摘要：挠轴是超短半径柔性马达单元节间扭矩传递的关键部件。针对超短半径柔性马达钻进过程中存在挠轴断裂等失效现象,本文对柔性马达内部挠轴进行了力学建模和设计强度校核,采用有限元仿真对柔性马达单元节间扭矩传递过程中挠轴的力学特性进行应力分析,并通过室内试验测试柔性马达的机械性能进而分析挠轴的力学特性。结果表明,挠轴在传递扭矩中,其根部及花键接触面是扭矩传递中的应力集中区域,且挠轴疲劳寿命可满足井下连续作业需求。有限元分析和室内测试均表明挠轴可传递扭矩500 N·m,可实现交变弯扭应力下柔性马达内部扭矩载荷传递。这为超短半径柔性马达在水平井开发中的钻进工艺提供了重要的理论依据,对提高超短半径水平井水平段的钻进长度和钻进效率提供了新型的技术手段。

摘要：随着地下浅层资源的逐渐枯竭,人们逐渐向地下更深部位寻求能源。为应对钻井过程中地下岩层的恶劣环境,提出自平衡钻进系统和仿生自行走钻具给进系统,将压力驱动装置移至地下。本文为解决自行走钻具给进系统中支撑机构的增效问题,通过分析蜣螂头部表面非光滑结构对自行走钻具给进系统增阻机构表面进行仿生设计,并对其增阻性能以及对井壁的损伤进行了模拟仿真分析,同时对其摩擦磨损性能进行了实验测试,研究了不同仿生结构的增阻及减小磨损的效果。结果表明:蜣螂头部凸包间距与直径的比值在1.50左右,中间部位凸包的直径与对应蜣螂头部长度的比值在1∶142~1∶133,且在1∶138附近出现的概率较大,两边凸包的直径与对应蜣螂头部长度的比值在1:173~1∶158之间,且在1∶167附近出现的概率较大,中间部位凸包所占比例在45%左右,两侧所占比例基本相同;仿生结构设计的间距与直径比值在1.50附近时,有良好的增阻效果;相同凸包直径条件下,间距越大,对井壁的损伤越大;正三角形排布为仿生单元增阻效果最佳的排布方式,矩形排布会增大对井壁的损伤,同时降低增阻效果;同心圆形排布对井壁的损伤最大,增阻效果最差。