涡轮钻具发展趋势

涡轮钻具因其耐高温、高转速的特性,使其在高温和硬岩土壤地层的钻井工程中起到了关键的作用,已成为目前高温高压油气井钻井领域中的研究重点之一。文章首先从涡轮钻具的发展历程入手,对涡轮钻具的分类做出了系统地概括,重点阐述了涡轮钻具的基本特性,并通过深入研究涡轮钻具的发展趋势和应用前景,进一步表明了该技术是提升钻井效率的最有效途径之一。文章最后还分析总结了涡轮钻具研究进程中所面临的若干问题,并根据当前我国相关领域的实际需求,为未来我国涡轮钻具的重点研究方向给出了建议。     

涡轮钻具性能的系统分析

在考虑到涡轮钻进是一个复杂动态钻井过程的条件下，根据已有的钻井水力学、ＰＤＣ钻头钻速和磨损方程，结合涡轮钻具的特性规律，建立了“涡轮钻具＋ＰＤＣ钻头”的钻进过程数学模型。以进尺成本为目标函数，推导得到了将钻头水力参数优选与钻压、转速优选结合在一起进行的、涡轮钻具最优化问题目标函数的表达式及相应的约束条件；并通过编制的软件，实现了涡轮钻井参数的优选。通过对１８种涡轮，在４个不同地层优选结果的比较和分     

54 mm涡轮钻具三维叶片造型设计与研究

针对涡轮转子不同半径圆柱层液体圆周速度不同,导致的液体与转子叶片产生冲击产生的水力损失问题,利用多截面造型方法建立了一种三维叶片涡轮。基于实际工况中从第二级涡轮开始,定子入口的流速是上一级涡轮转子出口流速,速度方向并不垂直于定子入口面这一情况,对现有的涡轮流道模型进行修正,建立了多级流道模型。通过数值模拟方法,对多级涡轮流道模型进行流场分析,得到中间一级涡轮的相关性能参数的特性曲线。研究结果表明：三维叶片涡轮压降更低,单幅涡轮压降减少约为12%;在最佳工况点处,三维叶片涡轮效率达到了60.25%,比直叶片涡轮高出约10%。考虑径向间隙对涡轮性能的影响,建立了相对应的流道模型,验证了方案的可行性。研究结果对涡轮叶片的设计和多级涡轮流场分析具有一定的指导意义。     

新型涡轮钻具的组合设计

改善常规复式涡轮钻具性能取决于抓好先进的涡轮叶栅水力设计和采用独立滚动球轴承支承节环节。带同步减速器涡轮钻具可克服常规涡轮钻具和螺杆钻具的固有缺点，是提高我国深井钻井技术的关键装备。文中就减速器的形式对减速涡轮钻具进行分类讨论，最后还比较了４种井下动力钻具的优、缺点。     

涡轮钻井技术与新型涡轮钻具的产业化

根据油田提高深部地层钻井速度的需要,从试验研究出发,详细介绍了我国新型涡轮钻具现场试验成果。新型涡轮钻具与国外同类产品相比,在性能基本相同的情况下,具有降压小、寿命长、无橡胶元件,便于深井和复杂地质条件下作业等优点。结合现场应用,提出新型涡轮钻具有产业化开发的内容与目标,分析了产业化带来的经济效益和社会效益。     

172组合减速涡轮钻具的研究与应用

针对普通涡轮钻具转速高、扭矩小、压降高、型号单一,与牙轮钻头和PDC钻头不相适应,采用积木式涡轮节和2K-H-NGW型多列行星轮系减速传动方案设计了新型172mm组合减速涡轮钻具。室内实验表明,新型172组合减速涡轮钻具转速适中、扭矩大、压降低,能与高速牙轮钻头和PDC钻头匹配;现场应用表明,新型涡轮钻具能满足高速牙轮钻头和PDC钻头需要,寿命长,采用减速涡轮复合钻井方式可以较大幅度提高钻速;建议加大组合式减速涡轮钻具研究投入力度,并将新型涡轮钻具应用于深井超深井钻井。     

应用CFD软件模拟Φ115 mm涡轮钻具机械特性

应用CFD软件对涡轮钻具组的内流场进行了分析研究，重点讨论了模拟压降和扭矩。考虑容积损失和摩擦损失的影响，采用三元流动设计理论，用粘性流体代替理想流体，用湍流代替层流，研究跨叶片的流场及其流体与叶片的相互作用，计算压降的理论预测值与实测值非常接近，修正后的模拟扭矩基本等于对应转速下的实测值，模拟总效率曲线也与实测曲线基本吻合。通过模拟，获得了较详细的内流场数据，揭示了内流场与外特性之间的关系，进一步说明CFD的有效性，对改进涡轮机械性能指明了途径。     

基于CFD分析的涡轮钻具力学性能预测

以φ115mm涡轮钻具涡轮为研究对象，采用实体建模、CFD前置处理器等工具生成涡轮定、转子的单周期跨叶片流道计算模型，应用CFD(计算流体动力学)商用软件研究分析了其在不同转速下的内流场。重点分析了转子叶片表面压力场的分布情况，并将模拟结果与10级涡轮台架的实验数据进行了对比，证明CFD模拟分析的有效性，为预测分析涡轮钻具力学性能、改进叶型设计、提高叶型的水力性能具有重要的指导意义。     

调控参数对涡轮钻具叶片性能的影响

涡轮叶片的参数调控优化设计能够较好地改善涡轮钻具的转矩、效率等水力参数。为此,基于贝塞尔曲线理论和流体动力学理论,通过理论分析、仿真模拟及试验对比等方法全面研究了涡轮叶片参数的设计对涡轮性能的影响。分析结果表明:提出的数值模拟方法可以系统地实现涡轮叶片从造型设计、性能预测到参数优化的全面分析;在低转速时,安装角对输出功率与效率的影响不明显,超过最优转速后其对效率和功率的影响显著,并且涡轮扭矩、压降、输出功率及效率随安装角的增大呈降低趋势;随着后锥角的增大,扭矩、压降及输出功率都呈增大趋势,因此涡轮要在最高效率下获得较大输出功率,可适当增大后锥角。所得结论可为高性能涡轮叶片型线的设计提供参考。     

带同步减速器涡轮钻具特性预测数学模型及其计算机模拟

提出了以基涡为基础，利用其相似原理和同步减速器的工作原理，建立整个钻个外特性预测数学模型的方法，根据此法建模型，开发了模拟程序包，通过模拟计算，能极大地提高几评估效率及其准确性。此模型也是带同步减速器涡轮钻具系统性能仿真研究的基础模型之一。     

新型阶梯式浅吃水单立柱浮式风机平台水动力分析

常规的单立柱式(Spar)风力发电机平台,在水深较浅区域工作时,结构本身受吃水限制,工作效果较差。常规Spar重心较低,具有良好的稳定性,但是由于它往往具有超过100 m的吃水,因此使其不能应用于中近海域(水深小于100 m)。可设计研究一种适用于中国东海不超过100 m水深的中近海域新型浮式风机平台以解决此问题。针对NREL 5MW风机能应用于100 m水深的情况,对50 m吃水的新型Spar(SJTU-S4)及其系泊系统进行了概念设计研究。利用商业软件建立水动力模型,进行数值仿真,同时设计缩比模型试验,在上海交通大学海洋工程国家重点实验室(SKLOE)进行水动力性能测试。结果表明,本文研究的新阶梯式浅吃水单立柱浮式风机平台在100 m水深、多种海洋波浪环境下,通过试验和仿真验证,能够具有良好的运动响应,为风机提供较好的工作条件。     

3种典型半潜式浮式风机基础水动力性能比较

以现阶段3种典型半潜式浮式风机基础(OC4、Windfloat、Ideol)为研究对象,根据3种浮式风机基础的主要特征,采用AQWA软件建立水动力模型.基于三维势流理论,比较这3种浮式风机基础的水动力性能,在南海不同风、浪、流联合作用下的时域运动响应以及在不同水深下的适应性.得出结论:3种基础的纵荡性能相近;OC4基础...     

180涡轮钻具用同步减速器研制

叙述了 180涡轮钻具用减速器的传动比 ,齿轮传动 ,端面机械密封和偏心短圆柱轴承的设计计算过程和有关处理办法。室内台架试验表明 ,此减速器运转灵活 ,机械密封可靠 ,传动效率高。该减速器研制成功为整个涡轮钻具研制打下了坚实的基础     

井下水动力轴流涡轮设计与试验研究

通过井下水动力涡轮的设计和试验,发现流道中线决定涡轮设计工况的液流平均流动,而不是沿叶片骨线进口结构角方向。指出传统平面叶栅轴流涡轮设计方法存在的局限性,并提出了最高效率点的平均液流进口方向沿流道中线进口结构角方向的观点,从而较好地解释了理论设计的机械性能与实际机械性能存在差异的原因。根据该观点,建议在涡轮叶栅叶型造型设计时,应检查流道中线在前、后缘额线处的切线,保证与设计液流方向基本相同,以提高涡轮设计的正确性和质量。对其他同类型的涡轮机械设计具有参考价值。     

石油钻杆的生产现状与发展趋势

介绍了石油钻杆的发展和目前国内外石油钻杆的生产现状,分析了钻杆生产工艺及生产中存在的焊接飞边的去除、抗硫钻杆的应用以及强度与韧性的关系等问题。同时,针对钻杆在深井、超深井、大位移井和水平井的不断应用,展望了钻杆生产的发展趋势,即钻杆的制造向智能钻杆、铝合金钻杆、抗腐蚀钻杆、高强度钻杆、复合材料钻杆、内平外加厚钻杆以及双台肩钻杆等多元化发展。     

钻井双壁钻具研制与应用

为解决在充气钻井液欠平衡压力钻井时，使用常规井下动力钻具和随钻测量仪器进行井眼轨迹控制中遇到的技术难题，研制了双壁钻具。详细介绍了合理解决双壁钻具高压钻井液流道直径、气道直径和钻具强度等问题的方法，根据具体情况制定了特定的扣型，确定了双壁钻具的具体参数。现场试验表明，使用充气钻井液进行欠平衡钻井时，应用双壁钻具可使井下动力钻具和随钻仪器的性能不受影响，能进行正常的井眼轨迹控制。     

涡轮钻具用偏心短圆柱轴承的结构设计探讨

介绍了偏心短圆柱轴承的结构．给出了确定偏心短圆柱轴承间隙、轴承偏心距及轴承寿命估算的方法。运用该方法,设计和制造了一种双列偏心短圆柱轴承。台架试验表明．该双列偏心短圆柱轴承运转灵活正常．达到了设计基本性能要求。     

智能钻柱设计方案及其应用

用旋转导向钻井工具在复杂地质条件下钻复杂结构井、特殊工艺井以及建设智能油井是21世纪的重要课题和发展方向之一。分析了钻井液脉冲无线随钻传输以及电磁波传输所存在的问题,指出采用导线传输方式既能由地面向井下输送足够的电力以电控井下仪表传感器和专用硬件,同时又能建立10^～10^6b／s的超高速率传输多类参数的有线实时双向闭环钻井信息“高速公路”。提出了智能钻柱的设计思路及方案,并分析了智能钻柱的功能、优点。     

井下泥浆涡轮设计及性能分析

根据已知参数进行了井下泥浆涡轮的设计，并采用FLUENT6．0对设计的涡轮进行数值模拟，对涡轮的内流场进行分析，获得涡轮的输出功率与转速、压降与转速之间的关系曲线，确保所设计的涡轮能够满足性能要求。     

复杂构型水下机器人水动力导数及运动性能预报

基于黏流理论的数值计算软件FINE/Marine求解机器人本体以不同时间周期进行纯升沉、纯横荡、纯转艏和纯纵荡运动,得出带缆遥控水下机器人（Remote Operated Vehicle,ROV）受到的垂向力、横向力（矩）、转艏力（矩）和纵向力。基于MATLAB软件平台,利用系统辨识方法确定4个自由度线性水动力导数,将其代入运动数学模型,完成复杂构型水下机器人的回转运动预报。