이중 밸브 그룹으로 구동되는 새로운 유형의 유압 발진기에 대한 구조 설계 및 효과 분석

Dec 29, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15719(2022) 이 기사 인용

712 액세스

측정항목 세부정보

두 세트의 동적 및 고정 밸브를 통해 압력 변동을 조정할 수 있는 새로운 유압 발진기가 설계되었습니다. 유압 발진기는 일반 유압 발진기보다 낮은 드릴링 유체 흐름에서 드릴링의 주파수 및 축력 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 오실레이터 구조를 자세히 설명하고 두 세트의 동적 밸브와 고정 밸브 사이의 오버플로우 영역을 계산했습니다. 굴착 유체 흐름 차이를 기반으로 진동자 압력 강하에 대한 다양한 유체 흐름의 영향을 분석하고, 그 영향 법칙은 유한 요소 소프트웨어 Fluent에 의해 결정되었으며, 그 효과는 수치 시뮬레이션을 통해 검증되었습니다. 관련 연구는 동적 및 고정 밸브를 선택하는 데 큰 의미가 있으며 이중 밸브 유압 발진기의 구조 매개변수 최적화를 위한 이론적 기초를 제공합니다.

기존 드릴링 공정1,2에서 유정 깊이와 수평 단면이 증가함에 따라 드릴링 도구와 시추공 벽 사이의 정적 마찰이 증가합니다. 이는 드릴 비트 암석, 드릴링 도구 수명 및 드릴링 속도에 심각한 영향을 미치고 심지어 고착, 드릴링과 같은 다운홀 사고를 유발합니다. , 등3,4,5. 드릴링의 마찰 저항을 줄이기 위한 많은 연구 작업이 전 세계적으로 수행되었으며6,7,8 유압 발진기는 가장 흥미로운 기술 중 하나입니다9,10.

유압 발진기의 유압 작용은 드릴링 어셈블리의 축 진동을 유발하여 드릴링 어셈블리의 정지 마찰을 동적 마찰로 변환할 수 있습니다. 이러한 방식으로 수평 우물의 배압을 효과적으로 해결하고 드릴링 속도를 향상시켰습니다. Zhang et al.11은 자려 유압 발진기를 도입하고 주파수 및 진폭 특성을 실험적으로 분석했습니다. Xu12와 Liu 등13은 현장에서 자체 진동 회전 충격 드릴링 도구의 효과를 평가했습니다. Liu et al.14은 유압 펄스에 의해 유도된 축 진동을 갖는 새로운 유형의 유압 발진기를 설계하고 그 구조와 원리를 실험적으로 설명했습니다. Li et al.15은 Φ215 mm 시추공용 유압 진동자를 개발하고 실내 시뮬레이션과 현장 실험을 수행했습니다. Wang et al.16은 유압 진동자를 설계하고 그 재료와 구조를 조사했습니다. 유압 발진기의 효과는 추력 하중, 압력 주파수 테스트 및 현장 적용을 통해 입증됩니다.

Fluent 모델링의 Navier-Stokes 방정식의 수치해법과 "Pipeline Fittings" 시스템의 실험에 따라 Karpenko et al.17은 유체의 난류 흐름 발달에 대한 유체역학적 과정의 영향을 분석했습니다. Yu et al.18은 유압 발진기를 설계하고 주요 기계적 매개변수, 변화하는 법칙 및 진동 특성을 분석했습니다. Richard19, Liu20, Leus21, Wicks22는 유압 발진기 분석을 위해 다양한 축 진동 모델을 제안했습니다.

그러나 진동력, 주파수 등의 요구 사항을 달성하기 위해 연구된 대부분의 유압 발진기는 30L/s 이상의 드릴링 유체가 필요했습니다23,24. 따라서 대유량 드릴링 펌프 또는 추가 드릴링 펌프가 필요했습니다. 따라서 우리는 30L/s 미만의 유체 흐름을 굴착하는 데 적합한 이중 밸브 그룹으로 구동되는 유압 발진기를 설계했습니다.

이중 밸브 그룹으로 구동되는 유압 오실레이터의 코어는 두 부분, 즉 오실레이터 상단과 구동 섹션 하단으로 구성됩니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 진동부는 주로 스플라인 스핀들, 스플라인 슬리브, 디스크 스프링, 압축 너트, 진동 쉘 등으로 구성됩니다. 또한 주요 기능은 하단에서 오는 압력파를 진동 축력으로 변환하는 것입니다. 디스크 스프링을 통해 쉘을 진동시킵니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 구동부는 주로 중앙 샤프트, 터빈 그룹, 정렬 베어링, 동적 밸브, 스플리터 립 및 스러스트 베어링으로 ​​구성되었습니다. 진동부는 나사산을 통해 구동부와 연결되었습니다. 구동부의 주요 기능은 동적 밸브의 회전에 의해 주기적으로 변화하는 흐름 채널을 통해 주기적인 조화파를 변조하도록 설정된 터빈에 의해 중심 샤프트를 회전시키는 것이었습니다.