种油气藏，2019，26（2）：170-174.ZHA Chunqing， LIU Gonghui， LI Jun， et al. PDC bit torsional vibration damper design and field application[J]. Special Oil & Gas Reservoirs， 2019，26（2）：170-174.
    [4] 付传红，陈志强，张代明.新型减振增压装置的结构设计与工作特性分析[J].石油机械，2018，46（4）：24-29.FU Chuanhong， CHEN Zhiqiang， ZHANG Daiming. Structural design and operational characteristics analysis of new vibration reducing and WOB increasing device[J]. China Petroleum Machinery， 2018，46（4）：24-29.
    [5] 付蒙，吴亚锋，宋叔飚，等.抑制油气井钻柱黏滑振动控制器设计与应用[J].振动与冲击，2019，38（10）：256-261.FU Meng， WU Yafeng， SONG Shubiao， et al. Design and application of a control system to suppress the stick-slip vibrationfor oil-well drill strings[J]. Journal of Vibration and Shock， 2019，38（10）：256-261.
    [6] Runia D J， Dwars S， Stulemeijer I. A brief history of the Shell “Soft Torque Rotary System” and some recent case studies[C]// SPE/IADC Drilling Conference， Amsterdam： Society of Petroleum Engineeris， 2013.
    [7] SELNESKS， CLEMMENSEN C C， REIMERS N. Drilling difficult formations efficiently with the use of anti-stall tool[J]. SPE Drilling & Completion， 2009，24（4）：531-536.
    [8] Jain J R， Ledgerwood L W， Hoffmann O J M， et al. Mitigation of torsional stick-slip vibrations in oil well drilling through PDC bit design： Putting theories to the test[C]// SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Denver： Society of Petroleum Engineers， 2011.
    [9] 刘燕德，王观田，王均刚，等.行星齿轮均载传动的研究进展[J].机械工程与自动化，2017（6）：217-219.LIU Yande， WANG Guantian， WANG Jungang， et al. Research progress of planetary gear equal-load transmission[J]. Mechanical Engineering & Automation， 2017（6）：217-219.
    [10] 李纪强，李炎鑫，陈超，等.变速变扭高承载齿轮传动胶合失效边界研究[J].机械传动，2021，45（1）：1-8.LI Jiqiang， LI Yanxin， CHEN Chao， et al. Study on failure boundary of thermal-scuffing for heavy duty gear trransmission with variable speed and variable torsion[J]. Journal of Mechanical Transmission， 2021，45（1）：1-8.
    [11] DZ/T 0227—2010，地质岩心钻探规程[S].DZ/T 0227—2010， Geological core drilling regulations[S].
    [12] 闻邦椿.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.WEN Bangchun. Mechanical Design Handbook[M]. Beijing： China Machine Press， 2010.
    [13] 吴金生.取心钻头孔底流场仿真与优化研究[D].成都：成都理工大学，2015.WU Jinsheng. Simulation and optimization research of hole bottom flow field of coring bits[D]. Chengdu： Chengdu University of Technology， 2015.
    [14] 成大先，等.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2016.CHENG Daxian， et al. Mechanical Design Handbook[M]. Beijing： Chemical Industry Press， 2016.
    [15] 张俊晶，董袖青.双轴转台装配体的模态分析[J].机械制造，2018，56（1）：61-63.ZHANG Junjing， DONG Xiuqing. Modal analysis of biaxial turntable assembly[J]. Machinery， 2018，56（1）：61-63.
    [16] 苏凯，孙友宏，贾瑞.基于有限元法的钻杆柱纵向振动分析[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2015，42（12）：52-56.SU Kai， SUN Youhong， JIA Rui. Study on longitudinal vibration of drilling pipe based on finite element method[J]. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2015，42（12）：52-56.
    [17] 魏水平，况雨春，夏宇文.基于ANSYS的钻柱纵向振动有限元分析及应用[J].河南石油，2006，20（1）：66-68.WEI Shuiping， KUANG Yuchun， XIA Yuwen. ANSYS-based finite element analysis method of longitudinal vibration of drilling string and its application[J]. Henan Petroleum， 2006，20（1）：66-68.
    引证文献
    网友评论
    网友评论
    分享到微博
    发 布
引用本文

曹彦伟,李谦.一种同轴双向回转模式的钻具结构设计及振动模拟[J].钻探工程,2021,48(11):84-93.
CAO Yanwei, LI Qian. Structural design and vibration simulation of a coaxial contra-rotary drilling tool[J]. Drilling Engineering, 2021,48(11):84-93.

复制
分享
文章指标
  • 点击次数:599
  • 下载次数: 838
  • HTML阅读次数: 610
  • 引用次数: 0
历史
  • 收稿日期:2021-03-09
  • 最后修改日期:2021-07-29
  • 录用日期:2021-08-20
  • 在线发布日期: 2021-12-06
  • 出版日期: 2021-11-10
文章二维码
今日访问量：526 总访问量：10346452   津ICP备19010518号-1  

津公网安备12011002024030号
地址：河北省廊坊市金光道77号 邮政编码：065000 电话：0316-2096324
网址：http://www.tkgc.net/ E-mail：tkgc@mail.cgs.gov.cn
钻探工程 ® 2025 版权所有技术支持：北京勤云科技发展有限公司