抽油机用永磁磁力耦合器试验研究

针对抽油机用永磁磁力耦合器开展了有限元仿真和试验分析,建立了三维有限元仿真模型,进行了永磁磁力耦合器的传动性能仿真研究,获得了传递转矩与间隙、转速差之间的关系;建立了永磁磁力耦合器试验平台,对永磁磁力耦合器实物样机进行试验研究,验证了有限元仿真的可行性,同时验证了永磁磁力耦合器在抽油机上使用的可行性。     

井下涡轮发电机系统特性分析与实验

为了详细了解无线随钻测量仪器中磁耦合器传递扭矩式井下涡轮发电机系统的工作特性,首先分析了其结构及工作原理,基于MATLAB的Simulink仿真环境,给出了井下涡轮发电机系统各组成部分的数学方程,建立了井下涡轮发电机系统的仿真模型。仿真了井下涡轮发电机系统空载和负载2种工作状态下的发电机转速、磁耦合器输出扭矩等各输出量的典型动态响应波形,分析了引起磁耦合器滑脱(失步)的2种情况(钻井液排量超过上限值或者发电机电磁扭矩与阻尼扭矩之和超过给定值)及其预防措施。空载时发电机整流输出电压随钻井液排量变化的实验数据与仿真结果基本吻合,验证了井下涡轮发电机系统仿真模型的正确性。井下涡轮发电机仿真模型为进一步分析磁耦合器传递扭矩式井下涡轮发电机系统的性能提供了很好的平台。      

脉冲射流动力机构的结构设计和数值模拟

现有文献针对脉冲射流动力机构脉冲特性控制的研究尚存不足,为此,以典型的叶片驱动盘阀式脉冲射流发生机构为研究对象,采用数值计算方法,从排量、叶轮内径、叶片个数、叶片型线安放角和阻力扭矩5个方面对动力机构的速度场、压力场、转速及压耗进行分析,揭示动力机构结构参数对最终脉冲特性的影响规律。模拟结果显示:内径与安放角对转速影响较为明显,转速随内径的增大先减小后增大,内径为56 mm、排量为15 L/s时转速最低达到546 r/min;在分析范围内,叶轮转速随叶片个数的增加而增大,叶片个数由3增加至6时,转速在600~1200 r/min间变化,不同排量下平均增幅仅为59 r/min;叶轮转速随安放角的增大而减小,不同排量下平均减幅为673 r/min。研究结果可为同类工具的脉冲压力和频率等特性控制提供理论指导。     

自动垂直钻井工具用涡轮发电机磁力驱动器设计

自动垂直钻井工具测试与控制功能的耗能由井下涡轮发电机提供。为了解决井下涡轮发电机适应泥浆工作环境的问题,将动密封补偿式保护技术和磁力驱动技术结合,取得了增加动密封可靠性、提高高速轴承使用寿命、改善发电机效率、避免发电机线圈和磁钢体直接被泥浆冲蚀的良好效果。该涡轮发电机的设计不仅包括发电机本身性能参数、结构参数设计,还包括磁力驱动器和动密封补偿式保护组件中的补偿弹簧等相关参数设计。给出了井下涡轮发电机磁力驱动器的设计方法,同时也对动密封补偿式保护器的弹簧设计进行了讨论。     

磁力驱动密封装置在钻井液动态试验中的应用

简要地介绍磁力驱动密封装置的结构、工作原理、传动力矩计算及高压金属隔套选材要求。采用隔离平衡的方法,解决了在满罐导磁试验介质的条件下,磁力驱动密封装置的应用问题。试验证明,磁力驱动钻井液动态试验仪性能良好。     

磁力随钻测斜仪轴向磁干扰校正方法

针对磁力随钻测斜仪在受到轴向磁干扰时会出现方位角测量结果不准确的问题,在介绍磁力随钻测斜仪测量原理的基础上,研究了Russell法和短钻铤测量修正法2种间接磁干扰校正方法的原理及迭代计算过程,提出了矢量和法和钻具截面法2种直接磁干扰校正方法,并对这4种方法进行了数据仿真分析。数据仿真结果表明,直接校正方法计算简单,但具有一定的局限性;间接校正方法计算复杂,但具有较好的准确性。在其他井眼参数不变的条件下,方位角偏差随干扰磁场增强而增大;在轴向干扰磁场固定的情况下,方位角偏差随井斜角增大而增大,井斜角相同时,0°~360°范围内方位角偏差先增大后减小,呈现对称性;井眼轨迹接近水平东西方向时,轴向磁干扰的校正效果最差。4种校正方法均可以降低轴向磁干扰对方位角测量精度的影响,减少无磁钻铤的使用长度,具有较好的现场实用性。      

抽油机用永磁同步电动机的理论与试验研究

节能高效的永磁同步电动机在石油开采领域的应用日益增长。结合永磁同步电动机理论和磁场有限元计算理论对某型永磁同步电动机进行分析,并对该型电动机在大庆油田进行测试。仿真结果和试验结果表明,在额定转速200r/min的条件下,永磁同步电动机转矩和效率等参数的计算值与试验值基本一致,其中额定转矩值的计算误差只有3.84%,表明所采用分析方法的正确性。为实现该型永磁同步电动机的控制等提供了理论依据。     

旋转阀泥浆脉冲器转子水力特性研究

利用流体仿真法对所建立的泥浆脉冲发生器进行三维流场仿真,分析了定子、转子间隙及钻井参数等因素对泥浆脉冲器性能的影响;总结了这些因素对转子水力转矩和脉冲强度的影响。     

往复式泥浆脉冲发生器转子水力转矩

往复式泥浆脉冲发生器是随钻测量（MWD）、随钻测井（LWD）系统的重要组成部分,其转子的水力特性研究对于节约钻井系统能源消耗、提高信号质量、丰富调制方式具有重要意义。由于转子附近机构复杂,湍流现象明显,给研究带来较大困难。利用稳态水力转矩、瞬态水力转矩的相关理论,对发生器中转子水力转矩进行理论分析,利用CFD数值仿真和水力转矩原理实验结果进行验证。研究结果表明,转子在往复式运动中水力转矩基本沿同一方向分布,在10 Hz摆动频率下水力转矩与转子转角密切相关,而与转子角速度及角加速度关系较小,最大水力转矩出现在接近闭合位置。通过加装机械辅助装置,脉冲发生器对电机功率和转矩的需求得到了大幅度的降低。     

磁库仑定律法优化液动岩屑清洁工具扭矩研究

磁扭矩是液动岩屑清洁工具主要工作特性参数之一,是工具输出功率的主要决定因素。通过磁库仑定律建立了磁扭矩计算数学模型,优化设计液动岩屑清洁工具磁传动机构参数。将理论模型数值计算结果分别与2D有限元模拟结果及实验结果进行对比,验证理论模型的准确性与合理性。结果表明：理论模型结果与有限元模拟及实验结果误差较小,证明了理论模型的准确性;优化了液动岩屑清洁工具的磁力传递结构,磁偶数量为10~14对时,磁扭矩传递效率较高,永磁铁端面有效横截面积控制在80%左右,单位体积永磁铁产生的磁扭矩最高,符合工程要求。该研究结果为液动岩屑清洁工具磁传动结构的设计奠定了理论基础。     

液力—磁耦合传动岩屑清洁装置的磁扭矩数值优化

钻井过程中水平井段岩屑携带困难、易形成岩屑床,因而研发了一种新型液力—磁耦合传动岩屑清洁工具,但对其磁扭矩传动影响机制、最佳磁路结构及磁铁配置等尚不清楚。为此,应用有限元数值模拟方法分析了磁路结构和永磁铁几何尺寸对磁扭矩的影响规律,数值模拟和室内实验的结果表明:(1)通过提高气隙磁通密度,降低磁路磁阻,增加静磁能的储积等方式可以提高磁扭矩的传递效率;(2)磁扭矩随磁偶对数的增加呈先增大后减小的趋势,12对磁偶的磁扭矩达到最大值;(3)对工具有效断面磁铁覆盖面积和磁体厚度这两种因素制约下的磁铁用量的耦合,得到永磁铁厚度为8.4 mm、工具有效断面上磁铁覆盖面积为71%时,单位体积磁铁产生的磁扭矩为最高;(4)室内实验结果与数值模拟计算结果绝对误差小于17%,能够满足工程计算对精度的要求。结论认为,所建立的数值模拟模型较为合理,可作为该工具结构优化分析的技术手段。     

井下发电机涡轮设计、动力模拟与性能试验

为了缩短涡轮研制周期,降低研制费用,在涡轮机械一元流理论基础上进行叶栅叶型设计,借助计算机辅助叶片造型,运用CFD软件对井下涡轮进行了全三维模型数值模拟和力学性能预测。模拟结果与试验结果对比表明,在涡轮转速低于1 000 r/min时相同转速下实测扭矩小于模拟扭矩,而高于1 000 r/min后相同转速下实测扭矩大于模拟扭矩,但两者相差不大;压降变化趋势基本相同,低转速下模拟压降稍小于实测压降;涡轮空转转速实测值稍高于模拟值。最后指出,一元流理论同计算辅助叶片造型相结合,通过合理调整相关参数满足流道、叶片型线和喉部折转角的检验要求,可以达到理论设计的预期结果。     

串联和加长钻井液马达及其应用

串联马达和加长马达是为了提高常规螺杆钻具的工作特性而产生的新型钻井液马达,其工作原理都是通过增加马达的级数获得高功率、大扭矩的输出。在介绍常规钻井液马达的基础上,主要介绍了串联马达和加长马达的工作原理、基本结构、工作特性和技术发展趋势,并介绍了它们的应用及带来的效益。由于串联马达和加长马达具有大扭矩特性,可显著提高机械钻速,降低钻井成本,因而成为大位移井钻井作业中的常用工具。     

泥浆脉冲发生器研究现状

介绍了泥浆脉冲发生器的基本类型,分析了国内外研究现状,解释了连续波泥浆脉冲发生器发生机理,定性探讨了转子扭矩的影响因素,给出了转子优化设计原则。     

新型牙轮钻头轴承试验机设计(上)

研制的新型牙轮钻头轴承试验机由工作主机、可调式冲击泵、集成液压系统、注脂补偿系统、钻井液循环系统和电控电测系统等组成。试验机采用内摩擦副 (相当于钻头牙爪轴 )不动而外摩擦副 (相当于牙轮 )相对转动的运动方式 ;可试验相当于 2 15 90～ 311 15mm (8 ～12 英寸 )牙轮钻头轴承试件 ;采用液压加载 ,轴向和径向载荷、静载和动载可分别单独或同时施加 ;试验时可进行试验轴承温度、转速、摩擦力矩、钻井液压力和润滑脂压力等参数的动态测试。