串联泥浆马达的新进展

新一代串联泥浆马达采用先进材料和最新设计，延长使用寿命，增加了输出功率和扭矩，提高了机械钻速，延长了正常作业时间，减少了钻井费用。本文回顾了串联马达的发展历史，比较了串联泥浆马达与普通泥浆马达的性能差异。     

螺杆钻具在充气欠平衡钻井中的输出特性研究

欠平衡钻井在低压油藏中已得到较好的应用。在充气欠平衡钻井过程中，气体的注入量对马达的输出特性影响较大。因此，了解气体注入量对马达输出特性的影响显得异常重要。充气欠平衡钻井时，钻井液在充入气体前密度、粘度等变化导致了充气欠平衡钻井中在不同气液比情况下马达输出特性发生改变。通过建立马达等效模型求出环空当量直径，从而求出不同气液比时马达的压力降，并得到不同气液比情况下马达压降、扭矩、转速、功率等输出特性。并且对这些输出特性进行比较，得出了马达的各种输出特性随气液比增加的变化规律:马达压降减少，扭矩减小，转速增加。该研究成果为提高欠平衡钻井马达的工作效率提供了理论依据。     

先进技术提高了连续油管钻井能力

论述连续油管钻井存在的强度极限问题，并提出具体的极限范围。认为钻井马达的最大输出扭矩不应超过连续油管额定扭转屈服极限的８０％之一半。分析了钻井马达的工作特性及控制扭矩的办法。重点介绍了井底配流短节的结构及原理。指出应用这些新技术后，连续油管钻井技术达到的水平。     

低速大扭矩气马达定子内表面曲线优化设计

依据多作用内曲线径向柱塞式低速大扭矩气马达的工作原理，分析了其定子内表面曲线对气马达性能的影响，建立了一种气马达柱塞腔瞬态压力的计算方法，并运用优化理论求出了使气马达综合性能最优的定子内表面曲线；对气马达的性能特别是瞬态转速进行测试，结果表明优化设计后的敢马达性能显著提高。     

螺杆式井下增压钻井装置原理及设计

为了提高钻探效率,设计了螺杆式井下增压钻井装置,该装置主要由动力单元、动力转换单元、固液分离单元、增压单元以及高压流道单元组成。动力单元将钻井液的水力能量转换为螺杆泵马达转子的转动扭矩,动力转换单元将转子的旋转运动转化为增压缸柱塞的轴向往复运动,固液分离单元对被增压的钻井液进行过滤,增压单元通过柱塞的往复运动来压缩缸内的钻井液,对钻井液增压,高压流道单元将增压后的钻井液输送给钻头的高压喷嘴。现场试验表明,螺杆式井下增压钻井装置除换向机构有较大磨损外,其他零部件均无明显损伤。因此需对换向机构进行改进,以达到螺杆式井下增压钻井装置的寿命要求。     

基于静摩擦扭矩释放的快速滑动定向钻井技术

由导向马达、随钻测量系统构成的滑动钻井仍然是目前的主要定向钻井方式。国外近年发展起来的一种依靠控制钻柱旋转扭摆的工艺方法,突破了滑动钻井工艺中马达导向所面临的局限性,同时费用又低于旋转导向系统。该方法以滑动动摩擦原理及其优势为基础,建立了钻柱物理模型,把滑动钻井时井下钻柱摩擦力的分布状态划分为3个典型区间:地面扭摆作用区、静摩擦区、反扭矩作用区;由自动扭摆控制软件系统对顶驱扭矩、钻头钻压和钻进速度的连续不断地测量,自动计算和最大限度地扩展地面扭摆作用区的长度(或减少下部动力钻具静摩擦区的长度),实现钻柱摩阻的减少,从而有效地提高了滑动钻井的机械钻速、提高定向作业纯钻时效,减少导向马达和钻头的损坏。实例运用结果表明:该方法能够提高机械钻速近50%,与常规复合导航钻井相比,节省了调整工具面角的时间损失,因而是一种极具发展前景的技术。     

连续油管钻磨工艺螺杆马达特性分析及现场应用

针对连续油管钻磨过程中合理控制地面泵压和钻压难的问题,研究了连续油管钻磨工艺,结合容积式马达的工作特性建立了螺杆马达的理论和实际工作特性模型,比较了二者之间的差异,分析了螺杆马达结构、转速、扭矩、工作压差之间的关系。结果表明,螺杆马达具有良好的硬转速特性和过载能力,其转速和扭矩是两个相 互独立的参数,扭矩将随工作压差的增大而增大,转速不因负载的增大而降低;工作压差应作为井底工况的监视器和主要指标,钻压只能作为参考指标;螺杆马达工作时应合理施加钻压,尽量避免憋泵,憋泵时应先停泵,待泵压下降且稳定后再上提连续油管。现场应用表明,合理的回压控制和充分的工作液循环,是确保钻磨作业顺利进行,保证油气井高效开采的关键。     

螺杆钻具特性分析

螺杆钻具采用容积式单螺杆液马达作为动力机。无工作液漏失、无摩擦的理想马达是不存在的。马达工作液的漏失使得螺杆钻具总效率降低，并导致其实际工作特性偏离理论工作特性。在相同负载下，马达副的配合间隙对螺杆钻具的流量—转速特性影响很大，配合过盈量在０～０．３０ｍｍ范围内，螺杆钻具的功率及总效率较高；对漏失量超过２Ｌ／ｍｉｎ的液马达，建议不要继续使用。负载（转子输出扭矩）是影响流量—转速特性的另一重要因素，试验表明，螺杆钻具在最佳工况时的扭矩是制动扭矩的５０％～７０％。按螺杆钻具在不同流量下的扭矩—转速特性，为适应牙轮钻头钻井工况的要求，设计马达时应尽量降低转速，提高输出扭矩。     

铁钻工旋扣钳的设计

针对目前国内铁钻工旋扣钳结构简单、旋扣扭矩小、动作不灵活以及适用的管径范围小等问题,提出了一种大管径、大扭矩旋扣钳的设计方案,重点对旋扣钳整体、夹紧液压缸、液压马达和摩擦轮进行了结构设计,确定了旋扣钳的工作结构,夹紧液压缸承受的最大载荷、内/外径、活塞杆直径和行程等参数,以及液压马达型号和摩擦轮结构。实例计算结果表明,铁钻工旋扣钳各部件结构设计紧凑,主要零件结构安全可靠,能与多种铁钻工配套使用,且夹紧力大,能实现多级调节,适用管径范围广,能满足不同工况下对夹紧力的要求。研究结果可为铁钻工的后续研发工作提供参考。     

国外水平井,大位移井钻技术新进展

本文介绍近几年国外水平井，大位移井发展概况和所产生的效益，重点阐述国外水平井，大位移井钻井新技术，包括随钻测量、地质导向、串接泥浆马达、加长泥浆马达、井下可调稳定器，高性能稳定器、集成钻井软件、三维可视化技术、短半径水平井和分支井钻井技术及自动化钻井技术。     

永磁电机在钻井装备中的应用探讨

永磁电机具有体积小、质量轻、效率高,可提供低速大扭矩输出特性等优点,已被广泛应用。对目前几种永磁电机的性能特点进行了阐述,并结合钻井装备的工况进行了对比匹配分析,提出了研制永磁电机直驱式泥浆泵的可行性。针对永磁电机应用到钻井装备中必须解决的几项关键技术提出了建议。     

抽油机节能电机的应用分析

常规游梁抽油机设计使用传统异步电机驱动,电机的平均负载率很低,“大马拉小车”现象相当严重,电能浪费巨大。近年来,河南油田在常规游梁抽油机上研究应用了永磁同步电机、超高转差率电机、变频调速电机、多级电机等节能型电机。对上述节能电机的节能原理及应用情况进行分析后认为,上述节能电机均能通过不同途径达到节约抽油机电能消耗的目的。并对上述节能电机的现场适应性及市场应用前景进行了综合评价。     

双电机钻井废液双轨迹振动筛结构优化研究

振动筛作为钻井泥浆净化的第一级设备,是必不可少的。在钻井过程中分离废弃钻井泥浆时,为了更好地适应恶劣、复杂的钻井废液,一般采用双轨迹振动筛。双轨迹振动筛制造要求较一般振动筛更高,主要在于双轨迹之一的椭圆轨迹对振动源的力心和质心重合精度要求较高。在制造时,需要对结构多次优化才能达到要求。利用现有技术及3D模拟,实现了在振动筛的两振动电机横跨筛箱的情况下,精确定位直线轨迹激振器相对位置; 在实现平动椭圆轨迹时,利用力心坐标值与两电机产生的激振力矩比值、电机轴线在电机稳定运行时的相位差角、以及电机的摆放座板与水平轴夹角之间的规律式,确定激振力比值及电机轴线在电机稳定运行时的相位差角。在降低成本的同时,提高了结构组合精度。可为振动筛结构优化提供理论指导。     

JC30DB-WZ型单轴绞车结构设计及起升系统特性分析

针对我国传统绞车存在传动复杂、效率低、送钻不均匀、钻压不稳定等缺点,介绍了一种新型电机直驱单轴绞车结构型式———JC30DB-WZ型交流变频电驱动单轴绞车,并对起升系统的特性进行了分析。该绞车采用2台大功率、低速、大扭矩变频电机从滚筒轴两端直接驱动滚筒,形成电机外置与滚筒一体化单轴绞车结构型式,具有结构简单新颖、调速范围宽、适应能力强等优点,可满足恒扭矩、恒功率等多种工况要求。     

用于游梁抽油机的双绕组串联节能电动机

针对游梁式抽油机的电动机大多数处于轻载运行的情况 ,根据电动机设计原理 ,设计出了一种新颖的双绕组串联节能电动机。这种电动机的定子绕组由一个多匝绕组和一个少匝绕组串联而成。多匝绕组单独运行时功率大 ,串联少匝绕组以后的功率小 ,但功率因数高 ,效率高。电动机外部采用切换装置 ,轻载时 ,两个绕组串联运行 ;满载时 ,只用多匝绕组运行。理论计算和实测表明 ,抽油机轻载运行时双绕组串联节能电动机节能效果超过 10 %     

水力加压器和井下马达组合时的钻压计算

水力加压器由于能吸收钻头冲击振动,能提供一恒定的易于控制的钻压而在油田得到广泛应用。文中分析了水力加压器串联在井下马达上面和下面时两种组合钻具的钻压计算、针对水力加压器串联在井下马达上面的组合钻具,将马达压降和马达转子输出扭矩的关系简化为一直线,建立了相应的钻压计算数学模型。该模型考虑水力加压器活塞及其缸体内壁间的摩擦力、水力加压器以下钻柱重量、水力加压器以下钻柱与井壁的摩擦力和活塞下推力等参数,用迭代法计算出马达压降和钻头钻压。同时也用压力平衡法计算出钻压,现场试验表明,两模型可靠、计算结果正确。     

电动机转速波动的有杆抽油系统预测技术

当用高转差或超高转差电动机驱动有杆抽油系统时，电动机工作转速存在较大波动。为此，考虑了电动机转速波动，建立了有杆抽油系统动态参数预测模型，即描述曲柄运动规律的动力学微分方程与描述抽油杆柱振动的波动方程。由于动力学微分方程的非线性以及动力学方程波动方程之间的高度耦合，很难直接用差分法求其数值解。文中提出的一种迭代方法很好地解决了这一问题。所编制的软件具有较高的预测精度。     

复合钻井用新型金刚石钻头研制及现场试验

针对复合钻井钻头转速高、井下动力钻具的输出扭矩受限制的特点,研制了一种尖圆混合布齿、低扭矩的新型金刚石钻头.现场试验证明,新型金刚石钻头扭矩小,寿命长,在相近条件下,比邻井常规金刚石钻头的机械钻速提高30.1%～36.2%,能更好地适应复合钻井的需要.     

DQZJ-20Y液力传动钻机驱动特性分析

DQZJ—20Y液力传动钻机采用液力机械变速箱,传动柔和,适应外载荷变化的能力强,可实现无级变速变矩及反转制动。现场试验表明,钻机功率利用率高,起升速度快;反转制动特性减轻了带刹车的载荷;变矩特性加强了处理事故的能力。通过液力变矩器驱动钻井泵可同时保护原动机和工作机;在保持柴油机额定转速的条件下,可实现泵压的全过程控制。针对散热装置、倒挡离合器和过滤器等方面暴露的问题提出了改进意见。