随钻压力测量装置关键部件的振动分析与研究

论文摘要

随钻压力测量装置用于测量井下的地层压力、温度等参数,并将信息反馈到地面,根据测量数据时时调节钻井参数和估计油藏储量,但在钻井过程中其内部部件会受到钻柱剧烈振动的影响,如果出现疲劳破坏,将会造成随钻测井的失败,因此研究随钻压力测量装置的振动意义重大,有利于改善其抗振性能,保证随钻压力测量装置的安全工作。基于ANSYS建立整体钻柱的有限元模型,采用有限元仿真分析得到钻柱的固有频率,提出在不同深度采用不同钻具及钻进速度的方法来减弱钻柱的共振对测量装置的破坏;并通过冲击载荷分析,分析测量装置的加速度与位移变化量。建立随钻压力测量装置结构的有限元模型,分析在不同的外载荷下结构的强度问题,计算结构的安全系数;通过谐响应分析与瞬态动力学分析,得到探头连接位置与传感器安装孔处的位移响应与应力响应,为测量装置的抗振性研究和测压传感器的选型及保证探头连接螺纹的安全工作提供依据。建立电路板的有限元模型分析其固有频率,通过锤击测振试验验证有限元模型的正确性;通过优选固定方式与元件排布形式,进一步提高电路板的固有频率;对电路板进行冲击载荷分析,研究电路板应力分布情况,预测危险位置并提出改进意见。基于上述研究,提出了避免钻柱共振的方法,减小了对测量装置的破坏;研究了测量装置的动态响应特性,分析了电路板的抗振性,本论文的研究成果为测量装置的抗振性研究提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 有限元法及ANSYS 应用
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 整体钻柱的振动分析
• 2.1 引言
• 2.2 钻柱振动问题的提出与分析
• 2.3 钻柱的振动分析
• 2.3.1 建立钻柱有限元模型
• 2.3.2 钻柱纵向振动分析
• 2.3.3 钻柱横向振动分析
• 2.4 钻柱冲击振动对于随钻压力测量装置的影响
• 2.4.1 钻柱瞬态动力学分析
• 2.4.2 建立动力学冲击振动模型
• 2.4.3 施加动力学分析边界条件
• 2.4.4 测量装置位置处钻柱振动的结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 随钻压力测量装置结构的振动分析
• 3.1 引言
• 3.2 建立随钻压力测量装置结构的有限元模型
• 3.3 随钻压力测量装置的静力分析
• 3.4 随钻压力测量装置结构动态响应分析
• 3.4.1 随钻压力测量装置结构的模态分析
• 3.4.2 随钻压力测量装置结构的谐响应分析
• 3.4.3 随钻压力测量装置结构的瞬态动力学分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 随钻压力测量装置专用电路板抗振性分析与实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 电路板抗振性问题提出与分析
• 4.3 随钻压力测量装置电路板抗振性的仿真分析
• 4.3.1 建立随钻电路板的有限元模型
• 4.3.2 电路板有限元结果分析
• 4.4 随钻压力测量装置电路板试验研究
• 4.4.1 模态分析设备
• 4.4.2 电路板模态试验过程
• 4.5 电路板结构的优选
• 4.5.1 固定方式影响
• 4.5.2 元器件排布影响
• 4.6 随钻压力测量装置电路板冲击振动仿真分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢