提高牙轮钻头轴承径向密封性能的途径

针对常用密封轴承钻头环形径向密封的现状及失效原因，进一步指出牙轮钻头失效是密封先期失效所致，提出影响钻头密封性能及可靠性的主要因素是密封材料与密封圈两侧介质压力差相关的密封面之间接接触应力，以及密封系统的制造和装配精度，今后研究和有杉流体动压密封是个方向。     

牙轮钻头流体动压密封的结构构想和参数确定

流体动压密封是当今钻头轴承系统密封研究的一个重要方向。文中根据流体动压润滑理论，提出了一种新型的流体动压密封结构，然后再根据螺旋流动理论，以密封面之间的流量作为控制准则，初步确定了该型流体动压密封的结构参数。     

牙轮钻头用新型单金属浮动密封研究

通过建立新型单金属浮动密封有限元模型,对比分析了不同结构的支撑橡胶环和容槽对密封面接触压力大小和分布的影响,分析结果说明改进支撑橡胶环和容槽结构参数对提高密封性能作用显著;采用宽端外径大于窄端外径的静环,对增加动密封接触面积、降低接触压力、改善动密封面接触力分布作用明显。最后指出在静环密封面上开出参数适合的斜面能有效改善动密封面接触压力的分布状态,不但使接触压力分布更为均匀,而且能使最大接触压力出现在润滑脂一侧,有效地降低动密封面的磨损。     

高速牙轮钻头金属浮动密封的实验研究

介绍了金属浮动密封机理及特点,用实验方法给出了设计牙轮钻头金属浮动密封的轴向压缩量δ,模拟牙轮钻头工况对金属浮动密封的密封性能进行了实验研究。实验结果表明,金属浮动密封能够有效地适应牙轮钻头振动工况,并在高速条件下具有漏失量小、摩擦热少、磨损轻微、寿命长等优点,为研制高速牙轮钻头提供了有效的密封设计参数。     

小尺寸系列单牙轮钻头的研究与应用

根据国内、外小尺寸钻头的研究和使用状况 ,研制开发了 92 0 8～ 15 8 75mm (3 ～ 6 英寸 )的小尺寸下水眼式单牙轮钻头系列产品。介绍了该系列产品的技术特征及在油田的应用情况 ,并对该系列产品的使用特性及使用注意事项进行了总结。最后 ,对该系列产品的发展方向进行了探讨 ,提出了提高该系列产品对地层适应性的方法。     

高速牙轮钻头轴承双金属密封结构优选分析

通过对双金属密封结构进行失效分析,得出失效的主要原因是:密封结构内部支撑角度和倒角半径的大小设计不合理导致弹性元件上的应力过大和应力集中,加速了弹性元件磨损和老化。利用有限元分析软件Workbench分析了O形橡胶圈上最大Mises应力和最大剪切应力在不同支撑角度和倒角半径下的分布情况,并对支撑角度和倒角半径进行了优选。分析结果表明,双金属密封结构的支撑角度和倒角大小对O形橡胶圈的应力影响较大;当支撑角度为15°、倒角半径为0.3 mm时,O形橡胶圈最大Mises应力和最大剪切应力最小,应力集中问题得到解决。     

牙轮钻头动力学特性仿真研究

研究了钻井过程中钻柱、钻头、岩石相互作用下的牙轮钻头动力学特性.根据汉弥尔顿原理和有限单元法,建立了全井钻柱纵向、横向扭转耦合振动动力学模型.在大量单元实验的基础上,建立了牙轮钻头与岩石相互作用力学模型.从系统动力学的角度出发,建立了基于钻柱、岩石相互作用下的牙轮钻头动力学模型.研究了牙轮钻头非线性系统模型的数值求解方法,编制了钻头动力学特性仿真分析软件,在不同钻井操作参数、钻具(钻柱、钻头)几何参数、地层性质条件下,对牙轮钻头动力学特性进行了仿真.明确了钻井过程中井下钻柱及钻头的运动规律、动力学特性、失效机理,为科学合理地预测和控制井眼轨迹提供了理论依据和技术手段.     

高速牙轮钻头螺旋组合密封流固耦合仿真及试验

密封是决定牙轮钻头寿命的关键,由于被动密封磨损严重,限制了牙轮钻头转速及寿命的提高。通过分析具有主动排砂功能的螺旋组合密封结构的基本原理,并结合流固耦合基础理论,建立了相应的控制方程。通过有限元仿真和试验相结合的方法研究了螺旋组合密封的性能。在有限元仿真部分,建立了仿真模型,利用ANSYS仿真软件对螺旋组合密封进行了流固耦合仿真研究,通过螺旋密封的流场压力分析单螺旋密封的排砂作用,通过螺旋组合密封中O型圈的接触压力分析螺旋组合密封的密封能力。设计了未加压单螺旋密封圈排砂性能验证试验来验证单螺旋密封的排砂能力,设计了加压螺旋组合密封性能验证试验来研究螺旋组合密封性能,通过室内台架模拟真实钻井工况研究螺旋组合密封的实际应用情况。仿真结果与试验结果均表明,单螺旋密封圈的排砂作用可行,螺旋组合密封具有良好的密封能力。     

提高牙轮钻头寿命和可靠性的远景研究

阐述了乌法国立石油技术大学在提高牙轮钻头寿命和可靠性的远景研究成果。介绍了便于装配的牙轮钻头径向端面密封和径向减荷密封的结构设计。讨论了两种实用方法 ,以及能够增加偏斜角合格钻头的生产量。     

牙齿优化排列新型牙轮钻头的开发与应用

根据计算机钻井模拟结果开发出一种新型而独特的牙轮钻头 ,这种新型钻头上的牙齿是优化排列的 ,在与地层发生作用时 ,牙齿的加长齿顶的前面垂直于钻头轨迹。概述了确定牙齿轨迹的计算机模型和计算方法以及这种新型钻头的设计方法。牙齿优化排列可最大限度地提高机械钻速 ,降低硬质合金齿上的扭矩 ,减少牙齿修整和断齿。室内试验和现场测试表明 ,这种新型钻头比常规牙齿设计同类钻头的机械钻速高 2 0 %～ 2 5 %。     

剪切闸板胶心密封特性研究

剪切闸板是闸板防喷器的核心部件,其剪切后的密封可靠性对井控安全至关重要。以ISR型内锁紧剪切闸板和SBR型全封闭剪切闸板为研究对象,通过有限元方法对其进行密封性能分析,并对ISR型剪切闸板进行结构改进与优化。研究结果表明,在实际工况下,SBR型密封属于静密封,密封结构更好;而ISR型密封在密封过程中,其橡胶密封面受剪切作用,钻屑容易划伤橡胶面,导致密封失效。在无井压工况下,ISR型剪切闸板关井时井口压力低于橡胶接触应力,可实现有效密封;在有井压工况下,橡胶与闸板之间的接触应力增大,密封能力进一步提高,起到助封作用。随着橡胶压缩量增大,SBR型剪切闸板与橡胶之间接触应力呈线性增大。对ISR型剪切闸板进行结构改进与优化,即采用浮动式密封结构,这样不仅可以减轻密封橡胶的挤压剪切损伤,还能增强密封能力。当下闸板刃口倒角为15°时,下闸板移动过程中橡胶最大剪应力减小,橡胶更安全。     

温拌橡胶沥青胶结料高温性能研究

橡胶沥青混合料(HMA)的生产温度要高于普通混合料20~30℃,但引入温拌技术(WMA)后,会显著降低其生产温度,有利于保护环境和节约能源。本文采用五种不同来源的基质沥青按照橡胶粉掺量15%制备橡胶沥青,分别加入两种温拌添加剂Asphamin和Sasobit,并用旋转薄膜烘箱(RTRO)进行短期老化,采用DSR试验和布氏旋转黏度试验评价温拌橡胶沥青高温性能。结果显示:Sasobit温拌剂降低了橡胶沥青胶结料的黏度,而Aspha—min却增加了胶结料的黏度;温拌剂与橡胶沥青反应的时间延长会导致胶结料黏度发生变化,黏度增大或减小与基质沥青种类有关;Aspha—min和Sasobit的加入提高了胶结料的高温破坏温度,但两种温拌剂提高程度差异不大;温拌橡胶沥青胶结料的高温性能主要受基质沥青影响,与温拌剂种类关系不大;老化前与老化后的破坏温度存在线性关系,但相关系数较低。     

牙轮钻头轴承结构静强度分析与优化

牙轮钻头轴承在高压、高转速工况下很容易发生失效。为了改善牙轮钻头轴承结构受力,增加布齿空间和壳体厚度,建立了包含牙爪、牙轮和牙齿的三维模型,对极限工况下的牙轮钻头轴承进行有限元分析,获得了轴承结构Mises应力和接触压力分布情况。利用正交试验设计方法,改变轴承结构大轴颈长度和直径、小轴颈长度和直径,开展了轴承结构尺寸参数敏感性研究,通过参数化分析得到轴承结构最优尺寸组合,即大、小轴颈长度分别为19和6 mm,大、小轴颈直径分别为34和14 mm。研究结果对研究高性能牙轮钻头具有指导意义。     

单牙轮钻头牙齿齿形研究

目前,单牙轮钻头的牙齿使用的是三牙轮钻头的牙齿。由于单牙轮钻头的结构、运动规律和破岩方式与三牙轮钻头有很大区别,使得单牙轮钻头特有的作用及潜力受到限制。建立了单牙轮钻头的坐标系,推导出几何公式,并引入有向距离的概念对单牙轮钻头的牙齿进行研究。根据等磨损原理,提出适用于单牙轮钻头的结构特点和运动规律的牙齿齿形,并提出新的布齿方案,即,在牙轮工作面的永远接触区域内使用轴对称的牙齿;在轮换接触区域内使用椭圆形牙齿。     

高温丝扣防粘接密封脂的研制

用合成油,金属粉和含氮聚合物研制了一种高温丝扣防粘接密封脂,用于1000℃螺栓的润滑和密封。该脂可以有效地防止丝扣的粘接,具有良好的使用效果。     

������ͷ������ģ�͵Ľ��������

在建立牙轮钻头与井底岩石互作用模型的基础之上,建立了基于钻柱和岩石互作用下的牙轮钻头横向振动动力学模型。该模型将钻头在钻井过程中与井底岩石互作用产生的力或位移作为钻柱横向嗥牟下端边界条件,采用数值计算方法－龙格库塔法求解该动力学模型,并开发了基于钻头与岩石互作用下的钻头动力学仿真分析条件。为提高钻头、钻柱的使用寿命,改进钻头、钻柱的设计方法提供了新的理论依据和方法。     

������ͷ�뾮����ײ������ʵ���о�

在钻井作业中，钻头与岩石的作用产生的振动实际上是随机振动，是造成整个钻柱系统振动的根源，也使得钻头与井底间的实际钻压产生较大范围的波动。由于钻头的横向振动使钻头中心实际运动轨迹偏离井眼中心，当钻头横向振动的振幅较大时，钻头将与井壁发生碰撞，这是造成钻头损坏的重要原因之一。文章利用较为简单的室内试验初步确定了钻头与井壁发生碰撞时恢复系数及碰撞力的大小。实验结果表明，牙轮钻头与J2s^2砂岩碰撞的恢复系数约为0．1；碰撞力与碰撞速度呈近似的线性关系，碰撞发生的时间较短。实验结果对于完善钻柱动力学研究，以及改善钻头的设计均有着重要的意义。     

抗高温可膨胀水基堵漏剂的制备与性能评价

高温裂缝性地层由于裂缝结构复杂、堵漏材料难以与裂缝开度精准匹配,常面临着封堵层承压能力不足而导致的重复井漏问题。针对高温裂缝地层面临的井漏技术难题,开展了抗高温可膨胀堵漏剂的研制和评价。基于橡胶颗粒具有的弹性变形特征,结合改性聚氨酯的吸水膨胀特性,研制了一种新型抗高温可膨胀堵漏剂。评价结果表明,该堵漏剂在90～150℃热滚条件下,质量膨胀量可达8～10倍,且主要膨胀时间在4～8 h。具有良好的配伍性能,在地层水及钻井液中长时间浸泡不影响其膨胀效果;具有较好的抗盐性能,与堵漏基浆相比,在20%NaCl和10%CaCl₂污染条件下膨胀量降低率仅为8%和21.7%;具有较好的力学强度特性,(90～150℃)/12h热滚条件下,经过5 MPa抗压测试,D50粒度降级率小于20%。形成的封堵配方可封堵3 mm×2 mm裂缝,承压能力达6 MPa,可较好地满足高温裂缝性地层的堵漏需求。该抗高温堵漏剂同时兼顾的弹性膨胀和强度特性具有广阔的应用前景,为大港油田高温裂缝地层井漏问题的解决,提供了有效的技术方案。     

耐高温高盐钻井液润滑剂的研制与性能评价

针对深井超深井钻井过程中高扭矩和高摩阻等难题,利用硼酸、多元醇和长链脂肪酸等原料,合成出一种耐高温高盐钻井液润滑剂SOB,该润滑剂在高温高盐条件下具有良好的润滑性能。在5%基浆中加入1%润滑剂SOB后,润滑系数降低率为92.7%,泥饼的黏附系数降低至0.0405,极压润滑持效性强;210 ℃下润滑系数降低率保持在90.2%,210 ℃、35%NaCl条件下润滑系数降低率保持在81.3%。高温高盐条件下SOB在高密度钻井液中配伍性良好,200 ℃老化后对钻井液的流变性无影响,能够降低钻井液滤失量,润滑系数降低率为45.09%,相比常规润滑剂性能优越,这是由于润滑剂能够在钻具表面有效吸附,形成一层疏水性较强的膜,使钻具与井壁的直接接触变成了润滑膜之间的接触,从而降低摩擦。      

温拌橡胶沥青混合料压实温度及其性能研究

为了研究温拌剂对橡胶沥青混合料压实温度及性能的影响,减少因施工过程温度过高造成的老化,降低废气排放,选用Sasobit添加剂、TOR添加剂、自行研发的ZYF添加剂作为温拌剂,研究三种温拌橡胶沥青的黏温曲线以及混合料空隙率随压实温度的变化规律,提出了等黏温差的概念,并研究三种不同温拌剂橡胶沥青混合料的路用性能。结果表明:Sa-温拌橡胶沥青混合料的压实温度可以降低20~25℃,Tor-温拌橡胶沥青混合料的压实温度可以降低15~20℃,ZYF-温拌橡胶沥青混合料的压实温度可以降低25~30℃;三种温温拌剂的加入,提高了橡胶沥青混合料的高温抗车辙性能;TOR和ZYF温拌剂可以提高橡胶沥青混合料的低温性能;ZYF温拌剂显著提高了橡胶沥青混合料的水稳定性,而Sasobit和TOR温拌剂对其水稳性影响不大。