2008年第37卷 石油矿场机械
第4期第28页 OIL FIELD EQUIPMENT 2008,37(4):28~31 文章编号:1001-3482(2008)04-0028-04
国内外涡轮钻具钻井技术及其发展趋势
成 海,郑卫建,夏 彬,王甲昌,肖国益
(中原石油勘探局钻井工程技术研究院,河南濮阳457001)
摘要:介绍了涡轮钻具、减速器的特点,并对国内外研究现状进行了总结。通过分析国内外涡轮钻具钻井技术的发展趋势及应用前景,说明该技术是提高钻井速度的有效途径之一。
关键词:涡轮钻具;减速器;钻井技术;发展趋势中图分类号:TE921.2 文献标识码:A
TheDevelopmentTrendofTurbodrillingTechnology
CHENGHai,ZHENGWe-ijian,XIABin,WANGJia-chang,XIAOGuo-yi
(DrillingEngineeringTechnologyResearchInstitute,ZhongyuanPetroleumExplorationBureau,
Puyang457001,China)
Abstract:Theuniquefeatureofturbodrillingstringanddeceleratorareintroduced,andthepres-entsituationisgeneralizedinthispaper.Itisindicatedthatthistechnologycanraisedrillingrateeffectivelybyanalyzingthedevelopmenttrendandapplyforegroundofit.Keywords:turbodrillstring;decelerator;drillingtechnology;developmenttrend
具结构改进方面最突出的进步就是发展了带各种支承节的涡轮钻具,支承节平均工作寿命达到100h以上。在中东、埃及、地中海地区,采用减速器涡轮钻具配合311.15mm(12
英寸)PDC钻头技术在
井深1882~3048m井段,取得了钻头进尺1165.3m、纯钻进106.5h、机械钻速10.94m/h的良好效果。
在俄罗斯西伯利亚油田,减速器涡轮钻具不仅配合PDC钻头取得了良好效果,利用减速器涡轮钻具配合中转速牙轮钻头也取得了很好的效果。例如,在井深1626~3360m井段,用减速器涡轮钻具配合牙轮钻头钻进,钻压100~140kN,钻头转速
200~280r/min,使用127只牙轮钻头共钻进123062m进尺,平均单只钻头进尺达到969m,平均机械钻速达到8.35m/h[1]。
在国内80年代后期,减速器涡轮钻具经过国家/七五0科研攻关,研制成功了新型
1 涡轮钻具钻井技术的发展
前苏联的井下动力钻具使用得最早,发展得最快,技术水平也最高。20世纪50年代至70年代推广应用的复式涡轮钻具和带支承节的减速涡轮钻具及其在井下涡轮钻具的研究方面一直处于世界的前列。在前苏联,钻井工作量有70%以上是用涡轮钻具完成的,涡轮钻具的年产量达到1万余台/套,规格品种齐全,重点发展的是各种形式的低速大扭矩减速器涡轮钻具配合牙轮钻头钻井,已广泛应用于直井、定向井、丛式井、侧钻井等钻井作业方面,钻井主要技术经济指标都得到提高。
随着PDC钻头的飞速发展,美国、西欧也在大力发展减速器涡轮钻具,以适应定向井、丛式井及深井钻井的需要。使用PDC钻头钻井,其钻速随工作转速的提高而提高,与之相应,发展高速大扭矩减速器涡轮钻具成为重点。美国、西欧在减速器涡轮钻
收稿日期:2007-09-12
作者简介:成 海(1971-),男,湖南怀化人,工程师,1993年毕业于西南石油大学钻井工程专业,现从事石油钻井工程及
工艺技术的研究工作,[email protected]。
第37卷 第4期 成 海,等:国内外涡轮钻具钻井技术及其发展趋势
#29#
向井涡轮钻具以及带滚动轴承的独立支承节,工作寿命达150h,平均机械钻速4.7m/h,比转盘钻井提高1.5~210倍。近几年对
的轴向动载,是涡轮钻具的易损部件,单独成节,目的是便于检修和更换;减速器是涡轮钻具的核心部
件,主要作用是将涡轮节产生的高转速、低扭矩转换成为钻头的中低转速、大扭矩。
图2 减速器涡轮钻具结构
2 涡轮钻具的分类与特点
涡轮钻具按型式可以分为单节式,即只有一个涡轮节的涡轮钻具;多节式,即有2个以上涡轮节的
复式涡轮钻具;支承节式,即全部轴向推力轴承安装成专门单体的涡轮钻具。按名义直径可形成
。
2.2 工作原理
减速器涡轮钻具是在普通涡轮钻具的下方连接一个减速比为i的充油齿轮减速器,使涡轮钻具的转速降低至1/i,而涡轮钻具的扭矩增加i倍,从而实现大扭矩、低转速的动力性能
[2]
。减速器的齿轮
部分是处在封闭油腔内工作的,上部和下部各有一对端面密封,通过此端面密封,将密封腔外的泥浆和密封腔内的润滑油分隔开来。工作时涡轮节的输出功率经轴承节传给减速器的上部联轴节,经输入轴后到达行星减速部分,经行星齿轮减速后,通过输出轴传给轴承节,最后到达钻头。在减速器上部有一特殊的储油腔,当减速器密封腔内的润滑油漏失后,它可及时向减速器的密封腔内补充润滑油。因此,这种密封式的行星减速器工作寿命长,可以在200~300e的井下连续工作200h以上。
减速器涡轮钻具的最大优点是没有橡胶件,存放时间不受限制,最高工作温度可达150~250e。俄罗斯利用减速涡轮钻具的这一特点成功地钻完了一口12000m的世界水平超深井。
3 国外涡轮钻具的研究
3.1 涡轮钻具的研究应用
涡轮钻具自1923年由前苏联研制成功以来,得到了迅速发展,到20世纪50年代以后,涡轮钻井技术已成为前苏联的基本钻井方法,目前俄罗斯的涡轮钻具已发展到减速器涡轮钻具阶段。
1994年Neyrfor涡轮钻具公司在美国得州、路
图1 涡轮钻具组合结构示意
州和Mobile湾等地区的涡轮钻井作业达到5149h,总进尺约3万m,其中Mobile湾使用减速涡轮钻具钻井达2846h,比1993年提高了489%,总进尺达到15758m;1995年仅在Mobile湾地区,减速器涡轮钻井就超过4200h。
英国Drilexsystems公司的Red-iDill涡轮钻2.1 减速器涡轮钻具结构
减速器涡轮钻具主要由涡轮节、轴承节和减速器3部分组成,如图2。这3部分可分开,相互之间由螺纹连接。涡轮节是动力源,单独输出的转速较
#30#
石油矿场机械 2008年4月
义直径
3.2 高速涡轮钻具配合表镶金刚石钻头钻井技术
在硬塑性深井地层中,采用涡轮钻具配合表镶金刚石钻头高转速强化钻井,能够大大提高深井机械钻速。在美国加利福尼亚一口7445m的深探井中,采用高速涡轮钻具配合表镶金刚石钻头钻井技术,机械钻速达到0.762~1.067m/h,比牙轮钻头及金刚石钻头用转盘钻井时的钻速分别提高5~6倍和13~25倍。在欧洲采用涡轮钻具配合使用金刚石钻头,能够在高密度钻井液条件下将机械钻速提高到3m/h以上。
3.3 中高速涡轮钻具配合PDC钻头钻井技术美国在中高转速涡轮钻具配合PDC钻头钻井技术研究方面取得了显著成果。在美国墨西哥湾地区,采用抗回旋PDC钻头配合使用涡轮钻具,在中等硬度的页岩及研磨性强的砂岩地层中钻井取得了良好的经济效益。PDC钻头以剪切方式破碎地层,在大段、均质、低剪切强度岩层(如砂岩、泥岩、砂质泥岩或泥质砂岩、页岩等)中采用中高转速大扭矩涡轮钻具低钻压钻井,机械钻速比牙轮钻头提高2~3倍,综合钻井成本降低30%~50%。
3.4 中速大扭矩涡轮钻具配合新型高速牙轮钻头
钻井技术
近年来,以美国HughesChristensen公司为代表的研究人员在研究高速牙轮钻头方面取得了较大的成绩,特别是钻头轴承系统的密封技术取得了重大突破,推出了采用双金属密封的第1代金属密封环ATM系列牙轮钻头及单金属密封环的第2代Ultramax系列新型高速牙轮钻头,大幅度提高了钻头的工作转速。在深井钻井中,采用中速涡轮钻具配合高速牙轮钻头钻井,可大大提高钻头的机械钻速,展示了涡轮钻具驱动牙轮钻头的良好前景。
上只装有一种型号的涡轮定子和转子,而在实际钻井过程中,对涡轮钻具性能的要求是多样化的,单一型号的涡轮定子和转子很难完全满足钻井工程的需求。为此国内进行了积木式组合涡轮钻具研究,将具有不同性能的定转子组合混装,该设计方法有效地解决了钻井工程中的一些问题。4.1 积木式组合涡轮钻具
在正常情况下,涡轮钻具整机的使用寿命为800~1000h,但需检修5~15次。涡轮钻具检修的主要任务是更换涡轮钻具易损件扶正轴承和止推轴承。目前,检修涡轮钻具易损件推力轴承时必须将涡轮定子、转子、扶正轴承和止推轴承全部从同一轴上拆卸下来,然后用新的扶正轴承与止推轴承更换掉旧的已磨损或损坏的扶正轴承与止推轴承。由于每节涡轮钻具至少具有60~100级以上涡轮定子和转子,检修时要将所有的涡轮定子和转子先拆下,然后再装上,这样既费时又费力。研究并优化设计出的积木式组合涡轮节,将涡轮钻具中承担水力载荷和轴上零件自重的推力轴承组从每节涡轮钻具中分离出去,设计成一种独立的无易损件推力轴承组的长寿命积木式组合涡轮节,使涡轮钻具的安装、维修更加方便和快捷。积木式组合涡轮节是一种具有多级不同特性涡轮定子和转子的组合涡轮节,通过不同特性涡轮定子和转子的组合,可在多种转速实现空转,其结构简单,使用寿命长。4.2 涡轮钻具减速器[3]
涡轮钻具减速节与涡轮钻具传动轴二者合二为一时称为涡轮钻具减速器,其主要作用是将涡轮节旋转主轴的高转速、低扭矩运动变为低转速运动,同时成倍增加输出扭矩,承担钻压,驱动钻头转动以破碎岩石。减速器涡轮钻具主要由涡轮节和行星齿轮减速器2部分组成,行星齿轮减速器主要由输入轴、行星齿轮、输出轴等组成。减速器的齿轮部分是处在封闭油腔内工作的,由于减速器的径向尺寸受到井眼直径的限制,在有限的直径范围内,齿轮的模数不能太大,齿数不能太多,减速器采用4个行星齿轮将输入减速器中心齿轮的功率沿径向分为4部分。行星齿轮如图3。
普通
. 4 国内减速器涡轮钻具的研究
我国20世纪50年代从前苏联引进涡轮钻具生产技术后,发展缓慢,至今仍处于小批量生产试制阶段,重要原因是涡轮钻具转速高,扭矩小,型号单一,结构复杂,维修麻烦,与我国钻头发展水平不相适,
第37卷 第4期 成 海,等:国内外涡轮钻具钻井技术及其发展趋势
#31#
5 国内涡轮钻具钻井技术存在的问题和
建议
5.1 存在的问题
1) 目前使用的涡轮钻具结构陈旧,性能差,修理周期仅20~30h。
2) 类型单一,品种系列不配套,因而仅能用于浅层的造斜、扭方位等定向井作业,使用范围、效果及技术水平与国外差距较大。
3) 钻井泵及管汇系统的压力等级低。目前油田广泛使用的三缸钻井泵体积大,冲数低,工作压力低,新泵只能在21MPa下短期工作,在16MPa下
图3 行星齿轮
才能持久工作,而国外钻井泵能在27MPa下持久工作。
4) 由于缺少研发资金投入,因此涡轮钻具将难以走向市场转变为生产力,影响了涡轮钻具钻井技术的推广应用。5.2 建议
1) 加强低压降、大扭矩涡轮钻具的研究,增加现有涡轮钻具的尺寸系列和品种,以满足提高深井、难钻地层钻井机械钻速的要求。
2) 投资工艺较先进的长轴、深孔加工厂,以解决涡轮钻具的批量生产问题。
3) 在涡轮与螺杆同时发展的基础上,加大涡轮钻具的开发力度,特别是开发小尺寸涡轮钻具用于老井侧钻,在国外已成功应用。
4) 加强涡轮钻具轴承等易损件使用寿命的研究,提高钻具使用寿命,以满足钻井技术不断发展的需求,降低钻井综合成本。
5) 完善涡轮钻具钻井工艺,开发涡轮钻具钻井配套工具,改善涡轮钻具钻井条件,降低涡轮钻具制造成本,以提高涡轮钻具钻井的综合经济效益。
参考文献:
[1] 王 伟.国内外减速涡轮钻具的发展现状[J].科技资
讯,2006(27):44-46.
[2] 杨世奇,薛教松,蔡镜仑,等.涡轮钻井技术新进展
[J].石油大学学报:自然科学版,2002,26(3):128-130.
[3] 张晓东,金连登.井下减速器传动方案分析[J].石油
矿场机械,2007,36(12):1-3.
[4] 李 飞,谢庆繁,冯 定.新型减速涡轮钻具应用研究
提高涡轮钻具的性能一直是涡轮钻具研究的主要内容。随着钻井技术的发展,涡轮钻井技术应用范围不断扩大,同时对涡轮钻具的力学性能和运行的可靠性提出了更高的要求。涡轮的水力性能主要
取决于定、转子叶栅、叶型的水力性能,在传统的涡轮定、转子叶栅、叶型设计中,大多数依据叶轮机械的一元流动理论,用平均流面上流动代替涡轮内的三维、粘性、湍流流动,用平均流面上的进、出口平均速度代替分布速度,而定、转子叶栅、叶型的水力性能往往是凭设计者的经验设计,因此会出现一些设计缺陷。为了克服涡轮传统设计方法的局限性,国内目前以计算流体力学为基础研究涡轮钻具内部流体运动,采用三元流动设计理论,用粘性流体代替理想流体,用湍流代替层流
[4]
,研究跨叶片的流场及其
流体与叶片的相互作用,这种方法使得定、转子叶栅、叶型的水力性能设计更加符合涡轮的实际工作状况,如图4
。
图4 涡轮定子和转子
[J].江汉石油学院学报,2005,27(4):698-700.
2008年第37卷 石油矿场机械
第4期第28页 OIL FIELD EQUIPMENT 2008,37(4):28~31 文章编号:1001-3482(2008)04-0028-04
国内外涡轮钻具钻井技术及其发展趋势
成 海,郑卫建,夏 彬,王甲昌,肖国益
(中原石油勘探局钻井工程技术研究院,河南濮阳457001)
摘要:介绍了涡轮钻具、减速器的特点,并对国内外研究现状进行了总结。通过分析国内外涡轮钻具钻井技术的发展趋势及应用前景,说明该技术是提高钻井速度的有效途径之一。
关键词:涡轮钻具;减速器;钻井技术;发展趋势中图分类号:TE921.2 文献标识码:A
TheDevelopmentTrendofTurbodrillingTechnology
CHENGHai,ZHENGWe-ijian,XIABin,WANGJia-chang,XIAOGuo-yi
(DrillingEngineeringTechnologyResearchInstitute,ZhongyuanPetroleumExplorationBureau,
Puyang457001,China)
Abstract:Theuniquefeatureofturbodrillingstringanddeceleratorareintroduced,andthepres-entsituationisgeneralizedinthispaper.Itisindicatedthatthistechnologycanraisedrillingrateeffectivelybyanalyzingthedevelopmenttrendandapplyforegroundofit.Keywords:turbodrillstring;decelerator;drillingtechnology;developmenttrend
具结构改进方面最突出的进步就是发展了带各种支承节的涡轮钻具,支承节平均工作寿命达到100h以上。在中东、埃及、地中海地区,采用减速器涡轮钻具配合311.15mm(12
英寸)PDC钻头技术在
井深1882~3048m井段,取得了钻头进尺1165.3m、纯钻进106.5h、机械钻速10.94m/h的良好效果。
在俄罗斯西伯利亚油田,减速器涡轮钻具不仅配合PDC钻头取得了良好效果,利用减速器涡轮钻具配合中转速牙轮钻头也取得了很好的效果。例如,在井深1626~3360m井段,用减速器涡轮钻具配合牙轮钻头钻进,钻压100~140kN,钻头转速
200~280r/min,使用127只牙轮钻头共钻进123062m进尺,平均单只钻头进尺达到969m,平均机械钻速达到8.35m/h[1]。
在国内80年代后期,减速器涡轮钻具经过国家/七五0科研攻关,研制成功了新型
1 涡轮钻具钻井技术的发展
前苏联的井下动力钻具使用得最早,发展得最快,技术水平也最高。20世纪50年代至70年代推广应用的复式涡轮钻具和带支承节的减速涡轮钻具及其在井下涡轮钻具的研究方面一直处于世界的前列。在前苏联,钻井工作量有70%以上是用涡轮钻具完成的,涡轮钻具的年产量达到1万余台/套,规格品种齐全,重点发展的是各种形式的低速大扭矩减速器涡轮钻具配合牙轮钻头钻井,已广泛应用于直井、定向井、丛式井、侧钻井等钻井作业方面,钻井主要技术经济指标都得到提高。
随着PDC钻头的飞速发展,美国、西欧也在大力发展减速器涡轮钻具,以适应定向井、丛式井及深井钻井的需要。使用PDC钻头钻井,其钻速随工作转速的提高而提高,与之相应,发展高速大扭矩减速器涡轮钻具成为重点。美国、西欧在减速器涡轮钻
收稿日期:2007-09-12
作者简介:成 海(1971-),男,湖南怀化人,工程师,1993年毕业于西南石油大学钻井工程专业,现从事石油钻井工程及
工艺技术的研究工作,[email protected]。
第37卷 第4期 成 海,等:国内外涡轮钻具钻井技术及其发展趋势
#29#
向井涡轮钻具以及带滚动轴承的独立支承节,工作寿命达150h,平均机械钻速4.7m/h,比转盘钻井提高1.5~210倍。近几年对
的轴向动载,是涡轮钻具的易损部件,单独成节,目的是便于检修和更换;减速器是涡轮钻具的核心部
件,主要作用是将涡轮节产生的高转速、低扭矩转换成为钻头的中低转速、大扭矩。
图2 减速器涡轮钻具结构
2 涡轮钻具的分类与特点
涡轮钻具按型式可以分为单节式,即只有一个涡轮节的涡轮钻具;多节式,即有2个以上涡轮节的
复式涡轮钻具;支承节式,即全部轴向推力轴承安装成专门单体的涡轮钻具。按名义直径可形成
。
2.2 工作原理
减速器涡轮钻具是在普通涡轮钻具的下方连接一个减速比为i的充油齿轮减速器,使涡轮钻具的转速降低至1/i,而涡轮钻具的扭矩增加i倍,从而实现大扭矩、低转速的动力性能
[2]
。减速器的齿轮
部分是处在封闭油腔内工作的,上部和下部各有一对端面密封,通过此端面密封,将密封腔外的泥浆和密封腔内的润滑油分隔开来。工作时涡轮节的输出功率经轴承节传给减速器的上部联轴节,经输入轴后到达行星减速部分,经行星齿轮减速后,通过输出轴传给轴承节,最后到达钻头。在减速器上部有一特殊的储油腔,当减速器密封腔内的润滑油漏失后,它可及时向减速器的密封腔内补充润滑油。因此,这种密封式的行星减速器工作寿命长,可以在200~300e的井下连续工作200h以上。
减速器涡轮钻具的最大优点是没有橡胶件,存放时间不受限制,最高工作温度可达150~250e。俄罗斯利用减速涡轮钻具的这一特点成功地钻完了一口12000m的世界水平超深井。
3 国外涡轮钻具的研究
3.1 涡轮钻具的研究应用
涡轮钻具自1923年由前苏联研制成功以来,得到了迅速发展,到20世纪50年代以后,涡轮钻井技术已成为前苏联的基本钻井方法,目前俄罗斯的涡轮钻具已发展到减速器涡轮钻具阶段。
1994年Neyrfor涡轮钻具公司在美国得州、路
图1 涡轮钻具组合结构示意
州和Mobile湾等地区的涡轮钻井作业达到5149h,总进尺约3万m,其中Mobile湾使用减速涡轮钻具钻井达2846h,比1993年提高了489%,总进尺达到15758m;1995年仅在Mobile湾地区,减速器涡轮钻井就超过4200h。
英国Drilexsystems公司的Red-iDill涡轮钻2.1 减速器涡轮钻具结构
减速器涡轮钻具主要由涡轮节、轴承节和减速器3部分组成,如图2。这3部分可分开,相互之间由螺纹连接。涡轮节是动力源,单独输出的转速较
#30#
石油矿场机械 2008年4月
义直径
3.2 高速涡轮钻具配合表镶金刚石钻头钻井技术
在硬塑性深井地层中,采用涡轮钻具配合表镶金刚石钻头高转速强化钻井,能够大大提高深井机械钻速。在美国加利福尼亚一口7445m的深探井中,采用高速涡轮钻具配合表镶金刚石钻头钻井技术,机械钻速达到0.762~1.067m/h,比牙轮钻头及金刚石钻头用转盘钻井时的钻速分别提高5~6倍和13~25倍。在欧洲采用涡轮钻具配合使用金刚石钻头,能够在高密度钻井液条件下将机械钻速提高到3m/h以上。
3.3 中高速涡轮钻具配合PDC钻头钻井技术美国在中高转速涡轮钻具配合PDC钻头钻井技术研究方面取得了显著成果。在美国墨西哥湾地区,采用抗回旋PDC钻头配合使用涡轮钻具,在中等硬度的页岩及研磨性强的砂岩地层中钻井取得了良好的经济效益。PDC钻头以剪切方式破碎地层,在大段、均质、低剪切强度岩层(如砂岩、泥岩、砂质泥岩或泥质砂岩、页岩等)中采用中高转速大扭矩涡轮钻具低钻压钻井,机械钻速比牙轮钻头提高2~3倍,综合钻井成本降低30%~50%。
3.4 中速大扭矩涡轮钻具配合新型高速牙轮钻头
钻井技术
近年来,以美国HughesChristensen公司为代表的研究人员在研究高速牙轮钻头方面取得了较大的成绩,特别是钻头轴承系统的密封技术取得了重大突破,推出了采用双金属密封的第1代金属密封环ATM系列牙轮钻头及单金属密封环的第2代Ultramax系列新型高速牙轮钻头,大幅度提高了钻头的工作转速。在深井钻井中,采用中速涡轮钻具配合高速牙轮钻头钻井,可大大提高钻头的机械钻速,展示了涡轮钻具驱动牙轮钻头的良好前景。
上只装有一种型号的涡轮定子和转子,而在实际钻井过程中,对涡轮钻具性能的要求是多样化的,单一型号的涡轮定子和转子很难完全满足钻井工程的需求。为此国内进行了积木式组合涡轮钻具研究,将具有不同性能的定转子组合混装,该设计方法有效地解决了钻井工程中的一些问题。4.1 积木式组合涡轮钻具
在正常情况下,涡轮钻具整机的使用寿命为800~1000h,但需检修5~15次。涡轮钻具检修的主要任务是更换涡轮钻具易损件扶正轴承和止推轴承。目前,检修涡轮钻具易损件推力轴承时必须将涡轮定子、转子、扶正轴承和止推轴承全部从同一轴上拆卸下来,然后用新的扶正轴承与止推轴承更换掉旧的已磨损或损坏的扶正轴承与止推轴承。由于每节涡轮钻具至少具有60~100级以上涡轮定子和转子,检修时要将所有的涡轮定子和转子先拆下,然后再装上,这样既费时又费力。研究并优化设计出的积木式组合涡轮节,将涡轮钻具中承担水力载荷和轴上零件自重的推力轴承组从每节涡轮钻具中分离出去,设计成一种独立的无易损件推力轴承组的长寿命积木式组合涡轮节,使涡轮钻具的安装、维修更加方便和快捷。积木式组合涡轮节是一种具有多级不同特性涡轮定子和转子的组合涡轮节,通过不同特性涡轮定子和转子的组合,可在多种转速实现空转,其结构简单,使用寿命长。4.2 涡轮钻具减速器[3]
涡轮钻具减速节与涡轮钻具传动轴二者合二为一时称为涡轮钻具减速器,其主要作用是将涡轮节旋转主轴的高转速、低扭矩运动变为低转速运动,同时成倍增加输出扭矩,承担钻压,驱动钻头转动以破碎岩石。减速器涡轮钻具主要由涡轮节和行星齿轮减速器2部分组成,行星齿轮减速器主要由输入轴、行星齿轮、输出轴等组成。减速器的齿轮部分是处在封闭油腔内工作的,由于减速器的径向尺寸受到井眼直径的限制,在有限的直径范围内,齿轮的模数不能太大,齿数不能太多,减速器采用4个行星齿轮将输入减速器中心齿轮的功率沿径向分为4部分。行星齿轮如图3。
普通
. 4 国内减速器涡轮钻具的研究
我国20世纪50年代从前苏联引进涡轮钻具生产技术后,发展缓慢,至今仍处于小批量生产试制阶段,重要原因是涡轮钻具转速高,扭矩小,型号单一,结构复杂,维修麻烦,与我国钻头发展水平不相适,
第37卷 第4期 成 海,等:国内外涡轮钻具钻井技术及其发展趋势
#31#
5 国内涡轮钻具钻井技术存在的问题和
建议
5.1 存在的问题
1) 目前使用的涡轮钻具结构陈旧,性能差,修理周期仅20~30h。
2) 类型单一,品种系列不配套,因而仅能用于浅层的造斜、扭方位等定向井作业,使用范围、效果及技术水平与国外差距较大。
3) 钻井泵及管汇系统的压力等级低。目前油田广泛使用的三缸钻井泵体积大,冲数低,工作压力低,新泵只能在21MPa下短期工作,在16MPa下
图3 行星齿轮
才能持久工作,而国外钻井泵能在27MPa下持久工作。
4) 由于缺少研发资金投入,因此涡轮钻具将难以走向市场转变为生产力,影响了涡轮钻具钻井技术的推广应用。5.2 建议
1) 加强低压降、大扭矩涡轮钻具的研究,增加现有涡轮钻具的尺寸系列和品种,以满足提高深井、难钻地层钻井机械钻速的要求。
2) 投资工艺较先进的长轴、深孔加工厂,以解决涡轮钻具的批量生产问题。
3) 在涡轮与螺杆同时发展的基础上,加大涡轮钻具的开发力度,特别是开发小尺寸涡轮钻具用于老井侧钻,在国外已成功应用。
4) 加强涡轮钻具轴承等易损件使用寿命的研究,提高钻具使用寿命,以满足钻井技术不断发展的需求,降低钻井综合成本。
5) 完善涡轮钻具钻井工艺,开发涡轮钻具钻井配套工具,改善涡轮钻具钻井条件,降低涡轮钻具制造成本,以提高涡轮钻具钻井的综合经济效益。
参考文献:
[1] 王 伟.国内外减速涡轮钻具的发展现状[J].科技资
讯,2006(27):44-46.
[2] 杨世奇,薛教松,蔡镜仑,等.涡轮钻井技术新进展
[J].石油大学学报:自然科学版,2002,26(3):128-130.
[3] 张晓东,金连登.井下减速器传动方案分析[J].石油
矿场机械,2007,36(12):1-3.
[4] 李 飞,谢庆繁,冯 定.新型减速涡轮钻具应用研究
提高涡轮钻具的性能一直是涡轮钻具研究的主要内容。随着钻井技术的发展,涡轮钻井技术应用范围不断扩大,同时对涡轮钻具的力学性能和运行的可靠性提出了更高的要求。涡轮的水力性能主要
取决于定、转子叶栅、叶型的水力性能,在传统的涡轮定、转子叶栅、叶型设计中,大多数依据叶轮机械的一元流动理论,用平均流面上流动代替涡轮内的三维、粘性、湍流流动,用平均流面上的进、出口平均速度代替分布速度,而定、转子叶栅、叶型的水力性能往往是凭设计者的经验设计,因此会出现一些设计缺陷。为了克服涡轮传统设计方法的局限性,国内目前以计算流体力学为基础研究涡轮钻具内部流体运动,采用三元流动设计理论,用粘性流体代替理想流体,用湍流代替层流
[4]
,研究跨叶片的流场及其
流体与叶片的相互作用,这种方法使得定、转子叶栅、叶型的水力性能设计更加符合涡轮的实际工作状况,如图4
。
图4 涡轮定子和转子
[J].江汉石油学院学报,2005,27(4):698-700.