井眼轨迹控制工具滚针轴承的偏载失效分析.pdf

石 油 机 械 一 10 一 CHINAPETROLEUMMACHINERY 2015年 第43卷 第4期 ．．钻井技术与装备 井眼轨迹控制工具滚针轴承的偏载失效分析 冯 定 ， 罗 权 ， 张 红 夏成宇 魏世忠 (1．长江大学非常规油气湖北省协同创新中心 2．长江大学机械工程学院) 摘要：国内有关高造斜率井眼轨迹控制工具上、下两端轴承的研究主要是对主轴进行偏置试 验 ，忽略了一些实际情况。为此，通过井下工具动态测试台架模拟 了井下工况，针对滚针轴承的 破坏失效进行了整体理论和有限元分析。依据井眼轨迹控制工具的原理，建立 了旋转心轴的力学 和数学模型，同时依据所得的主轴和滚针轴承数据，用 Solidworks建立 了它们的全尺寸仿真模型。 分析结果表明，主轴在滚针轴承处的偏斜角度为0．0725。，滚针轴承要阻止轴的弯曲变形，在运 行中主轴会给滚子施加一个 向左的力；在试验 中滚子的倾斜角度达到了0．0293。，这使滚针轴承 的使用疲劳寿命急剧缩短。建议对井眼轨迹控制工具的结构进行改进，采用滚针和角接触球组合 轴承，使得它能同时承受径 向和轴 向载荷 ，延长轴承的使用寿命。 关键词：高造斜率；井眼轨迹控制；滚针轴承；偏置机构；旋转主轴 中图分类号：TE921 文献标识码 ：A doi：10．16082／j．cnki．issn．1001—4578．2015．04．003 OffsetFailureofNeedleBearinginBoreholeTrajectory—controlDevices FengDing· LuoQuan· ZhangHong。 XiaChengyu。 WeiShizhong (1．HubeiCooperativeInnovationCenterofUnconventionalOilandGas，YangtzeUniversity；2．SchoolofMechanicalEngineering， Yangtze 咖e ) Abstract：Domesticresearchesrelatedtobearingsontopandbottom endsofborehotetrajectorycontrolde— vicesinhighlydeviatedwellsaremostlyconcentratedonoffsettestsofprincipalshaftwithcertainactualconditions neglected．Inthisregard，testingdevicesfordynamicperformancesofdownholetoolshavebeendeployedtosimu— latein．situconditions．Inaddition，overalltheoreticalandfinite—elementanalyseshavebeenperformedofrdamages andfailuresofneedlebearing．W ith consideration toworkingprinciplesofborehole traeetory controltools，me— chanicalandmathematicmodelsofrtherotatingshaftshavebeen constructed．Moreover，byusingdatarelatedto theprincipalshaftand needlebearing，SolidW orksisdeployedtoconstructfull-sizedsimulationmodelsofrthese elements．Relevantresultsshow thattheprincipalshaftmaydeviateat0．0725。aroundtheneedlebearing，where— astheneedlebearingmayrestrictcurvatureanddeformationoftheshaft．Consequently，theprincipalshaftmayin— fleetal