5LZl72-Ⅲ型长寿命螺杆钻具的研制

针对5LZl72-Ⅱ型螺杆钻具使用寿命短,难以满足施工要求的问题,通过改进旁通阀结构、研制等壁厚定子及配套转子、采用油密封传动轴以及挠轴等结构,研制出5LZl72-IU型高性能长寿命螺杆钻具。现场应用情况表明,5LZl72-Ⅲ型螺杆钻具在钻井液大排量条件下使用寿命为316h,该钻具在多口井的应用中均获得了260h以上的长寿命,同时减少了钻井过程中不必要的起下钻作业,提高了机械钻速,缩短了建井周期。     

地面可调螺杆钻具的研制

在定向井、大斜度井、水平井等特殊工艺井中,为优化井身质量,不同井段的造斜率可能会不同。而常规的弯螺杆钻具的弯角是固定的,为减少弯螺杆钻具的配备数量,设计了一种可分级调整弯度的螺杆钻具。该螺杆钻具的调弯机构由中间接头、调节花键套和弯母扣下壳体组成,可使一根钻具能得到0°-3°内13个不同的弯度。设计了一种适合地面可调螺杆钻具的球型万向轴,该万向轴采用分体式球型万向摆动的万向节和全密封式结构,克服了花瓣式万向轴的缺点,延长了螺杆钻具的使用寿命。     

5LZ244型螺杆钻具

５ＬＺ２４４型螺杆钻具于连江，陈国良（潍坊生建机械厂）螺杆钻具是一种新型的井下动力工具，它采用容积式马达，以钻井液为动力液，广泛用于定向井、丛式井和水平井钻井。因它能满足钻井新工艺的要求，在世界上得到了很快的发展。我国从８０年代开始研究螺杆钻具。１９...     

螺杆钻具中的齿瓣式万向轴

目前，国内生产使用的万向轴均为化瓣式万向轴，其结构简单、加工速度快，但其寿命极短，成为制约螺杆钻具寿命的关键部位。现文以合理受力为依据，设计了与花瓣式万向轴截然相反的线型，称齿瓣式万向轴，其合理的受力、耐磨性及工艺处理使寿命成倍提高。现场使用表明，齿瓣式万向轴成为螺杆钻具中寿命最长的部件。     

5LZ95×7.0同体双弯螺杆钻具研制

侧钻中短半径水平井钻井技术是国家"九五"期间的攻关研究项目。螺杆钻具是其中的一项关键技术,其主要目的是研制满足侧钻中短半径水平井需要的小尺寸高造斜率的弯外壳螺杆钻具。文中从双弯与单弯螺杆钻具的结构等效关系等多方面进行了探讨,根据油田需要设计和制造了5LZ95×7.0同体双弯螺杆钻具,在油田得到了现场验证,受到了使用单位的好评,为我国水平井钻井技术增添了一种新型实用工具。     

C5LZ172×7.0型螺杆钻具壳体螺纹副强度分析

螺杆钻具在使用过程中经常发生壳体断裂失效,导致落井事故,给钻井作业造成重大损失。螺纹副是壳体的薄弱环节。为了分析壳体的强度,以C5LZ172×7.0型螺杆钻具为例,计算了螺纹副的抗弯强度比,壳体的屈服扭矩,旋转式台肩螺纹拉扭复合强度。利用有限元软件分析了半圆键槽结构下的螺纹副应力分布。为了降低壳体断裂风险,应减少发生在壳体螺纹副处的偏磨、避免上径向轴承动圈和静圈卡死等现象。     

螺杆钻具新型万向轴的结构设计

针对螺杆钻具配用的花瓣式万向轴寿命短及结构和功能上的弊端,研制了螺杆钻具新型万向轴。以5LZ172螺杆钻具为例,对新型万向轴做了强度校核,其最细处的连接轴外径D=54mm,总轴向力F=75kN,承受最大工作扭矩M_n=6845N·m,连接轴的材质为40CrNiMo,许用压应力[σ]=980MPa,许用切应力[τ]=500MPa。用第三强度理论校核连接轴强度,σ_(r3)<[σ]=980MPa,连接轴强度足够。现场试验后检测表明,仅钢球和球窝有轻微磨损。     

预轮廓螺杆钻具研制及应用

介绍了新型预轮廓式螺杆钻具的核心结构和工作原理、技术特点,对结构优化设计和所采用的特殊制造工艺技术进行了探讨。通过分析和改进,加强了关键环节的控制,完善了设计和工艺,保证了成品的加工质量。经过型式试验验证了该产品较常规产品的技术优势,并确定了产品的技术参数。现场应用情况表明:采用预轮廓定子技术的螺杆钻具具有比普通螺杆钻具动力更强、使用更持久的优势,马达寿命>500h。对预轮廓螺杆钻具制造经验进行总结,并提出了今后的发展建议。     

PDC轴承长寿命螺杆钻具传动轴总成设计

在深井、超深井中使用螺杆钻具,对螺杆钻具的使用寿命要求越来越高.制约螺杆钻具的效率和使用寿命的关键部件是传动轴总成.对几种螺杆钻具传动轴总成的结构进行对比分析,选用高耐磨的聚晶金刚石复合片(PDC)制造滑动止推轴承,设计出具有长寿命的PDC轴承传动轴总成.分析了PDC轴承及PDC轴承传动轴总成的结构及关键设计参数.井下...     

螺杆钻具瓣形万向轴瓣齿压扭组合强度分析

瓣形万向轴是连接螺杆马达转子和传动轴的中间构件,也是螺杆钻具的易失效件之一.针对瓣形万向轴常见的失效形式,结合实际工况,对瓣形万向轴承受轴向压力和扭转组合栽荷时瓣齿的受力特征进行了分析,讨论了瓣形万向轴的两种主要失效形式,并分析了啮合位置参数对万向轴失效形式的影响.最后应用ANSYS分析软件对瓣形万向轴承受压扭组合栽荷时瓣齿的强度进行了校核,校核结果与理论分析结果基本一致,为今后瓣形万向轴的结构设计和强度校核提供了理论依据.     

LMT—Ⅰ型螺杆钻具马达试验台

为了测试新购置和修复后的螺杆钻具马达密封压差,避免钻具盲目报废和盲目使用,以及为钻具能否使用提供科学依据,研制出LMT—Ⅰ型螺杆钻具马达试验台。试验台主要由主机、水路系统、液压系统、电气控制系统和微机系统构成。介绍了试验台主要部件的结构、技术参数及特点,并对测试过程作了论述。使用表明,试验台设计合理,能满足生产和使用要求,操作方便,性能可靠,能有效地提高钻井效益。     

螺杆钻具万向轴故障树模型及花瓣强度分析

针对螺杆钻具中易发生失效的万向轴部分,应用故障树分析方法对其可靠性进行了研究。建立以万向轴总成失效为顶事件的故障树模型,采用"上行法"定性分析了故障树的14个最小割集。利用有限元法对压扭组合作用下的花瓣式万向轴进行了强度分析,分析结果表明,花瓣的根部和最小截面处为高应力区,最易发生断裂失效。通过与现场失效实例对比,验证了有限元分析方法的正确性。     

螺杆钻具马达线型的替代和修正

针对螺杆钻具马达在设计和制造过程中遇到的转定子理论线型打扣和定子橡胶收缩变形问题 ,以普通内摆线等距线型螺杆钻具马达为例 ,从线型理论上进行了分析和研究 ,在保证马达转子 定子副正确啮合的前提下 ,提出了用变距线替代和修正马达转定子线型的新方法 ,该方法比用圆弧法替代和修正马达线型更科学、更方便 ,对优化螺杆钻具马达设计 ,提高马达制造质量和马达工作效率 ,改善马达工作特性具有重要的指导意义。     

螺杆钻具挠性轴结构改进分析

通过对现有某型号螺杆钻具挠性轴的结构尺寸分析,建立了挠性轴受力分析的有限元模型。有限元分析结果发现:原始挠性轴过渡区结构不合理,在过渡区存在应力集中现象。研究了挠性轴过渡区倒圆半径与应力集中系数的关系,得出了挠性轴上过渡区倒圆半径大于150mm时,可以消除应力集中现象的结论;同时研究了挠性轴直径、长度结构变化与提高挠性轴寿命的关系,提出了螺杆钻具挠性轴结构改进的3种可行方案,这3种方案均可消除挠性轴上的应力集中,为挠性轴寿命的提高提供了理论依据。     

螺杆钻具Tc轴承的研制

螺杆钻具中的径向Tc轴承是影响螺杆钻具使用寿命的关键部件。在分析国内外Tc轴承样品的基础上,对Tc轴承制造技术及组成摩擦面的材料进行了实验、分析和对比,采用无压浸渍技术试制成φ150mmTc轴承,并对模具的设计及有关工艺问题进行了探索。     

提高螺杆钻具使用寿命的措施

目前制约螺杆钻具使用寿命最主要的原因是万向轴和传动总成,因这两个机构失效导致提前结束螺杆钻具的整机使用寿命,因此需要对万向轴材质和局部结构以及TC轴承和传动轴进行技术改进。为了避免TC轴承出现硬质合金块脱落,将原来在轴承内镶附硬质合金块改为均匀铺上一层微颗粒硬质合金粉,提高了TC轴承的使用寿命。传动轴也有改进,由原来的80 mm轴改为90 mm轴,加大了轴直径,提高了传动轴抗扭矩强度。要想整体提高螺杆钻具的使用寿命,需要专业设计人员对关键部位重新进行优化设计,生产厂家保证原材料质量和加工精度,现场操作人员和后期维修保养人员重视每一个环节,保证维修质量,这样才能保证螺杆钻具使用寿命得到整体的提高。     

等壁厚螺杆钻具旁通阀水力循环试验与CFD分析

针对钻井过程中循环钻井液流量控制不准确,造成螺杆钻具旁通阀总成无法开启闭合,阀心密封件失效刺漏等问题,通过244 mm等壁厚螺杆钻具旁通阀理论计算和循环试验,验证旁通阀工作可靠性。测得244 mm等壁厚螺杆钻具旁通阀关闭流量和开启流量;测得不同流量下旁通阀压降,确定阀心实际流量系数。分析结果表明,244 mm等壁厚螺杆钻具旁通阀在不同流量下产生的压差与循环试验获得压差十分接近,并且旁通阀在一定流量下均能实现阀心顺利打开和关闭。当流量由大变小时,阀心打开流量为20.20~14.60 L/s,当流量由小变大时,阀心关闭流量为22.51~26.38 L/s,旁通阀实际流量系数为1.138~1.395。研究结果对于起下钻时旁通阀循环流量控制具有指导作用。     

中空螺杆钻具的外特性及其改进

分析了中空螺杆钻具的外特性,探讨了中空螺杆钻具的输出转速、扭矩、功率以及效率与马达压降的关系,从而指出中空螺杆钻具存在着严重的转速软特性和抗载能力差等问题;并在此基础上研制了一种稳流阀,用于改善中空螺杆钻具转速软特性。实验和分析表明,带稳流阀的新型中空螺杆钻具显着改善常规中空螺杆钻具的转速软特性,并且效率也明显提高。文中还提出的中空螺杆钻具的临界排量的概念,可作为评价中空螺杆钻具性能的一个重要指标。     

准等壁厚螺杆钻具马达断面型线设计

分析了等壁厚螺杆钻具马达的性能优点和马达金属外壳的加工方法。针对等壁厚螺杆钻具马达金属外壳内表面存在的加工难题,提出了准等壁厚螺杆钻具马达的设计思路。阐述了准等壁厚螺杆钻具马达金属外壳断面型线的绘制方法,并给出了设计实例。试验分析了准等壁厚和等壁厚螺杆钻具马达的性能。结果表明:准等壁厚螺杆钻具马达不仅具有等壁厚螺杆钻具马达的性能优点,还解决了等壁厚螺杆钻具马达金属外壳电解加工的难题。     

中空转子螺杆钻具转速软特性的改善

介绍了用稳流阀来稳定中空转子螺杆钻具中孔分流量，从而达到改善中空转子螺杆钻具转速软特性的方法；在分析稳流阀稳流特性的基础上，结合马达压降与钻压的关系导出了马达转速与钻压的关系。带稳流阀的中空转子螺杆钻具与普通中空转子螺杆钻具的转速－钻压特性对比，说明带稳流阀的中空转子螺杆钻具具有较硬的转速特性，改善了普通中空转子螺杆钻具在大负载下严重失速的特性；采用带稳流阀的中空转子螺杆钻具要比普通中空转子螺杆钻具有更高的效率，大负载下机械钻速可提高４０％。