中空转子螺杆钻具转速软特性的改善

介绍了用稳流阀来稳定中空转子螺杆钻具中孔分流量，从而达到改善中空转子螺杆钻具转速软特性的方法；在分析稳流阀稳流特性的基础上，结合马达压降与钻压的关系导出了马达转速与钻压的关系。带稳流阀的中空转子螺杆钻具与普通中空转子螺杆钻具的转速－钻压特性对比，说明带稳流阀的中空转子螺杆钻具具有较硬的转速特性，改善了普通中空转子螺杆钻具在大负载下严重失速的特性；采用带稳流阀的中空转子螺杆钻具要比普通中空转子螺杆钻具有更高的效率，大负载下机械钻速可提高４０％。     

两种特殊的水平井动力钻具

文中简要介绍了两种特殊的水平井动力钻具,即BWSLZ165型地面可调弯外壳螺杆钻具和带有稳流阀的中空转子螺杆钻具。研制前者的目的,是增大工具的造斜率复盖范围,以提高工具的控制能力,同时减少工具储备量。研制后者的目的,在于改善现有中空转子螺杆钻具的软特性和低效率。     

中空转子螺杆钻具外特性存在问题的讨论

讨论了中空转子螺杆钻具转速软特性和中空分流功率损失的外特性问题，指出速度刚度与过载失速是评价中空转子螺杆钻具转速软特性的两个重要参数，同时分析了造成中空转子螺杆钻具转速特性变软的原因。通过计算某型中空转子螺杆钻具的额定失速、过载失速和额定功率损失，从量上分析了中空转子螺杆钻具转速特性软的程度及螺杆钻具高启动压降所带来的不利影响，进而说明中空转子螺杆钻具的转速特性有待于改进。     

中空转子螺杆钻具工作特性分析

介绍了中空转子螺杆钻具的结构、原理，导出了转矩、转速、功率、效率与马达两端压降的关系式，分析了其工作特性。为了改善该类螺杆钻具转速软特性，对中空转子分流嘴结构提出了改进建议。     

螺杆钻具整机性能试验研究

螺杆钻具整机试验台测试排量、压力、转速、扭矩参数,通过对螺杆钻具试验性能参数研究可以很好的掌握螺杆钻具的软特性.通过性能试验可以测定启动压力、每级压力;得到制动扭矩与排量关系;确定中空分流水眼尺寸与特性关系.完善试验大纲和检测标准,对判定螺杆钻具的性能非常重要.     

中空转子螺杆钻具外特性分析

对中空转子螺杆钻具外特性的理论分析表明，随马达压降的增加，马达理论转速和理论效率下降，理论扭矩增大；而马达的理论输出功率先随压降增加而增大，压降达到某一临界值时，理论输出功率达到最大，随后逐渐减小，直至马达停转。中空转子螺杆钻具马达的最大输出扭矩与泵排量密切相关，还受泄漏量的影响，即泄漏量增大最大输出扭矩就减小。中空转子螺杆钻具的临界排量随马达压降的增加而增大，是衡量其性能的一个重要指标。     

螺杆钻具特性分析

螺杆钻具采用容积式单螺杆液马达作为动力机。无工作液漏失、无摩擦的理想马达是不存在的。马达工作液的漏失使得螺杆钻具总效率降低，并导致其实际工作特性偏离理论工作特性。在相同负载下，马达副的配合间隙对螺杆钻具的流量—转速特性影响很大，配合过盈量在０～０．３０ｍｍ范围内，螺杆钻具的功率及总效率较高；对漏失量超过２Ｌ／ｍｉｎ的液马达，建议不要继续使用。负载（转子输出扭矩）是影响流量—转速特性的另一重要因素，试验表明，螺杆钻具在最佳工况时的扭矩是制动扭矩的５０％～７０％。按螺杆钻具在不同流量下的扭矩—转速特性，为适应牙轮钻头钻井工况的要求，设计马达时应尽量降低转速，提高输出扭矩。     

螺杆钻具逆向检测方法的研究

为了确保螺杆钻具的效率和使用寿命 ,研究了采用液马达驱动的螺杆钻具逆向检测试验法。此法只是类比试验 ,因此报表中的压力、转速、扭矩、功率和效率或特性曲线并不准确反映钻具的特性 ,但经过一定的经验积累 ,用户根据这些参数 ,可以方便而准确地判断出螺杆钻具性能的好坏 ,甚至可以判断低性能钻具的问题所在。鉴于螺杆钻具在出厂前的检测试验目的并不在于得到钻具准确的性能指标 ,而是评价钻具是否合格 ,故此法完全满足检测要求 ,所得结果可以用于产品检验 ,生成的报表直观、实用、易被现场人员接受     

螺杆钻具等壁厚衬套的设计及仿真分析

螺杆钻具以其独特的优势在定向钻井生产中得到青睐,但仍不能广泛应用于深井、高密度钻井液井以及小曲率半径的水平井。常规衬套的内表面是螺旋曲面,橡胶衬套厚薄不均,衬套抗变形能力低,单级承压小,泄漏沿程长,机械特性软,热膨胀不均、磨损速度快,故导致效率持续降低。因此,长度短、大功率、高压降、低转速螺杆钻具的开发与应用,已成为提高钻井效率、节约钻井成本的重要环节。为此,设计了一种等壁厚螺杆钻具衬套,进行了螺杆钻具橡胶衬套力学性能实验,建立了螺杆钻具等壁厚衬套和常规衬套的力学计算模型。结果表明,在相同压力下,等壁厚衬套比常规衬套有更好的抗形变能力;在相同的过盈量下,等壁厚衬套有更好的密封能力。在同等扭矩下,等壁厚定子螺杆钻具的定子长度可以得到缩短。     

螺杆钻具输出特性分析

分析影响螺杆钻具压降和输出特性的主要因素及造成螺杆钻具实际输出扭矩和转速低于理论值的原因。从螺杆钻具的结构参数入手，考虑钻井液性能和钻压等外部因素的影响，建立螺杆钻具容积效率和机械效率的计算模型，从而求出在施加不同钻压情况下螺杆钻具的输出特性。从螺杆钻具工作效率、输出扭矩和输出转速与钻压的关系图，可以得出螺杆钻具输出特性的变化规律：在一定排量下，随钻压的增大，螺杆钻具的实际输出扭矩增大，实际输出转速降低。这主要是由漏失引起的。该研究成果为现场螺杆钻具选型提供了理论依据。     

叶轮式井底盘阀脉冲射流钻井工具性能分析与优化

为进一步提高钻井效率,基于井底不对称流场在清岩与辅助破岩等方面所具有的良好效果,设计了一种以小型水动力叶轮为驱动力来源的叶轮式井底盘阀脉冲射流钻井工具,并通过数值模拟及试验对水动力叶轮与该射流工具进行了优化设计。利用计算流体力学软件Pumplinx对叶轮区域进行了全工况数值模拟,通过分析内部流场的压力、速度以及湍动能的分布特性,总结了叶轮转速与阻力扭矩及轴向力之间的响应关系;通过在该射流工具进口段布置导流块、对叶片轮毂端进行光顺处理以及选取合适的叶片包角等优化措施,让叶轮进口流场得到改善的同时,提高了叶轮的水动力特性并消除了部分轴向力。模拟结果显示,初始叶轮在75 r/min转速下可克服的自然负载阻力扭矩从1.07 N·m提高到3.93 N·m。研究结果表明,所述优化方案能大幅提高叶轮式井底盘阀脉冲射流工具的脉冲性能,优化效果十分显著。      

RA—2/130型旋转喷射泵的研制

RA—2/130型旋转喷射泵是基于全新理论研制的一种新型泵,其结构特点是:只有1个旋转体转子和1个固定的接收管,接收管安装在旋转体的内中央,介质经旋转体转子吸入,接收管排出,用于输送含少量固体颗粒(如碳黑等)的介质时,可长期可靠地工作,寿命长,无须维修。与离心泵相比较,1个旋转体可相当于常速离心泵的数个叶轮;与高速离心泵相比较,不需要增速齿轮、高速轴承和高速密封,适用于石油、化工等行业的小流量、高扬程介质的管道输送。6台流量Q=2m3/h,扬程H=170m,转速n=2950r/min的RA—2/130型旋喷泵,自2003年3月投入使用,截至2005年7月,已累计运行20000h,运行平稳、可靠,各项性能指标均达到设计要求。     

新型转子式油气混输泵出口球阀运动规律分析

参考往复泵球阀相关理论,考虑液体的压缩性及连续流动条件、魏氏效应、阀球的动力特性,建立了新型转子式油气混输泵出口球阀在纯液工况下的运动微分方程组。在阀球材质分别为聚甲醛、陶瓷、钢的条件下,采用龙格-库塔方法建立泵阀运动规律仿真模型,利用Matlab软件进行仿真计算,得到阀球升程、速度与时间的关系曲线。     

可钻式涡轮定转子叶片高度优选

可钻式涡轮是新型套管下入工具旋转引鞋的动力来源。为提高可钻式涡轮水力性能,并控制工具串长度,基于NUMECA软件对不同高度的定子和转子叶片进行了高度优选。研究结果表明:随着定子高度增大,可钻式涡轮的转矩、压降、轴向力呈增大趋势,定子对流体加速效果先增大后减小; 定子高度12 mm为最佳值。随着转子高度增大,可钻式涡轮的转矩增加,且增幅随着转速增加而减小; 压降和轴向力逐渐增加,且增幅随着转速增加而增大; 转子高度为14 mm时,涡轮的水力性能最佳,流场分布更加合理。所得结果对新型套管下入工具研制具有参考价值。     

转子系统稳态和瞬态不平衡响应的有限元分析

转子系统在启动的过程中通过共振区时常常会产生很大的振动。利用有限元法对多自由度转子一轴承系统的临界转速,以及稳态和瞬态不平衡响应进行了分析,研究了该转子一轴承系统的瞬态振动特性,讨论了转子转速和启动加速度等参数对转子系统振动的影响。计算结果为降低旋转机械系统启动过程的振动问题提供了一定的理论参考。     

空气钻井工作特性分析与工艺参数的选择研究

空气钻井是一种特殊的欠平衡钻井技术，采用具有极大压缩性的空气作为循环介质，具有钻速高、成本低、环保性好等优势，应用越来越广泛。空气钻井循环系统的压力分布、钻井装备的选择、钻井参数的合理配置与传统钻井方式相比有很大区别。在国内外现有空气钻井理论研究的基础上，通过建立压力分布模型，推导计算公式，编程计算，得到了空气钻井中压力分布规律、压缩气体流速场分布特点、空气螺杆马达转速受压力温度影响的变化趋势以及流体温度模型的改变对循环系统中压力分布的影响等结果。在空气钻井的工艺参数研究中，主要进行了最小气量和合理钻速的选择计算，结果是：环空中过流截面增大会造成最小气量取值变大，过流截面由小变大处是携屑最困难的位置；给出了排气量为1．2m^3／s时，通用算例的合理钻速取值。图6表1参8