涡轮钻井技术有巨大的技术经济潜力

根据油田钻深井和超深井的需要,从试验研究出发,详细介绍了我国新型涡轮钻具的研制、试验过程。将计算流体力学及计算机仿真技术用于涡轮的流场分析和叶型设计,获得了高效并具有较低压降的涡轮叶栅,将新材料和新工艺应用于推力轴承组的研制,大幅度提高了涡轮钻具的行程工作寿命。新型涡轮钻具的结构和技术特性,与国外同类产品相比,在性能基本相同的情况下,具有压降较小、寿命长、无橡胶元件、更利于深井和超深井作业等优点。结合现场试验的成果,提出采用涡轮钻井的七大优点。针对现场使用中存在的问题,提出五点建议,以加快我国涡轮钻井技术的推广应用。     

■73 mm小尺寸涡轮钻具叶型设计及优化

小尺寸涡轮钻具主要用于深部高温硬岩地层钻进,对我国油气、干热岩等深部能源矿藏的地质调查具有重要意义,在石油行业中小井眼钻井、老井加深及连续油管钻修井等方面具有较好的应用前景。目前,国内尚无■73 mm小尺寸涡轮钻具,为推进涡轮钻具系列化,对■73 mm小尺寸涡轮钻具的涡轮节中常规级定转子叶片及制动级定转子叶片进行设计优化,旨在研制长度短、转矩适中、转速适中、压降小、功率高及效率高的■73 mm小尺寸涡轮钻具,使■73 mm小尺寸涡轮钻具尽快在我国实现现场应用。设计出符合性能要求的3种常规定转子叶型方案和5种制动级叶型方案,通过理论分析及数值模拟,选出最优的常规定转子叶型及制动级叶型方案,并提出常规涡轮级与制动涡轮级复配的5种涡轮节结构方案,同时对涡轮节结构进行了性能分析及方案优选,优选的涡轮节方案在流量5.5 L/s,工作转速1 500～2 500 r/min时,输出转矩为109～140 N·m,平均压降为11.5 MPa,制动转矩为185.5 N·m,可满足小井眼钻井对■73 mm小尺寸涡轮钻具的输出性能要求。     

ø73 mm小尺寸涡轮钻具叶型设计及优化

小尺寸涡轮钻具主要用于深部高温硬岩地层钻进,对我国油气、干热岩等深部能源矿藏的地质调查具有重要意义,在石油行业中小井眼钻井、老井加深及连续油管钻修井等方面具有较好的应用前景。目前,国内尚无ø73 mm小尺寸涡轮钻具,为推进涡轮钻具系列化,对ø73 mm小尺寸涡轮钻具的涡轮节中常规级定转子叶片及制动级定转子叶片进行设计优化,旨在研制长度短、转矩适中、转速适中、压降小、功率高及效率高的ø73 mm小尺寸涡轮钻具,使ø73 mm小尺寸涡轮钻具尽快在我国实现现场应用。设计出符合性能要求的3种常规定转子叶型方案和5种制动级叶型方案,通过理论分析及数值模拟,选出最优的常规定转子叶型及制动级叶型方案,并提出常规涡轮级与制动涡轮级复配的5种涡轮节结构方案,同时对涡轮节结构进行了性能分析及方案优选,优选的涡轮节方案在流量5.5 L/s,工作转速1 500～2 500 r/min时,输出转矩为109～140 N·m,平均压降为11.5 MPa,制动转矩为185.5 N·m,可满足小井眼钻井对ø73 mm小尺寸涡轮钻具的输出性能要求。     

3FWZ-195型带浮动定子涡轮钻具涡轮节的研制(第一部分)

简述了国内外涡轮钻井技术的发展概况;详细介绍了新近研制成功的新型带浮动定子涡轮钻具涡轮节的研制经验,它主要包括:涡轮钻具性能参数的确定;涡轮钻具涡轮叶栅的设计;涡轮的台架性能试验及涡轮钻具的整机性能;涡轮节结构设计中的若干技术关键。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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     

涡轮钻具研究现状

涡轮钻具转速高、耐高温性能好,配合孕镶金刚石钻头等高效钻头作业,是深层油气钻探、地热钻井和复杂难钻地层钻井提速增效的重要手段,同时也是配合连续管作业技术进行钻井和井筒干预作业的研究热点之一.介绍了VNIIBT和Neyrfor等国外涡轮钻具公司的先进产品及特点,从涡轮钻具整体结构改进、涡轮节效率提升和轴承寿命延长等3方面...     

基于Bezier和正交试验的涡轮叶片参数优化设计

涡轮的叶片型线在涡轮钻具设计中处于核心地位,对其进行优化设计具有重要的意义。基于Bezier曲线对涡轮叶片型线的表达式进行推导。以&#248;127 mm涡轮为例,应用计算流体力学软件Fluent对其进行数值模拟,并结合正交试验方法,以叶片形状控制参数为因素,以涡轮的转矩和效率为指标,对叶片型线进行优化。结果表明,此方法可综合考虑转矩和效率,得到水力性能优秀的叶片型线参数,为涡轮钻具的叶片设计和优化提供指导。     

涡轮钻具复合钻进技术

涡轮钻具复合钻进技术是大幅度提高钻井速度、防斜打快的主要手段之一,随着涡轮钻具性能、型号的完善,加上高效PDC钻头的蓬勃发展,涡轮钻具复合钻井技术将得到大规模推广应用。在对涡轮钻具和螺杆钻具结构、性能和使用优缺点进行对比的基础上,提出了涡轮钻具复合钻进最佳工况的概念,给出了明确的转速范围;从涡轮钻具的特性和PDC钻头配合要求着手,详细论述了涡轮钻具复合钻进的机理;建立了涡轮钻具系统在钻井过程中的动态和纵向振动模型,为获得最佳的涡轮钻具复合钻进效果提供了理论依据。在国内高陡构造的典型地区进行防斜打快的应用实例表明,机械钻速明显提高,钻井周期大大缩短,钻井成本大幅度下降,经济效益显著。     

涡轮钻具叶栅性能测试系统的研制

为检验涡轮钻具叶栅叶形设计的合理性, 降低试验费用, 拟定了采用少数涡轮定转子组成叶栅组进行性能测试的试验方案, 建立了由试验台主机、计算机测控系统和循环系统组成的测试系统。该测试系统采用计算机控制, 自动施加扭矩载荷, 自动控制循环流量, 可根椐采集的数据进一步推算出涡轮钻具整机的性能指标。测试结果表明, 根据十级涡轮叶栅换算出的整机性能参数与实测值非常接近, 其测试数据可做为评价涡轮钻具整机性能指标的依据。     

JWZ250减速涡轮钻具在丘东10井的现场试验

中转速、低压降、高扭矩减速涡轮钻具配合高效优质ＰＤＣ钻头或高速长寿命ＡＴＭ、ＭＡＸ等系列牙轮钻头钻进,可大幅度提高大直径井眼的钻进速度。介绍了φ２５０ｍｍ减速涡轮钻具的工作原理及特点,及在吐哈油田正东１０井的试验情况。试验表明,减速涡轮钻具配牙轮钻头钻进比转盘旋转钻进的机械钻速提高 ２３０％;配 ＰＤＣ钻头钻进比转盘旋转钻进的机械钻速提高３３６％。从而缩短了钻井周期,节约了钻井成本,取得了较好的效果。     

积木式组合涡轮钻具试验研究

针对涡轮钻具转速高、扭矩小、型号单一、结构复杂、维修麻烦,与我国的钻头发展水平不相适应的问题,开展了积木式组合涡轮钻具试验研究。分析了积木式组合涡轮钻具的理论特性,理论上认为积木式组合涡轮钻具的输出特性是单级涡轮定转子叶片输出特性的叠加。在不增加现有涡轮钻具定转子类型的基础上实现了同一尺寸系列转速的连续化设计。试验结果表明,积木式组合涡轮钻具的输出扭矩、功率、压降与效率的理论计算值与试验值吻合,输出扭矩与压降符合叠加原理;现场应用表明,积木式组合涡轮钻具能满足钻井现场各类钻头的需要,与牙轮钻头、PDC钻头和金刚石钻头匹配使用,平均钻速提高了43%～473%。     

JWZ250减速涡轮钻具在丘东10井的现场试验

中转速、低压降、高扭矩减速涡轮钻具配合高效优质PDC钻头或高速长寿命ATM、MAX等系列牙轮钻头钻进,可大幅度提高大直径井眼的钻进速度。介绍了?250mm减速涡轮钻具的工作原理及特点,及在吐哈油田正东10井的试验情况。试验表明,减速涡轮钻具配牙轮钻头钻进比转盘旋转钻进的机械钻速提高230%;配PDC钻头钻进比转盘旋转钻进的机械钻速提高336%。从而缩短了钻井周期,节约了钻井成本,取得了较好的效果。     

定向井单弯单稳涡轮钻具造斜率预测

对于定向井单弯单稳涡轮钻具造斜率的预测,用现有的修正三点定圆法预测的是钻具几何曲率,不是井眼曲率,且对造斜能力影响因素考虑不全。利用纵横弯曲法的三弯矩方程,确定井下动力钻具上部切点,结合钻头中心点和下稳定器切点,建立了这三点所对应的井眼轴线上三点坐标,利用三点定圆原理,建立了三点定圆全坐标单弯单稳涡轮钻具造斜率预测模型。实例计算了3种结构涡轮钻具造斜率,对比分析了3种结构涡轮钻具造斜率随涡轮钻具结构角,稳定器与井壁间隙,偏心稳定器偏心距以及稳定器、偏心稳定器、结构角分别到钻头的距离等因素的变化规律,明确了稳定器对单弯涡轮钻具的造斜率影响较小,为减小深井卡钻风险,可不用稳定器或用偏心稳定器替代稳定器安装在近钻头处,能有效提高单弯涡轮钻具的造斜率。该方法综合了纵横弯曲法和三点定圆法的优点,实现了超深井单弯单稳涡轮钻具定向钻井造斜率的简便有效预测。     

涡轮钻具涡轮节模块化设计方法研究

针对面向现场应用的模块化设计方案特点．以模块化设计理论为基础,按总体功能将涡轮钻具涡轮节分解成一些具有特定功能的模块。介绍了模块卡片包含的内容和如何构造,最后形成模块库,实现了涡轮钻具涡轮节的设计数据多领域知识表达和产品结构模型的统一表达。建立了基于知识的模块化设计模型,给出涡轮节模块化设计的流程。