页岩气旋转式井壁取心器转向机构设计与优化

转向机构作为页岩气旋转式井壁取心器的连接转向装置,其性能决定了取心器的过弯通过能力。鉴于此,设计了一种新型转向机构。该机构中心由一个胡克铰链连接,四周设置4组由移动副和弹簧连接的球面副;利用拆杆法建立了转向机构各零件的静力学平衡方程,确定了转向机构的工作空间,建立了取心器过弯能力与水平井曲率半径的函数关系;以通过能力最大为优化目标,对取心器进行了尺寸优化设计。分析结果表明:在相同条件的水平井径下,曲率半径与取心器能够通过的长度呈正相关关系;在相同曲率半径下,井径与取心器可通过的长度也呈正相关关系;当曲率半径为20 m、井径为150 mm时,优化后取心器的有效通过长度从3.102 m增加到10.358 m。采用新型转向机构可有效增强取心器的过弯能力,增加取心器的有效长度。