国外新型导向涡轮钻具的研制与提高涡轮钻具寿命的方法

导向涡轮钻具是在涡轮节中采用低速升压特性的涡轮叶栅和推力平衡盘结构，采用金属轴承替代金属橡胶推力滑动轴承，比常规涡轮钻具短、机械钻速快、定向控制能力强。为提高涡轮钻具的寿命，文中还介绍了激光方法处理支承节轴承和采用等离子强化工艺提高金属止推盘的耐磨性。     

175型无橡胶元件涡轮钻具的研制与试验

介绍了江汉石油学院井下工具研究室研制的175型无橡胶元件涡轮钻具的简况,重点叙述了这种涡轮钻具的结构特点、涡轮叶栅与叶型设计,以及涡轮节和支承节的结构设计,给出了技术性能指标。这种无橡胶元件的涡轮钻具,采用整体式4支点金属滚动球轴承、径向TC轴承、下轴悬挂式涡轮节和大扭矩叶型,具有中速、低压降等特点。现场试验表明,175型涡轮钻具的性能满足目前钻井工艺和钻井泵的要求,用它快速钻井可提高井身质量和机械钻速,缩短建井周期,减少套管磨损,降低钻井成本。     

设计涡轮钻具支承节的初级智能CAD系统

通过对涡轮钻具支承节的设计过程模式分析,提出一种设计涡轮钻具支承节的初级智能CAD系统模式;阐述应用该模式所建造的涡轮钻具支承节初级智能CAD系统(WZDES)的总体结构及特点;探讨该系统的知识库设计和子问题求解;提出并运用功能体素构型完成了零件结构的初步设计;研究该系统存在的接口问题解决办法。最后,还给出运行实例。     

现代涡轮钻具结构性能的改进

通过对苏联发展涡轮钻具的态势研究,结合本国的科研实践,认为高效能涡轮钻井用的支承节式多节涡轮钻具是比较成熟和最有发展前景的钻具。目前的涡轮钻具转速偏高,不适宜牙轮钻头工作的要求。为此而设计的低速涡轮不能只顾追求涡轮高效率,而应考虑牙轮每转的吃入量,增加涡轮扭矩与空转转速之比值。浮动定子涡轮提供了增大叶栅直径和减少级高的可能性,是一种更具备发展前途的结构。设计匹配PDC钻头用的高速大功率涡轮时,重点应考虑高效率。然而,高速涡轮的工作周期取决于支承寿命。使其寿命延长的根本办法是使涡轮轴向间隙不受止推轴承磨损的影响。     

TPM—195型减速涡轮钻具

<正> 据近期《石油消息》报道,全苏钻井科学技术研究所彼尔姆分所研制成一种用于钻探深井的TPM—195型减速涡轮钻具。这种钻具既可与Φ215～269.6mm的型钻头匹配使用,也可与开式轴承牙轮钻头匹配使用。 TPM—195型减速涡轮钻具由两节3 1—195型涡轮、中间轴承节、减速器和下轴     

WZ4—172涡轮钻具滚动轴承支承节第一阶段试验小结

遵照毛主席“独立自主,自力更生”和“赶上和超过世界水平”的伟大教导,为了加速我国石油资源的开发,特别是海上油田和深部油层的开发需要,一机部兰州石油机械研究所、洛阳轴承研究所和冶金部大冶钢厂等单位联合研制了WZ4—172涡轮钻具滚动轴承支承节。在各级党委的关怀和支持下,于1975年在大学无产阶级专政理论的热     

3FWZ—195型带浮动定子的涡轮钻具

《石油机械》第18卷第10期,1990,第39～43页,图1,表3 简述了涡轮钻井技术国内外发展现状。介绍了国内新近研制成动的带浮动定子涡轮及独立支承节结构的涡轮钻具的结构特点、涡轮节涡轮叶栅的设计方法、浮动定子涡轮摩擦副的材料与结构研究,以及直井及定向井用支承节的情况,还阐述了此种涡轮钻具的矿场试验结果。     

新型减速涡轮钻具应用研究

在常规涡轮钻具基础上研制出的新型减速涡轮钻具,由涡轮节、支承节、减速节3部分组成,能使其原有的高转速降低到能满足高效钻头使用要求的中、低转速,而且相应地提高了其工作扭矩。减速涡轮钻具配合高效钻头技术在中原油田的应用结果表明,这项技术能大幅度地提高中、深井的机械钻速;具有较好的防斜打快功能,在西部新区山前高陡构造地层具有广阔的应用前景。     

又一种新型涡轮钻具

由石油大学(北京)和江汉石油学院共同研究的φ195毫米涡轮钻具已在四川的川东矿区进行了几次工业性深井钻井试验。其平均机械钻速比转盘-牙轮钻头钻井时提高1.97倍;纯钻井成本仅为196.82元每米,节约255.06元每米;总计一口井可缩短建井周期29天,将节约投资20.4万元;支承节平均使用寿命约100小时,比现有的涡轮钻具提高一倍以上。这种新型涡轮钻具采用了国外80年代先进的浮动定子结构的涡轮节和开式润滑的金属滚动轴承的支承节,具有启动灵活、扭矩大、工作可靠等优点。它与国内现有涡轮钻具相比,不仅使用方便,而且首次实现了利用涡轮钻具在3000米以深的深井中进行快速钻进。其平均机械钻速高达4.13米每小     

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。     

涡轮钻具四支点推力球轴承组轴向变形的仿真

鉴于涡轮钻具装配时轴向间隙的调整对钻具性能和工作寿命有极大影响, 而四支点推力球轴承组与轴向间隙有直接关系, 为此选择求解精度较高的ANSYS软件对轴承组轴向变形进行仿真。以 165mm涡轮钻具轴承组为研究对象, 做ANSYS实体建模, 后处理时结合VisualC++编写程序辅助计算, 得到涡轮钻具四支点推力球轴承组轴向力与轴向变形的关系曲线。研究结果对轴承组的设计改进和涡轮钻具轴向间隙的调整有一定指导意义。     

国产涡轮钻具结构及性能分析

详细介绍了国产涡轮钻具中常规型、独立悬挂式和浮动定子(转子)式3种典型钻具结构型式和性能参数。重点讨论了国产涡轮钻具的涡轮叶栅及型线的流场、止推轴承组、扶正轴承等影响钻具性能和使用寿命的关键技术。通过对以往研究工作的总结分析,提出我国涡轮钻具今后的研究工作计划和发展建议。     

涡轮钻具支承节中载荷分流碟簧公差的合理确定

针对带独立支承节涡轮钻具中载荷分流碟形弹簧载荷偏差的严格要求,推导出在各尺寸偏差同时出现时载荷偏差的微分公式。用该公式校验初始方案,并确定了合理的碟形弹簧的公差值。     

积木式涡轮钻具配合高效钻头技术研究

根据中原油田实际情况完成了新型积木式涡轮钻具结构优化设计研究，试制成功的新型积木式涡轮钻具工作转速可在150～820r／min间变化。完成了Ф172mm积木式涡轮钻具金属密封轴承节研制，并进行了12口井现场试验，维修周期超过120h；完成了乒172mm积木式涡轮钻具金刚石轴承节研制，并进行了1次模拟试验和1井次现场试验，工作112h后磨损仅0．05mm（允许磨损0．25mm），根据磨损量测算维修时间大于300h；完成了积木式涡轮钻具配合高效钻头钻进的配套工艺技术研究，经过现场验证，证明涡轮复合钻井工艺技术措施正确。该项目研制成功新型长寿命、大扭矩、中转速的声172mm积木式涡轮钻具，并在中原油田桥29-52井、卫360-5井、文79-101井等12口井进行了现场试验，形成了一套涡轮钻具＋转盘复合钻井工艺配套新技术。     

一种带齿轮减速器的新型涡轮钻具

为消除常规涡轮钻具的低扭矩、高转速等不利因素 ,设计了带齿轮减速器的涡轮钻具。当向井下泵入钻井液时 ,带齿轮减速器的涡轮节转速按减速比减小 ,其扭矩按一定比例增大 ,从而实现大扭矩、中转速的动力钻具配中高速牙轮钻头或PDC钻头钻进 ,大幅度提高机械钻速的目标。齿轮减速器在油浴状态下工作 ,减速器与支承不承载 ,因此具有较好的耐热性。这种新型涡轮钻具在俄罗斯、阿塞拜疆、乌克兰及埃及的超深井钻井中得到广泛应用 ,并取得良好的效果。我国部分油田也引进了这项技术 ,但尚需进一步推广应用。     

带减速器涡轮钻具动态特性瞬变规律及其模拟

从动力学角度，导出了带减速器涡轮钻具在突加或突减载荷条件下的动态特性（动态力矩和动态轴向水力载荷）瞬变规律。实例模拟计算结果表明，带减速器涡轮钻具的动态特性瞬变规律能反映钻具的动态品质好坏。在突减载荷条件下，钻具的动态特性按指数规律变化，上部涡轮节动态特性变化幅度大，而下部涡轮节动态特性变化幅度相对较小，大幅度变化的动态特性对止推轴承的工作性能有影响。在设计时，必须使涡轮节有合理的止推轴承组合结构。     

涡轮钻具滚动止推轴承材料及其工艺的建议

依据涡轮钻具滚动止推轴承的工况及失效形式，提出一系列可供涡轮钻具滚动止推轴承选材的建议，并相应地讨论了它们的热处理工艺和性能。     

钻头及涡轮钻具轴承组件MoS2滑化处理研究

结合三牙轮钻头及涡轮钻具轴承组件的工况和失效分析,讨论了ＭｏＳ２滑化处理的依据和具体工艺,对牙轮钻头、涡轮钻具轴承组件用合金材料在渗碳渗氮等热处理后,实施ＭｏＳ２滑化处理,试验测试表明,此滑化膜可有效地抑制胶合的发生,用于高速重载的钻头及涡轮钻具轴承组件是可行的。     

三种涡轮钻具用滚珠轴承承载能力分析与结构优化

文中研究了涡轮钻具用3种滚珠轴承组的结构特点，分析了轴承组真实载荷分布，并对3种轴承中的钢球与滚道的初始接触应力作了简化计算。对比分析结果表明。涡轮钻具中采用圆弧滚道球轴承对其承载有利。在此基础上，对圆弧滚道球轴承结构参数进行优化，有助于改进现有轴承。     

涡轮钻具轴承磨损后力学性质的数值模拟研究

涡轮钻具轴承组在恶劣的工作环境中受到钻压、水力载荷以及钻进冲击与振动的作用,容易发生磨损现象,直接影响涡轮钻具的使用寿命。以127 mm涡轮钻具为例,根据弹塑性力学和赫兹接触理论,运用ABAQUS软件建立定子-滚珠-转子非线性接触问题有限元模型,针对不同磨损程度的滚珠轴承进行了数值模拟分析。研究结果表明,随磨损量的增大,轴承定子、转子与滚珠的接触面积逐渐减小,应力集中现象加剧,接触应力明显增大;最大接触应力出现在滚珠上,且与磨损量呈现非线性关系;相同工况下,磨损2 mm后滚珠的最大Mises应力比未磨损时增加了14倍,轴承发生失效。该项研究成果对涡轮钻具设计及寿命预测具有指导作用。