关于改进螺杆钻具性能结构的函

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螺杆钻具的应用现状及未来发展建议_李明谦

螺杆钻具的应用现状及未来发展建议_李明谦

!专题综述#螺杆钻具的应用现状及未来发展建议李明谦 黄继庆(大港油田集团中成机械制造有限公司) 摘要 随着钻井工程的快速发展,螺杆钻具也有了长足的发展,目前国产螺杆钻具在国内市场已基本占有主导地位,较好地满足了我国钻井工程的需要,但还存在许多不足之处。

在重点介绍了我国螺杆钻具发展现状的同时,还指出了我国螺杆钻具存在的问题,并针对这些问题,提出了我国螺杆钻具今后的发展建议。

关键词 螺杆钻具 应用现状 发展建议 自20世纪80年代以来,随着钻井工程的快速发展,作为80年代石油工程三大技术(P DC钻头、MWD、井下动力钻具)之一的螺杆钻具[1]也有了长足的发展。

国产钻具走过了从无到有从弱到强的过程,国产螺杆钻具在国内市场基本上占有主导地位,较好地满足了国内钻井工程的需要,但国内钻具由于种种原因,还存在着许多不尽人意的地方,如寿命不稳定、钻具的选择性差及钻具管理混乱等。

因此,需要对钻具的整体情况进行分析,包括设计、制造、使用及钻具档案管理等全过程管理,找出差距,为解决螺杆钻具的问题指明方向,以实现国产钻具的再发展。

我国螺杆钻具的发展现状我国的螺杆钻具伴随着钻井工程的需要,适用领域不断扩大,已由起初的定向井、大位移斜井、水平井及一般直井,发展到近些年的大规模推广的直井复合钻井及河流穿越工程等领域。

螺杆钻具技术得到较大的发展,主要表现在:尺寸规格更加系列化,尺寸由 54mm扩至 286mm;性能参数更加细化,同一种规格有多种不同性能参数钻具适应不同钻井参数的需要;在结构上,不同结构适应不同的钻井方式;在钻井的寿命方面,优化后的钻具方案可满足不同工况的钻井需要等。

从钻具的4大部分的发展状况来看,具体反映了钻具整个发展情况。

11旁通阀总成近年来旁通阀总成结构未有大的发展,基本上是维持了阀体、阀心、阀套、弹簧及密封圈的结构。

问题是:阀总成本身经常开启,易造成阀心、阀套及阀体内侧过渡冲蚀,增加易损件更换频次。

21马达总成马达总成作为衡量螺杆钻具制造水平的核心部件,从引进之初,就作为各制造厂重点研发的对象,因此,发展相对较快,具体情况如下:(1)基本理论上还是延续万邦烈教授的理论[2],线型还是保持圆弧和原摆线的线型,虽有应用圆弧和短副内摆线的线型,但应用厂家很少。

螺杆钻具推力轴承受力分析与改进设计

螺杆钻具推力轴承受力分析与改进设计

螺杆钻具推力轴承受力分析与改进设计第37卷?第10期?2015-10(上)?【113】螺杆钻具推力轴承受力分析与改进设计Mechanical analysis and improved design for the thrust bearings of screwdrill玄令超,管志川,张会增XUAN Ling-chao, GUAN Zhi-chuan, ZHANG Hui-zeng(中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛 266580)摘要:在钻井工作时,螺杆钻具通常承受大幅波动的轴向载荷,推力轴承作为传动轴总成的重要组成部分,是最易损坏失效的部位之一,这是由推力轴承的自身结构和工作环境决定的。

本文利用有限元软件ANSYS-Workbench对常规LZ172螺杆的推力轴承的受力情况进行了仿真分析。

结果表明:推力轴承顶层滚球应力峰值最大,波动也最为剧烈,这表明顶层滚球最易损坏,多层推力轴承分析应该着重考虑顶层滚球的应力分布情况;高钻压情况下,滚球的应力峰值迅速增加,各个滚球承担载荷不均的情况更明显,应尽量避免高钻压钻进;随着滚球直径的磨损,滚球应力峰值存在大幅波动,设计新型滚球推力轴承串时,可以优先考虑滚球直径18.4mm,相同载荷情况下可以降低推力轴承滚球的应力峰值。

设计了一种螺杆钻具用圆锥滚子轴承,圆锥滚子轴承的应力峰值相对于滚球轴承大幅减小,该轴承可承受更大的轴向载荷,可以降低螺杆钻具发生井下事故的几率。

关键词:螺杆钻具;推力轴承;有限元;仿真模拟;圆锥滚子轴承;结构改进中图分类号:TE242;TH133.3 文献标识码:A 文章编号:1009-0134(2015)10(上)-0113-04Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2015.19.29收稿日期:2015-05-09基金项目:国家科技重大专项“西部山前复杂地层安全快速钻井技术”( 2011ZX05021-001)作者简介:玄令超(1988 -),男,山东泰安人,博士研究生,研究方向为井下系统、信息与控制工程及钻井提速工具研究。

螺杆钻具的前沿技术

螺杆钻具的前沿技术

5 /6 106 1. 8
1. 3 1. 3. 1
传动轴总成的前沿技术 油密封传动轴总成
向和轴向载荷。 北京石油机械厂自 2002 年承担伊 朗空气钻井项目以来,成功研制并应用了系列油密 封传动轴总成。 1. 3. 2 径向轴承及推力轴承 为了满足重载荷和腐蚀性的工作环境 ,径向轴 承和推力轴承需要不断提高表面硬度 、心部强度和 耐冲蚀腐蚀能力。 在径向轴承方面, Dyna Drill 公司的 Matrix - 3 径向轴承结合冶金、钎焊技术,在抗腐蚀的镍铬基 体上熔合碳化钨颗粒,形成致密的扩散层,孔隙度 < 2% ,处理层与金属基体间为冶金结合, 结合强 度 > 480 MPa,处理层厚度为 0. 50 ~ 6. 35 mm, 有 很好的抗冲蚀腐蚀、耐磨耐机械疲劳能力。 PDC 径向轴承 ( 聚晶金刚石复合材料径向轴 承,见图 3 ) 的核心技术是聚晶金刚石的烧结工艺
(
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2011 年
第 39 卷
第9 期

萌等: 螺杆钻具的前沿技术
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为频率因子,E a 为表面活化能, R 为气体常数, T 为绝对温标) ,其耐温性能由高分子结构、 硫化体 系、防老剂和增塑剂等因素决定。而对于丁腈橡胶 而言,选择合适的硫化体系最为重要。 通过选择合适的硫化体系和添加剂, Schlumberger 公司的 HN234 定子橡胶可以适应最高 175 ℃ 的井底温度。Roper Pumps 公司在 ER2 橡胶基础上 针对高温井况改良设计了 DragonSlayer 橡胶, 使其 在耐油耐溶剂的同时可以耐受高温 。国内辽河、大 庆、吉林、四川和新疆等区块应用高温螺杆钻具较 多,目前国产优质高温螺杆钻具可在 150 ℃ 井温下 使用 150 ~ 300 h。 1. 1. 4 耐磨砺橡胶 在钻井液中固相含量较高或高压重载情况下, 定子橡胶将会发生较大地磨损,并最终导致马达效 率降低、输出功率不足和定子橡胶失效; 在国内特 殊区块,环境风沙较大且采用清水钻井液 ,导致钻 井液中含砂量较高,对定子橡胶的磨损比较严重。 目前解决定子橡胶耐磨砺的问题有 2 种途径, 一种是设计更高输出性能的马达总成 ,另一种是研 制耐磨砺的橡胶配方。 前一种途径中, ESX 是 Dyna Drill 公司为低速 牙轮钻头和 PDC 钻头设计的大扭矩螺杆钻具, 结

高效导向螺杆钻具的研究与应用

高效导向螺杆钻具的研究与应用

高效导向螺杆钻具的研究与应用在井眼轨迹控制过程中,进行滑动导向与复合钻进时,利用常规导向螺杆会出现钻头加载困难以及形成螺旋井眼的问题,从而对井眼轨迹的控制效果产生影响。

为解决该问题,以前用过宽带的直棱和螺旋稳定器,本文特针对导向螺杆的结构做了改进与创新,准备在螺杆钻具驱动头位置设计带宽很窄螺旋稳定器。

本文就针对改进后的导向螺杆钻具进行讨论。

关键词:导向螺杆;井眼轨迹控制;钻具一、高效导向螺杆钻具由于利用常规螺杆会出现钻头加载困难、形成螺旋井眼等问题,因此对其进行结构创新,即在螺杆钻具驱动位置设计一种受螺杆钻具驱动旋转的窄带螺旋稳定器,其主要作用包括:首先,作为底部钻具组合的近钻头支点,从而有效的提高BHA的滑动导向能力;其次,近钻头近满眼设计可以修正井壁;最后,滑动导向钻进过程中,近钻头稳定器处于旋转状态,与常规的导向螺杆钻具相比,近钻头稳定器的滑动阻力更小,所以拖压问题即可得到彻底解决。

这种导向螺杆的结构变化使得钻井过程中BHA的力学特征发生了改变。

二、高效导向螺杆钻具的承载能力改变了高效导向螺杆钻具的结构,相应的就会改变钻进过程中螺杆钻具的受力特征。

传动轴是轴力与扭矩的核心承载部件,其有着十分复杂的受力特征,也是螺杆钻具中最薄弱的环节,所以要对其强度特征做全面分析,并提出结构优化方案。

下面以172mm高效导向相钻具为例进行分析。

(一)传动轴强度的计算模型下图1为172mm高效导向螺杆钻具的传动轴结构参数与边界条件:图中各段的长度分别如下:L0=500mm、L1=180 mm、L2=420 mm、L3=400 mm、L4=360 mm;传动轴的外径尺寸为80 mm。

可以通过ANSYS软件进行螺杆钻具几何模型的建立,并划分网格。

钻头左端固定,传动轴联轴器部分铰支,对Y方向的自由度加以约束。

以螺杆钻具轴向载荷传递特征为参照,将轴向均布载荷q加载于图中所示台阶面上,再以传动轴的工作原理为基础,分别将径向均布线载荷q1与q2施加于图中轴上对应的位置,传动轴右端施加扭矩。

螺杆钻具马达线型优化设计方法的研究

螺杆钻具马达线型优化设计方法的研究

螺杆钻具马达线型优化设计方法的研究
螺杆钻具由于其结构和性能方面的优点,近几十年来,在钻井、修井、石油天然气钻采机械及机床加工等方面应用越来越广泛,螺杆马达是螺杆钻具的主要动力部件,它由转子和定子两部分组成,而转子和定子的线型质量决定着螺杆马达的工作性能。

随着螺杆线型的多样化、专业化,传统解析式型的求解方法存在设计难度大、参数不方便调整等缺点,为此本文根据马达运动原理,用数值方法解决螺杆马达线型的优化设计,对离散点进行拟合,具有重要的理论和现实意义。

本文应用啮合理论原理,采用样条函数作为拟合曲线,进行数值分析,得到离散的定子与转子共轭线型。

通过选定目标函数,对影响因子较大的条件进行约束,实现优化设计模型。

以简单函数寻求解析解的方法为基础,扩散到以数值分析为基础寻求优化解的范围。

将简单函数求解法与样条插值法进行比较,从而证实优化方法的有效性与可行性。

同时,通过拟合曲线的实现证实所选样条函数的优越性,实现由转子到定子的转化,并利用对称性将半周期图还原为全周期图。

最后用实例进行验证分析,证实所选拟合曲线的正确性以及优化方法的合理性与准确性。

本文对螺杆钻具马达线型优化设计提出了数值优化方法,有利于线型工作的进一步开展和研究,为实际生产工作奠定了理论基础,起到一定的推动作用。

螺杆桩机钻杆接头强度分析及改善对策研究

螺杆桩机钻杆接头强度分析及改善对策研究

工 况 2 三 环 减 速 箱 改 用 Z S 6 0 9 ,使 用 的 电 机 : ZH 7—2
Y 1 M一 — 5 W,输 出 的有 效 扭矩 14 N,生 产 的螺 纹 35 8 7k 8k
1 结构 及 工况 简 介
11 螺 杆 桩 机 钻 杆 结 构 图 .
钻 杆 结 构 如 图 l 示 。接 头 1为 外 六 方 接 头 , 接 头 所
o e pa t,a a e t e c s fm a e a s ft rs nd s v h o to t rl . h i
Ke r s rl ie ons tes a g ele ogd i ywo d :di p it;s s;fi f ;fre —mme aeq e c ig lp j r t u i i d t u n hn
第 2 5卷 第 4期
21 0 2年 7月
机 电 产 品 开 发 与 钏 新
De eo m n & In v t n o a hn r & E e t c l r d cs v lp e t n o ai f c iey o M lcr a o u t i P
VO. . . I 25NO4
o rw l a hneSdi ie fs e pi m c i rl pp .Ta e srngh a d ft uea ay i ac r i o sa c n y i a d bai g Ot t O kn fwo kng c d— c e l k te t n a g n lss c o dng t tt sa a ss n sn lw idso r i on i i l i
T eSr n t ay i a d Ree r hn n I p o igM eh d fDrl P p on so ce P l a hn h te ghAn lss n sa c igo m r vn t o so i ieJ it f r w i M c i e l S e

螺杆钻具的应用现状及未来进步趋势分析

208研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新中国设备工程 2019.03 (上)随着打钻油井的方法及自身技术的提升,螺杆钻机作为这项常用的工程技术,自身也有了很大的技术提升。

国内钻机阶段经历了从无到有,从弱到强的很快进步,国内螺杆钻具在国内市场占据主导地位,差不多处理了国内打钻油井方法工程的要求,但国内钻井工具因为多种缘故,有很多的问题,如不稳定、选择的钻井工具与刀具寿命存在管理方面的混乱现象等,有必要分析钻井工具的特点,包括钻具设计、制作、运用、档案管理的全套阶段的管理控制,发现差错的地方,指出处理螺杆钻具问题的方向,从而实现国产钻具的再开发。

1 螺杆钻具的进步现状近年来为满足钻井工程的需求,螺旋钻在中国的应用领域不断扩大,已由最初的定向井、多位移斜井、水平井与一般垂直井向多规模方面扩展,出现复合钻井与河流穿越工程。

螺杆钻机技术的进步体现在以下几个方面:尺寸规格从54mm 扩大到286mm,各方面参数更加详细。

为了满足不同钻井参螺杆钻具的应用现状及未来进步趋势分析刘立江(奥瑞拓能源科技股份有限公司,河北 廊坊 065099)摘要:随着钻井工程的快速进步,螺杆钻机也取得了很大的效果。

现在国内自产的螺杆钻机在国内很多领域已经符合了中国钻井工程的相当多的需求,但依然还有很多不满足的地方。

本文给出了一些国内螺杆钻具的底层进步情况,同时指出了国内螺杆钻机存在的问题。

关键词:螺杆钻具;现状研究;进步建议中图分类号:TE921 文献标识码:A 文章编号:1671-0711(2019)03(上)-0208-02数的需求,在一致规格下有许多不同的参数。

在构造上,分析了不同的构造以及不同的钻井方式;在钻井寿命方面,优化后的钻井方案能够满足各种工作情况下的钻井需求。

从钻头的4个方面的进步能够看出,整个钻头的进步在此能够具体的表现出来。

1.1 旁通阀总成近年来,旁路阀总成的构造没有得到很多的进步,底层上保持了阀体、弹簧、密封圈、阀心、阀套的构造。

空气螺杆钻具应用现状及改进建议_徐鹏

1) 密 封 电 池 可 允 许 的 运 行 范 围 为 15℃ ~ 50℃ ,在 20℃~25℃范围内使用将获得最高寿命。 脱水站在 UPS 房配置了空调,需要全天候控制好房 间内的环境温度和湿度。
2)在放电率和时间一定时,放电深度越浅,电 池周期寿命越长,免维护电池在 25℃情况下 100%深 度放电周期寿命约为 200 次,每月发电一次,时间不 超过 20 min 以防极板氧化,作好放电记录。
1.2 马达
与泥浆马达一样,气体钻井也采用一种摩里式 马达。新型空气螺杆钻具的马达采用 8 个叶片定子和 7 个叶片转子。
1.3 万向节壳体/总成
万向节壳体是一种专用的偏斜短接头,又称可 调起斜接头(AKO),其可调最大倾斜角度为 2.75°, 使用中可在 0~2.75°之间任意变化。
1.4 万向节
3.6 研制大功率的压缩机和增压机
由于气体的可压缩性,在压缩过程中大量压缩 功储存到气体中,同时由于温度降低,压缩气体就 会散失大量能量。把空气用作钻井介质,要达到钻
井液马达的要求就需要大功率的压缩机和增压机。
参考文献 [1]苏义脑. 螺杆钻具研究及应用[M]. 北京:石油工业出版
社,2001. [2]Willam C,Lyons, Boyun Guo, Frank A.Seidel.空气和气体
1 空气螺杆钻具基本结构和特点
空气螺杆钻具作为一种专门研制的泵式定向钻 井马达,其主要部件是为适应气体钻井环境而专门 设计的。它的结构包括:可调弯接头、马达、万向 节外壳/总成和轴承总成。
1.1 可调弯接头
可调弯接头有 1 个 API(美国石油学会)标准的母 扣端,通常用于低 — 中曲率造斜,即造斜率为 (0~12°)/30 m, 其 也 可 和 可 调 起 斜 接 头 一 起 使 用,产生 20°/30 m 的造斜率。

等壁厚螺杆钻具的结构及现场应用效果分析_尚鑫

《装备制造技术》2014年第4期螺杆钻具是我国在上个世纪八十年代从国外引进的一种动力工具,主要被用于石油钻井和修井等方面,并在广泛的应用的过程中得到了快速发展。

近年来,受石油钻井施工环境的影响,复杂的分支井和水平井的钻井施工给螺杆钻具带来了巨大的挑战[1]。

由于传统螺杆钻具的马达定子衬套是螺旋状的设计,马达的长度和尺寸较大,且厚度不够均匀,如果长时间进行水平井和分支井等复杂的钻井施工,就会出现承压能力降低、变形、磨损以及折断等现象,因此,不但影响了钻井效率,还大大增加了钻井成本。

等壁厚螺杆钻具作为一种新型的动力钻具,具有抗高温、转速低、长度尺寸小以及功率大等特点,可以在复杂的分支井和水平井钻井施工过程中长期使用,并取得了良好的应用效果。

等壁厚定子技术是螺杆钻具技术的革命性突破,该技术的核心结构改变现有常规螺杆钻具定子钢管结构,采用预成型技术加工出定子螺旋啮合线型,使螺杆钻具定子橡胶等壁厚,极大的改进了螺杆钻具的性能,提高了使用寿命。

1等壁厚螺杆钻具概述1.1等壁厚螺杆钻具的整体结构等壁厚螺杆钻具(如图1)主要是由旁通阀总成、传动轴总成、万向轴总成、马达总成等几个部分组成,其核心部件是马达总成。

1.2等壁厚螺杆钻具的结构特点(1)传动轴总成。

等壁厚螺杆钻具的上硬质合金径向轴承是通过限位结构进行固定,这样可以有效地防止不断运行过程中出现的轴头损害和断裂的情况,并且可以在传动轴断裂时起到防掉的作用。

等壁厚螺杆钻具的下硬质合金径向轴承动套是通过过盈配合的方式与传动轴进行连接,下硬质合金径向轴承静套通过螺纹连接的方式与传动轴壳体进行连接,这样就可以防止施工过程中因产生的振动和摩擦力较大而出现松动的情况[2]。

此外,等壁厚螺杆钻具在传动轴的设计上摒弃了以往的台肩定位,改用大的圆弧进行过渡的方式,并除去上面的螺纹,从而实现轴体应力的平均分布,避免裂纹的产生。

等壁厚螺杆钻具的防掉系统是由下硬质合金径向轴承和锁母组成,并使用螺纹的连接方式,这样可以大大提高防掉性能。

助排渣耐高压螺旋熔覆棱钻杆的改进

关键词钻杆松软岩层瓦斯抽采螺旋熔覆棱 中图分类号64-%&%!!!!!文献标识码7!!!文章编号#""$ !5!8(!"#$)"# ""-- "!
#!引言 在煤矿采掘过程中"瓦斯是最大的威胁"瓦斯抽
放是解除这种威胁最有效的措施"钻孔是瓦斯抽放 的基础和关键!目前"国内松软突出煤层钻进存在 两个突出问题#一是深孔钻进困难"尤其是在地应力 高的区域"容易出现塌孔和卡钻现象"造成钻孔成孔 率低$成孔深度浅"钻孔深度又决定着瓦斯抽采的范 围和效率,二是存在钻进过程中出现局部塌孔而引 起的抱钻杆现象"堵塞排渣通道"轻者卡钻$丢钻"严 重时"持续钻进会造成摩擦发热引起煤和瓦斯的燃 烧爆炸"从而造成重大安全事故!
但是"在实际使用的过程中发现上述两种形式 的钻具都存在着致命的缺陷!由于流体排渣通道小 和吸钻的原因"难以直接用来实施流体与机械排渣 协同排的外表面加工有螺 旋沟槽"减少了钻杆的截面面积"并且会产生应力集 中的现象"钻进过程中钻杆更容易被折断!
第二种形式的钻具"缠绕的螺旋凸棱钢条多为 普通低碳钢"而且焊接的方式一般采用普通的电焊 或者二氧化碳气体保护焊"强度达不到或者强度不 均匀$不可控"在钻进过程中螺旋棱条很快会被磨损 或者断裂脱落"另外缠绕螺旋凸棱再焊接加工方式 生产效率极低"经济效益低下!针对实际工况中所 遇到的问题"我们进行了创新性的研究与应用"突破 了制约在松软突出煤层中钻进困难的技术瓶颈!经 现场实际应用"使用该新型钻杆可以有效提高钻进 速度和成孔长度"并且显著减少了卡钻$丢钻现象" 提高了瓦斯治理水平"其经济效益和社会效益都十 分显著!
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关于改进螺杆钻具性能结构的建议
鉴于前段时间螺杆钻具在你处使用出现传动轴断裂、钻具进尺不理想、一次性使用钻具砂堵的现象,现结合实际使用情况,我技术部门经认真研究决定后对原产品结构设计进行了更改,原加工材料也相应作了调整。

具体更改及调整数据如下:
5LZ65*3.5II螺杆钻具
改进效果:
改进后的5LZ67*3.5I螺杆钻具能有效的防止钻具连接部分脱扣、提高了钻具的承压能力、减少了因施压过大带来的连接轴断裂、延长了使用寿命。

提高了工作效率。

螺杆钻具9LZ100*3.5IV
改进效果:
改进后的9LZ100*3.5FS螺杆钻具能有效的防止钻具连接部分脱扣、提高了钻具的承压能力、最大限度的提高钻进进度、防止了因停钻而造成的液体反压回流导致马达、旁通阀总成的砂堵.从而避免了一次使用钻具就报废的局面。

延长了使用寿命最大限度的节约了生产成本。

声明:
以上俩项产品技术改进为本单位研发革新,任何单位不得仿造。

推荐使用部门:
盐城市东荣石油机械厂
年月日。

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