基于ANSYS-Workbench的旋转尾管悬挂器轴承有限元分析

【摘要】旋转尾管固井是固井中常用的一种技术，在深井、超深井、大位移井、小间隙井等复杂井的固井中可以提高水泥的顶替效率从而提高固井质量。井用旋转尾管悬挂器轴承是连接旋转尾管悬挂器和注水泥套管的重要部件，在固井作业中承受整个尾管串的重量，因此油井的深度越高对轴承的承载能力要求也就越高。轴承所处的工作环境温度较高，而且在泥浆中工作，工况条件十分恶劣，因此使用寿命较低。为提高旋转尾管悬挂器轴承的使用寿命，满足旋转尾管固井的要求，需要根据特定的井下工况研制开发此类轴承并结合仿真分析和试验结果对该轴承的结构进行有针对性的优化改进。基于旋转尾管悬挂器轴承所受重载的情况选取的轴承结构为满装圆锥滚子轴承，并采用过盈配合密封和密封圈密封相结合的方法对轴承进行密封。针对旋转尾管悬挂器轴承在工作中连接较长的尾管串，产生倾覆载荷和载荷分布不均的情况，在轴承的上下两端放置铜材质的调整圈，用于调整载荷分布不均和减少倾覆载荷的影响；轴承外部的垫圈可以使推力圆锥轴承保持整体性，并通过与轴承的配合密封起到密封的效果防止钻井液的进入。旋转尾管悬挂器轴承应用在深井、超深井的钻探工具中，对该轴承进行实地试验成本较高，为减少试验成本和缩短研发周期，对旋转尾管悬挂器轴承使用有限元法进行仿真分析。通过建立旋转尾管悬挂器轴承有限元模型，进行该轴承的静力学分析，分析了其在静载下的应力分布规律和最大应力值。此外，针对轴承在深井下的高温工况下工作，对该轴承进行耦合分析，得出轴承在井下高温重载下的应力分布情况，将该分布规律与常温下的应力分布规律进行对比，分析了旋转尾管悬挂器轴承的应力分布受温度影响的规律。对旋转尾管悬挂器轴承的研究和使用有限元分析方法对其实际使用情况进行分析，从而得到其在重载和复杂井下工况下的应力分布，对我国相关的先进钻井设备国产化有重要的实际意义。
【作者】王建冲；
【导师】李伟青；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），机械工程，2014，硕士
【关键词】旋转尾管悬挂器；轴承；有限元分析；

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