随钻地质导向工具结构设计与性能分析

现有的地质导向工具不能满足随钻测量要求,无法及时准确地取得地层响应信息,因此急需设计一种随钻地质导向工具.调研分析国内外已商业化应用的随钻地质导向工具,从井下随钻工具的工艺可行性与机械可靠性两个方面出发完成了工具的结构设计;针对工具的主要受力部件,考虑实际钻井过程中钻具在滑动、旋转及破岩钻进中的受力,采用有限元方法,分析计算了工具在钻压、扭矩及水眼压力载荷条件下的静力学结构强度,其等效应力的最大值为1.67 MPa、13.25 MPa、291.86 MPa,远小于材料的屈服强度极限(1000 MPa);考虑钻具串工作时引起的机械振动,采用模态分析方法,计算了工具的前6阶固有频率在1828.7～19668 Hz范围内,远大于激励频率0.83～5 Hz.结果表明所设计的工具满足实际钻井过程的机械性能要求,并提出了随钻地质导向工具的优化设计方案,为此类工具的后续研究提供了思路与依据.