一、牙轮钻头实体模型的建立方法(论文文献综述)
郑维新[1](2021)在《牙轮钻头滑动轴承系统动态仿真》文中研究表明随着钻井不断向向深井、超深井和大位移水平井迈进,钻进过程常遇到软地层、硬地层、无规律软硬地层交替和强研磨等地层,这无疑对钻头,尤其是轴承系统提出了更高的性能要求。为提高钻井效率,要求轴承在大钻压、高机械钻速下保持更长时间的良好运转。受井底空间限制,牙轮钻头结构设计尺寸有限,牙轮壳体和轴颈尺寸设计都不能太大,强瞬态冲击载荷和较高转速常常导致轴承磨损过量而导致轴承失效。对牙轮钻头滑动轴承在既定边界条件和尺寸下进行动态仿真研究,不仅能够掌握轴承在井底作业时其力学行为特性,也有利于对其进行结构优化提供理论指导。本文以某型8 1/2”三牙轮钻头滑动轴承为研究对象,进行动态仿真,具体研究内容如下:(1)首先,分析三牙轮钻头滑动轴承的结构及受力特点,找出最先失效的受载牙轮,以最大受载牙轮为分析对象,应用Creo建立包含牙掌、轴颈和牙轮的钻头三维模型,并进行适当简化。(2)其次,应用ANSYS-Workbench瞬态动力学分析模块,对钻头施加瞬态冲击载荷,研究轴承等效应力、弹性应变和径向振动位移随时间变化的规律,提出对轴颈进行母线凸度量修形、端部倒圆角修形和牙轮内孔圆弧修形的优化设计方法。(3)再次,通过对比分析优化和未优化轴承受瞬态冲击载荷后其应力和径向位移的分布规律,得出优化后的轴承应力集中有所改善,抗瞬态冲击能力增强。(4)另外,研究了轴颈与牙轮间隙对应力分布的影响,找到最优匹配间隙。(5)接着,应用ANSYS/LS-DYNA显示动力学模块对简化后的牙轮钻头进行动态仿真,首先研究轴承上等效应力的分布规律,再进一步研究当钻头载荷和转速发生改变时,轴承应力和振动位移随时间变化的规律。(6)最后,综合滑动轴承、滚动轴承和浮动套轴承的优缺点,设计了一种新型滚滑轴承,并将其引入牙轮钻头,以常规滑动轴承作为参考对象,研究了新型轴承结构动态应力、牙轮节点动态应力和轴颈振动位移随时间变化的规律,为新型轴承设计和应用提供一定理论依据。
周珂飞[2](2021)在《牙齿镶装过程对齿面结构性能影响的计算机仿真研究》文中认为针对牙轮钻头易掉齿、脱齿导致钻头失效、镶齿试验条件十分苛刻这一问题,本文基于弹性力学理论及ABAQUS有限元仿真软件,建立了镶齿有限元模型,研究分析不同条件下镶装对牙齿、齿孔受力、变形的影响规律。首先通过大量文献调研,分析得到牙轮钻头的主要失效形式:牙齿材料或镶齿工艺选择不合理,牙轮齿孔对牙齿没有足够的预紧力,是导致牙齿失效的重要原因;其次,通过三牙轮钻头几何学分析,建立准确镶齿有限元模型,并对有限元模型进行了理论分析与仿真结果对比,验证了镶齿有限元计算方法的准确性与可靠性;之后基于可靠的有限元分析方法,研究了镶齿温度、摩擦系数、孔内空气对简化单齿孔模型牙齿、齿孔受力、变形影响规律;最后研究了牙轮钻头全齿镶装模型,通过Python编写脚本程序,参数化施加边界条件,设计了多组实验方案进行全齿镶装仿真模拟,并考虑了井下温度对钻头的影响,研究分析了不同条件下镶装对镶齿牙轮钻头的影响规律,从而得到最优镶齿工艺。通过以上分析研究,最终得到不同条件下镶齿对齿面结构性能的影响规律,为实际镶齿工艺制定提供一定参考。
潘玉杰[3](2020)在《针对页岩气开发的混合钻头设计及仿真分析》文中研究指明我国页岩气资源丰富,储量位居全球第一。因此页岩气开发是我国当今油气勘探开发中的一个热点。考虑到常用水平井开采页岩气,且混合钻头在定向钻井过程中有着优于常规PDC钻头以及牙轮钻头的破岩优势,能够很好的解决定向钻井过程中造斜不稳定的问题。所以针对页岩气的开发,混合钻头是较好的选择。本文总结了国内外混合钻头设计的研究进展以及存在的问题,展开了从理论研究到建立混合钻头三维模型,再到对模型进行仿真分析等的工作,并进行了混合钻头的优化设计,具体内容如下:(1)研究了常见的牙轮钻头和PDC钻头,结合二者的切削结构特点,根据两种钻头的基本设计原则,建立了一种拥有二者切削结构优点的针对页岩气开发的混合钻头三维实体模型;(2)对混合钻头进行强度仿真分析和运动学仿真分析,验证了混合钻头模型设计的合理性以及推导的几何学运动学方程的正确性;(3)研究了新的布齿设计参考图,即齿坑模型图。并利用C++语言在NX10.0环境下进行二次开发制作出“齿坑工具”插件,可以自动高效地绘制齿坑模型图,指导混合钻头的布齿优化设计;(4)归纳出了混合钻头从设计、建模、仿真、再到设计优化调整的一整套的设计方法,从而实现混合钻头的差异化和针对性设计。
王勇勇[4](2020)在《石油钻头流体动力学仿真及水力结构设计》文中研究指明钻头的水力结构会影响井底清洁程度和切削齿的冷却效果,进而影响钻头的钻进效率和钻头寿命。通过研究钻头的井底流场,可以优化钻头的水力结构,使钻井液携带岩屑、辅助破岩的作用得到更好的发挥,使钻头获得更好的钻进性能。现今大多学者对PDC钻头、牙轮钻头、混合钻头的非旋转流场进行了研究,但对其旋转流场研究较少。针对以上问题,此次应用Fluent对这三种钻头的井底旋转流场进行了数值模拟仿真。依据仿真结果对钻头的喷嘴位置、喷嘴数量、喷嘴尺寸、喷嘴方向进行了改进。研究结果表明:PDC钻头3中心喷嘴垂直—3外围喷嘴向外井底流场较好;牙轮钻头3喷嘴向外井底流场较好;混合钻头4喷嘴改进井底流场较好。针对改进后的钻头研究了不同入口压力对钻头流场的影响。研究结果表明,随着入口压力的增大,岩屑运移路径上的压力幅值与压力波动变大,压力幅值较大有利于岩屑的运移。最终利用DPM模型研究了岩屑在三种钻头流场内的运移轨迹及分布状况。
倪洋[5](2020)在《牙轮钻头单金属密封热—流—固耦合研究与多目标优化设计》文中进行了进一步梳理牙轮钻头是石油开发和矿山开采工程中的主要破岩工具,约占油田钻头总量70%。单金属密封是牙轮钻头系统中的重要组成部分,其性能的好坏直接影响钻井的效率和成本。然而随着钻进地层的多样化和钻井深度的递增,钻头密封系统经常在高温、高压和磨粒性颗粒等恶劣工况下工作,其密封稳定性面临巨大考验。特别是在复杂的热力载荷作用下,单金属密封容易出现不规则的端面变形,导致密封泄漏增加、磨损加剧,进而引起密封失效。因此,开展单金属密封热-流-固耦合研究,对预测及改善单金属密封性能、提高井下钻采效率和可靠性等具有重要意义。本文以牙轮钻头用单金属密封为研究对象,综合考虑密封端面间的粗糙接触、热力变形和粘温特性间的耦合关系,建立了单金属密封热-流-固耦合数学模型,研究多参数下单金属密封端面变形与密封性能演化规律,并联合利用BP神经网络和NSGA-Ⅱ遗传算法等,完成单金属密封优化模型的构建与多目标优化求解,进而为牙轮钻头金属密封设计体系的构建提供理论基础,主要研究内容和结论如下:1.根据牙轮钻头运行及密封系统结构特点,建立单金属密封稳态力学分析模型,开展单金属密封结构场和结构-热耦合有限元分析,研究了环境压力、装配位移、材料导热系数等对单金属密封应力场、温度场的影响规律。结果发现,当环境压力由3 MPa升高到30 MPa时,密封端面最大接触压力和最高温升均从外径侧向内径侧迁移;增大装配位移可以有效增加密封力,而增大材料导热系数可以加强密封环散热能力,有效控制端面温升和变形大小。2.综合考虑密封端面间的粗糙接触、热力变形和粘温特性,构建密封环及辅助密封件、润滑液膜及密封介质的关联体系,建立牙轮钻头单金属密封热-流-固耦合数学模型,并进一步研究关键参数如环境压力、接触宽度和O形圈硬度等对单金属密封端面膜厚分布形态、温度变化及密封性能的影响规律,揭示了牙轮钻头单金属密封系统润滑机理。结果表明,环境压力低于临界压力pcrit时密封端面形成收敛形间隙,反之密封端面形成发散性间隙;增大密封端面接触宽度,使得膜厚分布更加均匀,引起泄漏率下降了47.1%;而当O形圈硬度由70 HA增加到90 HA时,单金属密封摩擦力约增大12%。3.依据各因素对单金属密封性能影响显着程度,筛选单金属密封性能优化的设计变量,基于单金属密封热-流-固耦合模型采集数据样本,通过BP神经网络构建单金属密封优化模型,利用NSGA-Ⅱ遗传算法完成单金属密封多目标优化求解。最终选定方案为:转速n=100 r/min,粗糙度σ=0.07μm,接触宽度L=2.5 mm,优化后泄漏率降低51.6%,摩擦力降低11%。本文研究成果将为高寿命、高可靠性钻头密封系统的设计理论提供依据和技术支持,具有较重要的学术价值与工程意义。
吴泽兵,Adnane El Mokhtari,郑维新[6](2020)在《钢齿牙轮钻头滑动轴承接触应力分析与间隙优化》文中认为在石油钻探工程中牙轮钻头承担着极为重要的作用,其工作寿命与钻井性能对工程质量、效率和成本都有重大影响。轴承作为牙轮钻头最重要的结构,其表面接触应力分布及其不均匀是导致轴承结构失效的最主要原因,因此有必要对轴承接触应力分布和大小进行分析研究。利用Creo与Pro/E软件对牙轮钻头滑动轴承副结构进行了3D实体模型的搭建,利用ANSYS软件建立了牙轮钻头滑动轴承接触应力的有限元分析模型,并得出轴承接触应力分布图与接触应力峰值。通过上述途径方法成功对12种不同的间隙值对应的滑动轴承受力情况作出了计算分析,清晰地看到牙轮受力时滑动轴承表面应力的分布情况,通过峰值比较优选出了使寿命最长的孔轴间隙值。
张祥[7](2019)在《基于磨损理论的牙轮钻头材料与结构优化研究》文中研究指明面对石油价格不断上涨,减少钻井成本成为了必然趋势。牙轮钻头是常用的钻井工具之一,其失效形式之一就是牙轮钻头的磨损,给牙轮钻头快速钻进带来了巨大的挑战。本文在现有牙轮钻头研究的基础上,结合有限元的数值模拟和磨损理论的方法研究了牙轮钻头的牙齿磨损机理,并针对牙轮磨损机理,从结构和材料两方面进行了优化。本文主要开展了以下工作:首先,建立了三牙轮钻头的几何模型,通过有限元的数值模拟的方法,模拟了岩屑产生的部位以及空间分布规律,研究了岩屑对牙轮钻头牙齿的磨损作用。建立了井底流场的数值模拟,模拟了岩屑在钻井液作用下的流动规律,探索了岩屑对牙轮钻头最内排牙齿形成第二次刮擦造成磨损的过程。其次,建立了复合运动下牙轮钻头的磨损数学模型,利用子程序接口,编制了磨损程序,然后在此基础上建立了单齿磨损的有限元模型,对磨损模型进行验证。最后,基于牙轮钻头磨损的磨损理论,通过数值模拟的方式,对比了新热加工工艺方案和目前热加工工艺方案,分析了两种热加工工艺的材料性能以及组织。在牙轮钻头工作的特点和牙轮钻头磨损的机理基础上,优化了牙型角和牙齿在牙轮上的安排。
王昶皓[8](2018)在《地层对钻头磨损机理及岩石研磨性评价研究》文中研究表明在钻井过程中,钻头破碎岩石的同时自身也会被磨损。钻头牙齿的磨损会降低钻头的破岩效率,外径的磨损会使井眼缩径,这些都会导致钻井效率大为降低,岩石的这种磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。岩石的研磨性至今还没有统一的评价方法和分级标准,其评价手段多是基于一些实验数据的曲线拟合及数理统计分析得出的经验模型,该方法不但操作复杂,耗时较长,对于磨损机理的研究也很不充分。另外,在钻头的适应性评价方面,通常也只是利用岩石可钻性等指标,往往忽略了岩石对钻头磨损程度的影响,这样选出的钻头与地层的匹配程度是不全面的。针对上述问题,以摩擦学原理为基础,深入分析不同类型钻头与地层之间的磨损机理,建立岩石研磨性的评价指标和分级方法,从而为钻头的选型和设计提供依据。根据岩石和钻头表面的形貌特征建立了表面粗糙度的分形表征方法,结合磨损后的钻头表面形貌和能谱分析结果,确定了PDC钻头复合片、牙轮钻头牙齿和钻头保径齿的磨损机理。根据牙轮钻头和PDC钻头各自的破岩特点,分别建立单齿压入岩石和单个切削齿切削岩石的接触力模型,结合岩石的破碎条件推导出地层对钻头牙齿及保径的反作用力。然后将地层-钻头两体摩擦副的表面接触形貌和受力情况相结合得到了二者的真实接触面积计算模型,根据PDC钻头滑动摩擦和牙轮钻头滚动摩擦的特征分别计算了滑动和滚动条件下的摩擦系数。由于钻头与岩石之间的滑动摩擦会产生大量的热,根据摩擦表面接触面积公式结合热传导理论揭示了滑动摩擦条件下的地层-钻头温升过程及温度分布情况,得到了在一定温度范围内地层与钻头之间的真实接触面积变化情况。在钻井过程中由于钻井液的存在,地层与钻头之间接触面的摩擦系数和温度是要远远小于干摩擦条件下的,通过对钻井液表面润滑特性的研究建立了在边界润滑条件下的地层-钻头摩擦副之间的摩擦力计算模型。应用能量守恒定律分析了钻井液循环的实际传热过程,得到了钻井液冷却条件下的井底温度场。然后根据钻头的磨损机理分析了不同磨损形式下磨损率的影响因素,结合井底的实际摩擦力及温度场分布情况建立了钻井液循环条件下的钻头磨损方程。在实验研究方面,主要是针对磨损方程中所包含的岩石基本属性进行了测试。实验选取了20组不同地区和性质的岩心,包括利用单轴和三轴压缩实验测定了岩心的弹性模量、泊松比、内聚力和内摩擦角;利用X-RD衍射实验分析了岩心的矿物组分;利用扫描电镜得到了岩心的表面粗糙度分形维数。然后通过室内微钻头磨损实验结果与钻头磨损方程计算结果相比较,对方程进行了校正。以钻头的磨损量为评价指标,对影响钻头磨损的各岩石属性进行数值分析并计算极差,得到了岩石对钻头磨损的主控因素及控制机制。研究表明,岩石各因素影响钻头磨损的主次顺序为:石英含量>内摩擦角>表面分形维数>内聚力>弹性模量>泊松比。最后将钻头磨损方程中的钻头相关参数和工况参数进行标准化处理,然后采用以破碎单位体积岩石切削具的磨损失重作为衡量岩石研磨性指标,并引入了岩石的可钻性级值参数,建立了滑动条件和滚动条件下的岩石研磨性评价指标,根据不同岩性的计算结果给出了岩石研磨性的分级标准。该方法具有很好的适用性,对于丰富摩擦学理论、指导钻头的设计和优选有着重要意义。
邓嵘,李向东,丰波,邱顺佐,李孟华[9](2017)在《牙轮钻头牙齿磨损的数值模拟》文中认为采用拉宾诺维奇磨粒磨损模型,通过实验确定了模型中牙齿磨粒磨损系数Kε。运用有限元软件建立了牙轮钻头与岩石互作用模型。用网格重划分法和并行计算技术解决了岩石网格变形大、求解速度慢等问题。分析了3种齿形的牙齿磨损、牙齿磨损形貌,并与现场实验钻头磨损情况进行了对比。结果表明所建立的有限元模型能比较准确地预测牙齿寿命及其磨损形貌;探索了机械钻速、转速和岩石与牙齿磨损量之间的关系,为合理选择钻头型号、推荐钻井参数提供了依据。
孔春岩[10](2017)在《球形单牙轮PDC复合钻头设计理论研究》文中进行了进一步梳理随着我国国民经济的高速发展,国家对油气资源的需求急剧增加,供需矛盾日益严峻,2015年原油对外依存度首次超过60%,要保障国家能源战略规划的顺利实施,必须不断寻找新的油气资源。钻井是当今世界获取油气资源的唯一最佳手段,钻头是旋转钻井中直接破碎岩石并形成井眼的重要工具,其寿命与工作性能直接影响钻井速度,进而影响油气资源的勘探开发效率。单牙轮钻头是介于三牙轮钻头和PDC钻头之间的一种切削型钻头,曾以独特的破岩方式和较高的机械钻速获得钻井界的青睐,并成为小井眼侧钻及深井钻井中的首选钻头。根据现场应用跟踪调研和统计分析:单牙轮钻头主要失效形式为牙齿的先期过度磨损和切削“死点”。目前使用的硬质合金齿单牙轮钻头,只能应用于较软地层,对于硬而研磨性较高的地层,其先期磨损相当严重,寿命较短。因此,研究设计抗磨性强、岩性适应性更广泛的单牙轮钻头具有重要的现实意义和发展前景。本文针对单牙轮钻头存在的问题,采用球形单牙轮钻头+PDC钻头设计理念及PDC切削齿在牙轮上缓慢交替工作的原理,设计出新型球形单牙轮PDC复合钻头;通过系统的理论与仿真研究,建立了球形单牙轮PDC复合钻头的系统设计理论。(1)在简要阐述国内外单牙轮钻头的研究现状与发展趋势、单牙轮钻头的应用现状及存在主要问题基础上,提出了本文选题背景、目的意义及研究思路和主要研究内容。(2)通过对比分析单牙轮钻头与三牙轮钻头及PDC钻头不同的破岩机理,并对现场调研的单牙轮钻头失效机理进行分析总结,根据提出的球形单牙轮PDC复合钻头的设计理念,完成了三种球形单牙轮PDC复合钻头的方案设计。(3)考虑PDC齿在牙轮上安装的前倾角与侧转角及齿形特征,建立了球形单牙轮PDC复合钻头PDC齿的几何学与运动学方程,切削齿刃上任一点的径向分速度、切向分速度和纵向分速度,以及径向加速度、切向加速度和纵向加速度计算理论,实现单牙轮钻头的结构参数、PDC齿在牙轮上的位置参数、以及岩石特性对各项速度和加速度的影响规律的定量分析研究,为确定钻头的最优结构参数提供理论依据。(4)建立了单牙轮钻头PDC齿在井底的运动轨迹方程,对球形单牙轮PDC复合钻头三种设计方案在不同轴倾角、不同吃入深度、不同时间的井底轨迹进行了仿真;提出了基于井底覆盖率和最大未破碎凸台评价指标,得到各方案钻头轴倾角对井底覆盖率及最大凸台的影响规律;确定了各设计方案最佳轴倾角的设计范围,为球形单牙轮PDC复合钻头轴倾角的优选及牙轮齿面结构设计的评判与优化提供理论依据。(5)基于接触力学,建立了单牙轮上PDC齿垂直压入和水平刮切岩石产生的互作用力(轴向力、径向力和切向力)的理论计算公式,通过建立的钻头牙掌与牙轮、牙轮与PDC齿之间互作用力的关系式,得到PDC齿与岩石互作用力对牙轮及钻头产生的合力与合力矩的理论计算式;研究了 PDC齿压入和刮切岩石时的接触力与压入深度、PDC齿在牙轮上的位置高度、前倾角和侧转角等因素的相关性;进而完成球形单牙轮PDC复合钻头全齿破岩数值仿真分析,得到钻头的速度和加速度随时间的响应曲线以及各个PDC齿与岩石的互作用切削力。(6)基于上述研究内容,系统建立了球形单牙轮PDC复合钻头的设计理论,据此完成了 0118mm球形单牙轮PDC复合钻头的结构设计,并对主要部件进行了强度分析,制造出球形单牙轮PDC复合钻头实体,属国际首创,为室内和现场试验奠定了硬件基础。本文的研究工作完善了小井眼侧钻井、深井钻井及难钻地层单牙轮PDC复合钻头设计理论,具有较大的理论与工程应用价值。
二、牙轮钻头实体模型的建立方法(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、牙轮钻头实体模型的建立方法(论文提纲范文)
(1)牙轮钻头滑动轴承系统动态仿真(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本文研究的主要内容及技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.4 本章小结 |
第二章 牙轮钻头滑动轴承载荷分布研究及有限元理论 |
2.1 牙轮钻头滑动轴承结构及受力特点分析 |
2.2 牙轮钻头轴承受力分析 |
2.3 有限元理论介绍 |
2.4 本章小结 |
第三章 牙轮钻头滑动轴承在瞬态冲击下的动力学分析 |
3.1 经典赫兹理论下的轴承接触问题 |
3.2 牙轮钻头滑动轴承瞬态动力学有限元分析 |
3.2.1 几何模型的建立 |
3.2.2 定义材料 |
3.2.3 有限元网格划分 |
3.2.4 边界条件及接触设置 |
3.2.5 滑动轴承瞬态动力学有限元分析 |
3.2.6 网格无关性验证 |
3.2.7 步长独立性验证 |
3.3 基于瞬态动力学的滑动轴承凸度量优化设计 |
3.3.1 设计基本思路 |
3.3.2 修形轴承接触几何 |
3.3.3 修形轴承有限元分析 |
3.3.4 不同参数优化设计下的应力结果对比 |
3.4 优化轴承振动特性分析 |
3.5 优化轴承接触间隙规律研究 |
3.6 本章小结 |
第四章 牙轮钻头滑动轴承动态特性研究 |
4.1 显示动力学简介及动态分析基本思路 |
4.1.1 ANSYS/LS-DYNA显示动力学概述 |
4.1.2 ANSYS/LS-DYNA显示动力学基本理论 |
4.1.3 牙轮钻头滑动轴承动态分析基本思路 |
4.2 滑动轴承显示动力学仿真分析 |
4.2.1 模型建立与简化 |
4.2.2 显示动力学中材料参数的确定 |
4.2.3 网格划分 |
4.2.4 约束条件及载荷 |
4.2.5 仿真结果分析 |
4.3 滑动轴承动态特性分析 |
4.3.1 不同工作载荷下轴承的动态特性 |
4.3.2 不同转速下轴承的动态特性 |
4.4 新型牙轮钻头轴承设计及动态特性分析 |
4.4.1 结构动态应力包络线分析 |
4.4.2 两种轴承牙轮节点动态应力分析 |
4.4.3 轴颈振动位移对比分析 |
4.5 本章小结 |
第5 章 总结和展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
(2)牙齿镶装过程对齿面结构性能影响的计算机仿真研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本文研究内容 |
1.4 创新点与技术路线 |
1.5 本章小结 |
第二章 牙轮钻头固齿理论分析 |
2.1 牙轮钻头简介 |
2.2 齿孔应力应变理论分析 |
2.3 牙齿与齿孔几何分析 |
2.4 孔口处压力计算分析 |
2.5 温度对弹性模量的影响的计算分析 |
2.6 本章小结 |
第三章 牙轮钻头镶齿建模基本理论与方法 |
3.1 三牙轮钻头几何学 |
3.2 牙轮钻头镶齿有限元分析模型 |
3.2.1 单齿镶装模型 |
3.2.2 全齿镶装模型 |
3.2.3 材料参数 |
3.3 网格敏感度研究 |
3.3.1 简化单齿孔网格尺寸研究 |
3.3.2 全齿镶装网格尺寸研究 |
3.4 牙轮钻头镶齿结构性能评价方法 |
3.5 本章小结 |
第四章 简化单齿孔镶齿研究 |
4.1 模型验证 |
4.2 镶装温度 |
4.2.1 不同热装工艺的确定 |
4.2.2 结果分析 |
4.3 摩擦系数对单齿镶装的影响 |
4.4 齿底空气镶装的影响 |
4.4.1 常温下压缩空气的压力计算 |
4.4.2 高温下压缩空气的压力计算 |
4.5 本章小结 |
第五章 牙轮钻头全齿镶装研究 |
5.1 镶装顺序对单齿圈镶装的影响 |
5.1.1 镶装方案的确定 |
5.1.2 仿真结果分析 |
5.2 镶装顺序对全齿镶装的影响 |
5.2.1 镶装方案的确定 |
5.2.2 仿真结果分析 |
5.3 镶装温度 |
5.4 井下温度 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
(3)针对页岩气开发的混合钻头设计及仿真分析(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国内外页岩气勘探开发现状 |
1.2.2 国内外混合钻头研究现状 |
1.2.3 国内外混合钻头仿真分析研究现状 |
1.3 本文研究的主要内容 |
1.4 本章小结 |
第二章 页岩气概述及混合钻头基础理论 |
2.1 中国页岩气概述 |
2.2 PDC钻头概述 |
2.2.1 PDC钻头结构 |
2.2.2 PDC钻头碎岩机理 |
2.2.3 PDC钻头的失效形式 |
2.3 牙轮钻头概述 |
2.3.1 牙轮钻头结构 |
2.3.2 牙轮钻头碎岩机理 |
2.3.3 牙轮钻头的失效形式 |
2.4 混合钻头概述 |
2.4.1 混合钻头的结构 |
2.4.2 混合钻头的破岩机理 |
2.4.3 混合钻头的失效形式 |
2.5 混合钻头的基础理论 |
2.5.1 钻头坐标系 |
2.5.2 钻头几何学和运动学 |
2.6 本章小结 |
第三章 混合钻头的参数化设计 |
3.1 混合钻头的设计内容 |
3.2 绘制PDC部分 |
3.2.1 刀翼冠部曲线设计 |
3.2.2 刀翼形状选择 |
3.2.3 布齿设计 |
3.2.4 确定齿前角和侧转角 |
3.3 绘制牙轮部分 |
3.3.1 绘制牙轮初始轮廓 |
3.3.2 绘制牙齿 |
3.4 混合钻头的装配 |
3.4.1 PDC部分的装配 |
3.4.2 牙轮部分的装配 |
3.4.3 混合钻头的装配 |
3.5 井底破碎曲线的绘制 |
3.5.1 牙轮部分井底破碎曲线的绘制 |
3.5.2 PDC部分井底破碎曲线的绘制 |
3.5.3 混合钻头的井底破碎曲线的绘制 |
3.6 本章小结 |
第四章 混合钻头的仿真分析 |
4.1 混合钻头牙轮体的强度仿真 |
4.1.1 Creo Simulate概述 |
4.1.2 基本假设 |
4.1.3 建立模型 |
4.1.4 定义材料 |
4.1.5 网格划分 |
4.1.6 约束条件及载荷 |
4.1.7 仿真结果分析 |
4.2 混合钻头的运动学仿真 |
4.2.1 基本假设 |
4.2.2 创建约束 |
4.2.3 添加动力源 |
4.2.4 机构分析与定义 |
4.2.5 仿真结果分析 |
4.2.6 Matlab仿真分析对比 |
4.3 本章小结 |
第五章 混合钻头齿坑建模及布齿设计优化方法 |
5.1 自动绘制齿坑的实现方法 |
5.1.1 UG的二次开发 |
5.1.2 制定自动绘制方案 |
5.1.3 模块函数说明 |
5.2 插件使用方法 |
5.2.1 NX10.0 下菜单系统 |
5.2.2 实例操作 |
5.3 齿坑模型输出及分析 |
5.4 小结 |
第六章 总结和展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
(4)石油钻头流体动力学仿真及水力结构设计(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究意义及背景 |
1.2 PDC钻头、牙轮钻头与混合钻头流场的研究现状 |
1.3 Fluent-DPM模型模拟与EDEM-Fluent耦合模拟研究现状 |
1.4 本文主要研究内容 |
1.5 技术路线 |
第二章 钻头流场理论 |
2.1 岩屑的产生 |
2.1.1 钻头破岩简述 |
2.1.2 高压水射流辅助破岩 |
2.1.2.1 射流对井底的作用 |
2.1.2.2 射流的水楔作用对岩石裂纹的扩展影响 |
2.2 流体的运动状态 |
2.2.1 喷嘴射流 |
2.2.2 井底漫流 |
2.2.3 涡旋 |
2.3 钻头泥包及钻头冲蚀 |
2.3.1 钻头泥包 |
2.3.2 钻头冲蚀 |
2.4 钻井液井底净化 |
2.5 PDC钻头流场概述 |
2.6 牙轮钻头流场概述 |
2.7 钻头流场研究内容及方法 |
2.7.1 钻头流场研究内容 |
2.7.1.1 钻头流场物理参数 |
2.7.1.2 钻头水力参数及水力结构 |
2.7.2 钻头流场研究方法 |
2.7.2.1 理论研究方法 |
2.7.2.2 实验研究方法 |
2.8 有限元理论模型 |
2.8.1 流场简化 |
2.8.2 基本控制方程 |
2.8.3 旋转流场湍流模型 |
2.8.4 液固两相流理论 |
2.8.4.1 Fluent-DPM模型 |
2.8.4.2 EDEM-Fluent耦合模拟简介 |
第三章 PDC钻头与三牙轮钻头流场模型建立 |
3.1 流域三维计算模型建立 |
3.1.1 PDC钻头、三牙轮钻头、混合钻头模型 |
3.1.2 PDC钻头、三牙轮钻头、混合钻头流域模型 |
3.1.3 网格划分 |
3.2 携带岩屑流场物理模型的建立 |
3.2.1 Fluent-DPM模型岩屑设置 |
3.2.2 边界条件 |
第四章 钻头水力结构优化及流场研究 |
4.1 PDC钻头 |
4.1.1 PDC钻头水力结构优化 |
4.1.2 3喷嘴垂直3 喷嘴向外PDC钻头流场研究 |
4.2 牙轮钻头 |
4.2.1 牙轮钻头水力结构优化 |
4.2.2 喷嘴向外牙轮钻头流场研究 |
4.3 混合钻头 |
4.3.1 混合钻头水力结构优化 |
4.3.2 4喷嘴改进混合钻头流场研究 |
第五章 研究总结与展望 |
5.1 研究总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
(5)牙轮钻头单金属密封热—流—固耦合研究与多目标优化设计(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 单金属密封研究 |
1.2.2 密封环变形研究 |
1.2.3 密封环温度场及耦合场研究 |
1.2.4 密封优化研究进展 |
1.3 存在的问题 |
1.4 研究内容与技术路线 |
第二章 单金属密封结构-热耦合研究 |
2.1 单金属密封力学分析 |
2.2 单金属有限元模拟 |
2.2.1 模型假设和计算流程 |
2.2.2 单金属密封计算模型 |
2.2.3 边界条件 |
2.2.4 温度场计算关键问题 |
2.2.5 网格无关性验证 |
2.3 结构场计算结果与分析 |
2.3.1 应力场与力变形分析 |
2.3.2 环境压力影响分析 |
2.3.3 装配位移影响分析 |
2.4 结构-热耦合计算结果与分析 |
2.4.1 温度场及热变形分析 |
2.4.2 材料导热系数影响分析 |
2.4.3 操作参数影响分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 单金属密封热-流-固耦合数值计算模型 |
3.1 几何模型 |
3.2 数学模型 |
3.2.1 模型假设 |
3.2.2 流体力学分析 |
3.2.3 接触力学分析 |
3.2.4 固体力学分析 |
3.2.5 变形分析 |
3.2.6 热分析 |
3.2.7 热-流-固耦合模型计算流程 |
3.3 数值计算方法及验证 |
3.3.1 数值计算方法 |
3.3.2 模型验证 |
3.4 结果分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 单金属密封稳态性能分析 |
4.1 主要密封性能参数计算 |
4.2 操作工况对密封性能的影响 |
4.2.1 环境压力影响 |
4.2.2 钻头转速影响 |
4.2.3 粗糙度影响 |
4.3 结构参数对密封性能的影响 |
4.3.1 端面接触宽度 |
4.3.2 静环高度 |
4.3.3 楔入角 |
4.4 材料参数对密封性能的影响 |
4.4.1 金属环弹性模量 |
4.4.2 O形圈硬度 |
4.4.3 热膨胀系数 |
4.5 本章小结 |
第五章 单金属密封多目标优化设计 |
5.1 单金属密封多目标优化流程 |
5.2 单金属密封优化设计模型建立 |
5.2.1 设计变量 |
5.2.2 约束条件 |
5.2.3 优化目标 |
5.3 基于BP神经网络的单金属密封近似模型构建 |
5.3.1 BP神经网络算法原理 |
5.3.2 BP近似模型建立 |
5.4 基于NSGA-Ⅱ的单金属密封多目标优化求解 |
5.4.1 NSGA-Ⅱ算法流程 |
5.4.2 NSGA-Ⅱ算法测试 |
5.4.3 单金属密封多目标优化结果分析 |
5.4.4 优化前后结果对比分析 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
学位论文数据集 |
(6)钢齿牙轮钻头滑动轴承接触应力分析与间隙优化(论文提纲范文)
1 实体模型的建立 |
2 有限元模型建立 |
3 不同间隙牙轮钻头的应力分析 |
4 结论 |
(7)基于磨损理论的牙轮钻头材料与结构优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 牙轮钻头运动学国内外研究现状 |
1.2.2 牙轮钻头受力分析国内外研究现状 |
1.2.3 牙轮钻头流场国内外研究现状 |
1.2.4 牙轮钻头磨损国内外研究现状 |
1.2.5 牙轮钻头材料国内外研究现状 |
1.3 本文研究内容 |
第2章 牙轮钻头运动学和井底流场研究 |
2.1 三牙轮几何建模 |
2.2 Abaqus软件介绍 |
2.2.1 ABAQUS在三牙轮钻头破岩过程中的应用 |
2.2.2 COHESIVE单元介绍和应用 |
2.3 三牙轮钻头运动学研究 |
2.3.1 基本假设 |
2.3.2 岩石材料本构模型及参数设置 |
2.3.3 几何模型的网格划分 |
2.3.4 约束和边界条件的施加 |
2.3.5 数值模拟结果分析 |
2.4 岩屑在钻井液作用下的运行规律 |
2.4.1 模型简化 |
2.4.2 流动模型 |
2.4.3 钻头以及流体参数设置 |
2.4.4 数值模拟结果 |
2.4.5 数值模拟结果分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 牙轮钻头的磨损机理 |
3.1 牙轮钻头结构及性能特点 |
3.2 牙轮钻头运动学和力学分析 |
3.2.1 牙轮钻头的空间坐标系 |
3.2.2 牙轮钻头运动学分析 |
3.2.3 牙轮钻头力学分析 |
3.3 牙齿磨损模型 |
3.3.1 ARCHARD经典磨损公式 |
3.3.2 牙轮钻头牙齿磨损公式 |
3.4 牙齿磨损数值模拟验证 |
3.4.1 磨损有限元数值模拟的介绍 |
3.4.2 有限元模型 |
3.4.3 相关参数设定 |
3.4.4 仿真结果分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 牙轮钻头材料及结构优化 |
4.1 材料热加工工艺相关理论 |
4.1.1 淬火过程温度场计算基本原理 |
4.1.2 淬火过程的相变理论 |
4.2 牙轮热处理工艺 |
4.2.1 SN2025 材料性能分析 |
4.2.2 牙轮热处理工艺介绍 |
4.2.3 牙轮有限元模型 |
4.2.4 现有的热加工工艺 |
4.2.5 改进的热处理工艺 |
4.3 牙轮钻头结构优化设计 |
4.3.1 齿形的选择 |
4.3.2 牙齿在牙轮上的布局安排 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(8)地层对钻头磨损机理及岩石研磨性评价研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
创新点摘要 |
第1章 绪论 |
1.1 研究的目的和意义 |
1.2 国内外研究现状及存在的问题 |
1.2.1 岩石研磨性研究现状 |
1.2.2 钻头磨损研究现状 |
1.2.3 钻头适应性评价研究现状 |
1.3 论文的主要研究内容 |
1.4 论文技术路线 |
第2章 地层-钻头两体摩擦副表面形貌参数及钻头磨损机理 |
2.1 表面形貌的构成 |
2.2 岩石表面形貌的表征参数 |
2.2.1 轮廓算术平均偏差 |
2.2.2 统计分布参数 |
2.2.3 分布形状参数 |
2.2.4 自相关函数 |
2.2.5 粗糙表面的分形表征 |
2.3 钻头的磨损形貌与磨损机理 |
2.3.1 磨损过程与分类 |
2.3.2 PDC钻头磨损机理 |
2.3.3 牙轮钻头磨损机理 |
2.3.4 钻头保径的磨损机理 |
2.4 本章小结 |
第3章 地层-钻头两体摩擦副表面接触力分析 |
3.1 岩石破碎条件下的地层-钻头接触力 |
3.1.1 岩石的破碎条件 |
3.1.2 PDC复合片受力分析 |
3.1.3 牙轮钻头牙齿受力分析 |
3.1.4 钻头保径受力分析 |
3.2 地层-钻头摩擦力 |
3.2.1 地层-钻头的真实接触面积 |
3.2.2 PDC钻头破碎岩石的滑动摩擦 |
3.2.3 牙轮钻头破碎岩石的滚动摩擦 |
3.3 地层-钻头表面温度 |
3.4 本章小结 |
第4章 钻井液循环作用下的钻头磨损 |
4.1 钻井液润滑、冷却作用实验研究 |
4.2 钻井液润滑作用机理 |
4.2.1 润滑状态 |
4.2.2 钻井液的黏度 |
4.2.3 钻井液润滑特性 |
4.3 钻井液冷却作用机理 |
4.4 井底环境下的钻头磨损方程 |
4.4.1 磨粒磨损机理 |
4.4.2 黏着磨损机理 |
4.4.3 疲劳磨损机理 |
4.4.4 钻头磨损方程 |
4.5 钻头磨损的数值分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 岩石研磨性评价指标及分级方法 |
5.1 岩石基础参数测试 |
5.1.1 岩石可钻性测试 |
5.1.2 岩石力学参数测试 |
5.1.3 岩石矿物组分分析 |
5.1.4 岩石表面形貌分析 |
5.2 室内微钻头磨损测试 |
5.3 钻头磨损影响因素分析 |
5.4 岩石研磨性评价指标及分级标准 |
5.4.1 岩石研磨性评价 |
5.4.2 岩石研磨性分级 |
5.5 应用实例 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
(9)牙轮钻头牙齿磨损的数值模拟(论文提纲范文)
1 数学模型 |
1.1 磨粒磨损模型的数学描述 |
1.2 体积损失和形貌更新 |
1.3 岩石破坏准则 |
2 磨粒磨损实验 |
3 牙轮钻头与岩石互相作用有限元模拟 |
3.1 简化牙轮钻头实体模型 |
3.2 基本假设 |
3.3 单牙轮钻头切削岩石有限元模型 |
3.4 数值模拟方案 |
4 数值模拟结果分析 |
4.1 齿形变化 |
4.2 磨损量比较 |
5 结论 |
(10)球形单牙轮PDC复合钻头设计理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.2.3 发展趋势 |
1.3 论文研究内容、组织结构与创新点 |
1.3.1 论文主要研究内容及结构 |
1.3.2 论文主要创新点 |
第2章 球形单牙轮PDC复合钻头方案设计 |
2.1 单牙轮钻头失效机理分析 |
2.1.1 单牙轮钻头工作原理 |
2.1.2 单牙轮钻头失效机理分析 |
2.1.3 单牙轮钻头牙齿磨损机理简介 |
2.2 球形单牙轮PDC复合钻头方案设计 |
2.2.1 设计理念 |
2.2.2 设计方案 |
2.3 本章小结 |
第3章 单牙轮PDC复合钻头运动学基本理论研究 |
3.1 建立坐标系 |
3.2 PDC齿的特征点在静坐标中的位置 |
3.3 牙轮上PDC齿的运动几何学方程 |
3.3.1 牙轮转动 |
3.3.2 牙轮移动 |
3.4 单牙轮PDC复合钻头运动学研究 |
3.4.1 径向分速度 |
3.4.2 切向分速度 |
3.4.3 纵向分速度 |
3.4.4 算例与分析 |
3.5 牙轮上PDC齿的加速度 |
3.5.1 加速度方程 |
3.5.2 算例与分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 球形单牙轮PDC复合钻头井底轨迹研究 |
4.1 井底轨迹方程 |
4.2 井底轨迹仿真 |
4.2.1 PDC齿+金刚石锥球齿布齿方案 |
4.2.2 模块化布齿方案 |
4.2.3 PDC齿+弧形齿布齿方案 |
4.3 不同布齿方案未破碎区的变化规律(0.5mm) |
4.3.1 井底模式未破碎区的变化规律 |
4.3.2 井底模式最大凸台变化规律 |
4.4 不同布齿方案未破碎区的变化规律(1mm) |
4.4.1 井底模式未破碎区的变化规律 |
4.4.2 井底模式最大凸台变化规律 |
4.5 本章小结 |
第5章 球形单牙轮PDC复合钻头力学分析 |
5.1 影响切削齿受力的主要因素 |
5.2 表面载荷作用下半空间体的应力与位移 |
5.2.1 半空间体在边界上受法向集中力 |
5.2.2 半空间体在边界上受切向集中力 |
5.2.3 半空间体在边界上受法向均布力 |
5.2.4 半空间体在边界上受法向赫兹分布力 |
5.3 球形牙轮上PDC齿与岩体互作用分析 |
5.3.1 牙掌与牙轮受力分析 |
5.3.2 PDC齿与岩体互作用力分析 |
5.3.3 PDC齿与牙轮壳体互作用力 |
5.4 单牙轮PDC复合钻头破岩数值仿真 |
5.4.1 钻头与岩石互作用模型 |
5.4.2 破岩仿真结果分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 球形单牙轮PDC复合钻头设计与加工 |
6.1 单牙轮PDC复合钻头设计 |
6.1.1 设计流程 |
6.1.2 方案一详细设计 |
6.2 钻头强度校核 |
6.2.1 牙掌轴颈与牙轮的强度分析 |
6.2.2 PDC齿的强度分析 |
6.3 钻头加工制造 |
6.4 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表学术论文及成果 |
四、牙轮钻头实体模型的建立方法(论文参考文献)
- [1]牙轮钻头滑动轴承系统动态仿真[D]. 郑维新. 西安石油大学, 2021(09)
- [2]牙齿镶装过程对齿面结构性能影响的计算机仿真研究[D]. 周珂飞. 西安石油大学, 2021(09)
- [3]针对页岩气开发的混合钻头设计及仿真分析[D]. 潘玉杰. 西安石油大学, 2020(12)
- [4]石油钻头流体动力学仿真及水力结构设计[D]. 王勇勇. 西安石油大学, 2020(12)
- [5]牙轮钻头单金属密封热—流—固耦合研究与多目标优化设计[D]. 倪洋. 浙江工业大学, 2020(02)
- [6]钢齿牙轮钻头滑动轴承接触应力分析与间隙优化[J]. 吴泽兵,Adnane El Mokhtari,郑维新. 机械, 2020(03)
- [7]基于磨损理论的牙轮钻头材料与结构优化研究[D]. 张祥. 燕山大学, 2019(03)
- [8]地层对钻头磨损机理及岩石研磨性评价研究[D]. 王昶皓. 东北石油大学, 2018(01)
- [9]牙轮钻头牙齿磨损的数值模拟[J]. 邓嵘,李向东,丰波,邱顺佐,李孟华. 地质科技情报, 2017(05)
- [10]球形单牙轮PDC复合钻头设计理论研究[D]. 孔春岩. 西南石油大学, 2017(05)