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动力和信号传输钻杆的设计研究

李强  
【摘要】:随着钻进技术的进步,随钻测井、随钻测量技术大量使用,井下越来越多的探测器、仪器仪表、传感器,这些设备工作需要消耗大量的电能,同时要求高效率、高准确度的信号传递能力。动力和信号传输钻杆技术的研究旨在能由地面向井下输送动力的同时,又能建立地面与井下设备之间的双向高速的信息通道。 本文提出了一种新型的传递动力和信号的钻杆,它在标准API钻杆基础上进行非标准化设计,设计了一套电接头和三明治传输结构,该接头具有机构简单,占用钻杆接头内径小,自补偿,自洁等优点。 首先分析了动力和信号传输钻杆的设计要求和工作原理。然后对钻杆本体、钻杆接头进行了非标准化设计。设计了公母电接头,三明治传输结构,对上述结构的每一个零件的尺寸、材料都进行了设计、计算和选型,特别对三明治传输导体结构进行了电力电缆的非标准化设计,校核,利用AutoCAD和SolidWorks软件绘制了二维图纸和三维模型。然后详细校核计算了整个钻柱在工作过程中的轴向应力、剪切应力和弯曲应力,对钻杆接头螺纹的受力进行了分析,分析了钻杆接头螺纹连接的预紧力矩、轴向载荷应力、建立钻杆螺纹的变形分析数学模型。最后利用有限元分析软件Ansys对钻杆接头进行了应力、应变分析,建立每一个螺纹齿的齿根与齿顶处所受到的最大Mises应力值曲线关系图,采用了LET应力减轻法、API应力减轻槽、新型应力减轻结构对改进螺纹结构,得到了三种结构模型的应力、变形和应变云图,通过对比选出了最优结构改进方法。本文所做研究内容可以为智能钻杆的基本结构设计、选型及应用提供一定的理论基础。


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