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基于COSMOSMotion井下打捞器打捞过程仿真试验研究

运用仿真技术对井下工具工作过程进行动态模拟，不仅可以观察工具在井下的整个工作

过程，而且还可以在虚拟环境下修改结构和进行性能分析，既缩短井下工具的开发周期，又

降低开发成本。为此，运用SolidWorks及其运动仿真插件COSMOSMotion，对ZDM型钻具倒

扣捞矛虚拟样机进行建模、装配和运动仿真，得出相应的运动曲线，分析了ZDM型钻具倒扣

捞矛虚拟样机的关键技术及其解决方案，为井下工具的研制提供了崭新的设计方法。

引言

依据不同油田的油井、不同的开发和开采工艺、以及油井的不同工作状态，需要在

井中下放不同的井下工具进行操作，因而井下工具的设计与试验一直是油田开发中的一个重

要技术间题。运用仿真技术对井下工具工作过程进行动态模拟，不仅可以观察工具在井下的

整个工作过程，而且还可以在虚拟环境下修改结构和进行性能分析，既缩短井下工具的开发

周期，又降低开发成本。尤其是三维仿真软件的应用与普及，使三维设计具有形象、直观、

精确、快速的特点，在产品开发的方案设计、结构分析、产品性能的评估、确定和优化物理

样机参数的过程中能够起到决定性作用。笔者借助SolidWorks软件无缝集成的机构运动仿

真软件COSM05Motion，对ZDM型钻具倒扣捞矛进行运动仿真实例分析，展示了现代动态设

计工具软件在石油机械设计中的应用方法，将井下工具设计、装配、样机运转、性能测试和

设计改进完全在虚拟环境中进行，为井下工具的研制提供了崭新的设计方法。

COSMOSMotion的特点

COSMOSMotion是SolidWorks的CAE应用插件，是广大用户实现数字化功能样机的

优秀工具，是一个全功能运动仿真软件。它可以建立复杂机构运动模型，得到系统中各零部

件的运动情况(包括位移、速度、加速度和作用力及反作用力等)，并以动画、图形和表格等

多种形式输出结果，还可将零部件在复杂运动情况下的复杂载荷情况直接输出到主流有限元

分析软件中，从而进行正确的强度和结构分析。它具有如下功能:

(1)支持多种约束，包括转动副、移动副、圆柱副、球面副、万向副、螺旋副、平面

副和固定约束。还支持共点、共线、共面、平动、平行轴、垂直等虚约束。可分别按位移、

速度或加速度添加各种运动，包括恒定值、步进、谐波、样条线和函数等运动。

(2)可以模拟系统各种受力情况，包括拉压弹簧和扭转弹簧、拉压阻尼和扭转阻尼、

作用力、作用力矩、反作用力、反作用力矩和碰撞力等。还具有独特而实用的接触(点线接

触、线线接触)和藕合定义功能。

(3)可以将结果输出为通用的AVI格式动画，也可以输出到Excel表格中，以表格或

图形的形式显示数据，还可以输出为Text文件。另外还有功能强大、内容丰富的各种XY

图形输出。

ZDM型钻具倒扣捞矛的结构和工作原理

ZDM型钻具倒扣捞矛由矛体、胀心轴和胀扣套组成(见图1)。矛体上部为反(正)扣钻

杆接头螺纹，矛体与胀心轴由螺纹联接，胀扣套装配在胀心轴的外锥体上，胀心轴下部有引

授课：XXX

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导锥，便于胀套与落鱼接头螺纹对扣，另外服扣套在上提拉力作用下，可牢牢地抓住落鱼。

若上部钻具为