井下全金属非圆齿轮动力钻具设计与可行性研究

高温高压井下动力钻具受高温的影响,其所含的橡胶等不耐高温件的寿命会大大降低,进而严重影响井下动力钻具的性能和使用寿命。而全金属非圆齿轮钻具作为一种新型的全金属容积式动力钻具对温度的变化并不敏感,十分适合高温井下工况,具有良好的发展前景。本文介绍了非圆行星齿轮马达的基本原理和特性,调研了国内外非圆行星齿轮马达的发展现状,分析了非圆行星齿轮液压马达节曲线的设计和使用寿命等关键技术。在此基础上,开展了行星马达应用于井下动力钻具的可行性研究,研制了非圆齿轮动力钻具原理样机,提出了该钻具的研发建议与方向。并通过流体力学对该钻具的端面泄漏量进行了分析,得出了对端面泄漏量影响最大的因素为端面间隙的大小,然后对改进前后的结构分别进行了有限元分析,得出改进后结构的端面间隙为+0.11～0.18μm,远小于改进前的端面间隙-0.13μm,验证了该结构的可行性。     

全金属螺杆钻具研究现状与关键技术

螺杆钻具作为一种容积式动力钻具,具有良好的输出硬特性,是当前应用最广泛的井下动力钻具之一。螺杆钻具的耐温性是其研究的热点所在,可扩大其应用范围和延长工作寿命,在深部高温钻探领域,具有良好的发展前景。本文在阐明螺杆钻具的基本原理和特性基础上,调研分析了常规螺杆钻具的发展现状,重点调研分析了美国全金属螺杆钻具的研发现状与国内全金属螺杆钻具的发展,提出了全金属螺杆钻具的关键技术,为国内开展这项前沿钻具技术的研发提供参考。     

螺杆钻具转子系统不对中的故障产生机理与诊断

螺杆钻具是由多个可以旋转的转轴通过万向联轴器连接成的一个轴系,主要用来传递转矩从而带动钻头运动。但是在安装或者在万向联轴器自身磨损消耗下,钻具会出现轴线上的不对中,进而引发一系列故障,比如螺杆钻具的螺杆马达转子联轴器偏移、轴承移动、转轴发生形变、油膜失稳等,导致机器发生振动并造成一系列的危害。因此,在实验室条件下,研究井下动力钻具不对中的故障产生机理,掌握不同故障的特征,并及时进行故障诊断,对减小或避免由于转子联轴器不对中而产生的故障具有十分重要的意义。本文借助于DHRMT双跨转子台高度模拟井下的钻具故障,设置转子不对中的不同故障类型,通过实验获得钻具转子不对中故障造成的振动特征,为井下动力钻具设计及改进提供参考依据。     

螺杆钻具转子表面磨损规律研究

转子是螺杆钻具的核心部件,与定子相配合,决定了螺杆钻具的工作效率和动力性能。主要研究不同泥浆固相含量和添加剂对螺杆钻具转子表面磨损的影响,并设计了专用试验装置以模拟近井下条件工作时螺杆钻具转子的表面磨损情况,对其磨损规律开展研究,探索了转子在不同泥浆条件下的磨损规律,并结合相关磨损机理进行了进一步分析。初步发现了对硬铬镀层损伤较大的因素是泥浆固相与盐类添加剂,进而确定了硬铬镀层磨损的主要形式是腐蚀磨损,从而形成了对转子的制造工艺及使用方法的有益建议。     

井下动力钻具轴承发展现状调研

井下动力钻具用轴承承受着冲击、摩擦、腐蚀等恶劣工况,其可靠性和寿命对保障钻进的顺利进行至关重要,是井下钻具的关键部件之一。本文对井下动力钻具常用的止推轴承、扶正轴承进行了详细调研,分别对金属滚动轴承、滑动止推轴承和扶正轴承等发展现状、主要特点、发展趋势等进行深入分析,并指出了井下动力轴承的发展与改进方向,可为其选用提供参考。     

井下动力钻具微钻试验装置设计研究

井下动力钻具微钻试验装置是为研制新型动力钻具提供试验条件的关键装备,该装备用于原理样机的试验测试,可降低试验成本并缩短研发周期,试验测试结果可为全尺寸物理样机的制造提供参考。本文依据井下动力钻具的工作特点和钻具试验装置测试原理,设计了一套井下动力钻具微钻试验装置,该试验装置区别于常规和传统的微钻实验台,其采用数控闭环控制钻井液动力循环和钻压,实现了水力驱动与钻压给进的精确控制,并验证了井下动力钻具微钻试验装置的可行性,为水力驱动的钻具样机试验研究提供了平台。     

煤矿井下智能化钻探配套钻具研究进展

作为智能化钻探的重要组成部分,钻具系统的智能化对煤矿井下钻探的智能化发展起着至关重要的作用。为深入探究智能化钻具的发展方向,结合石油天然气行业发展经验,从定向钻具、随钻测量系统以及智能化钻杆、钻头等方面系统梳理了煤矿井下智能化钻探配套钻具的研究成果与技术特点,总结了存在的不足。指出目前煤矿井下智能化钻探定向钻具多以螺杆马达为主,主要研究集中于螺杆马达的线形设计、定子橡胶抗疲劳研究与不同工艺个性化定制,旋转导向钻具的开发与石油天然气行业存在较大差距,仅处于起步阶段;随钻测量系统可监测参数较少,监测的数据以轨迹参数为主,逐步加入了伽马地层识别,数据传输以有线与泥浆脉冲方式为主,存在数据容量小、传输效率低的问题,无线电磁波方式传输距离较短,仅能满足500 m以内钻孔;智能化钻杆研究主要为通缆钻杆的优化与改进,智能化钻头的研究尚未开展。为实现煤矿井下智能化钻探,提出开展以旋转导向为主,多种定向钻具综合运用的钻具定向系统研究;随钻监测系统应集成瓦斯监测、地下水探测及地应力感知煤矿钻进特种需求的功能,并配合多种传输方式并存的随钻测量系统研究以适配不同钻进工艺,同时提升传输速率,实现信息高速双向传输...     

我国煤矿井下近水平定向钻进技术的发展

煤矿坑道近水平定向钻进技术是钻探工程领域的一项新技术,主要应用于岩层和较稳定、较硬煤层的瓦斯抽放钻孔和地质勘探孔。简述了国内外煤矿井下近水平定向钻进技术的发展概况,对目前煤矿井下近水平定向钻进技术所采用的稳定组合钻具钻进和孔底螺杆马达钻进两种主要方法的特点与适用范围作了分析。结合我国煤矿井下地质条件、煤层特征和定向钻孔的技术要求,对我国煤矿井下定向钻进技术的应用提出了几点建议,并对我国煤矿井下定向钻进技术与装备进行了展望。     

Power Drive Xceed指向式旋转导向系统在渤海某油田的应用

通过对PowerDriveXceed指向式旋转导向钻具外部结构、内部组成以及工作原理的简要说明,对该钻具和泥浆马达钻具在安全性、时效性2方面进行了对比。最后通过PowerDriveXceed指向式旋转导向钻具在渤海某油田的应用,进行了其与泥浆马达钻具在轨迹控制、机械钻速以及近钻头连续井斜方位的对比分析,给出了渤海在水平井常用的泥浆马达钻具和PowerDriveXceed指向式旋转导向钻具的使用模式,为其它地区使用该工具提供了参考经验。     

液动螺杆马达与潜孔锤复合钻具的研究

螺杆马达与潜孔锤同属孔底动力机，复合起来难度较大。通过时钻具参数匹配、钻具的连接方式及水功率的消耗等问题的分析，对复合钻具研究的理论方法进行了探讨，提出了适合于科学钻探的复合钻具的两种模式。为进一步研究奠定了基础     

CYS-300型全液压地热水井钻机的研制

本文介绍了CYS300型全液压地热水井钻机的性能参数、关键机械部件结构及液压系统的设计。钻机选用齿轮泵作为液压系统动力元件,配合液压多路阀实现对动力头双液压马达和给进油缸等执行元件液压油的合流,通过液控二速阀实现动力头双液压马达的串并联工作,输出4种转速和扭矩,在满足钻机性能参数设计要求的同时,简化液压系统的设计,减少液压系统能量损耗,降低维护和使用成本。钻机采用油缸三链条倍速机构实现动力头的给进提升,具有结构简单、性能可靠、抗冲击能力强、提升平稳等优点。现场工程施工应用表明：CYS300型全液压地热水井钻机性能稳定可靠,工艺和复杂地层适用能力强,操作安全舒适,钻进效率高。     

永磁力矩电机在油气钻采井下工具中的应用及发展趋势

永磁力矩电机具有转矩密度高、响应速度快、过载能力强、高效节能等优点,是一种有着巨大发展潜力的动力驱动装置,在工业生产和日常生活等诸多领域具有广泛应用前景。针对目前永磁力矩电机在油气钻采井下智能工具中的应用概况及技术需求,首先简要介绍永磁力矩电机的结构组成及工作原理;其次阐述当前永磁力矩电机在油气钻采井下工具领域的应用情况,包括井下智能滑套、井下封隔器、井下配水器和井下防喷器,系统地介绍了各类井下工具的结构特点和永磁力矩电机的驱动特性,总结出永磁力矩电机作为井下工具的动力源,其结构尺寸主要受井下高温高压的密闭封装环境、油管直径和便于传动等因素的限制,在井下工具驱动中还存在永磁力矩电机的磁功率效率低、耐高温高压能力弱、电源可靠性低等主要瓶颈问题;最后基于这些研究现状和瓶颈问题,探讨今后该类电机在油气钻采井下工具领域的主要研究方向及发展趋势,建议开展增大永磁力矩电机单位长度输出力矩、耐高温设计、电源优化、新型永磁体材料研发等方面的研究,以满足井下工况需求,进一步扩大潜在市场。      

超深井高温钻井液技术概况及研究方向的探讨

[摘 要] 我国未来深部大陆科学钻探深度为12000m ～ 13000m,井底温度将达到350℃以上,钻井液将面临超高温高压环境,钻井液技术将面临严峻考验。本文重点介绍了国内外典型深井及超深井钻探和高温地热井钻探钻井液使用情况,提出了抗高温钻井液的主要技术难点是高温高压及污染条件下钻井液流变性、滤失量、润滑性控制。耐温250℃以上钻井液处理剂及体系、耐高温钻井液试验仪器和地面循环降温系统是超高温钻井液技术研究方向。     

超高压高低温钻井液流变仪的研究现状及应用前景

分析了新钻探形势下对钻井液流变性测试仪器的技术要求,介绍了当前主流进口高温高压流变仪的研发及应用现状,介绍了由我国自主研发的超高压高低温钻井液流变仪Explore 97的研究进展、主要功能、技术优势和应用领域,并与Fann iX77型流变仪进行了技术对比。     

FD-600全液压动力头反循环连续取样钻机研制与应用

文章结合国内外CSR取心技术的现状和所生产钻机的特点,为满足国内对空气反循环连续取样（心）、冲击回转、定向钻进等多种高效钻探工艺对钻机的需要,从钻机整体结构设计、整体布局进行详细考量,采用质量可靠的液压件、动力机等外购件,摒弃传统钻机设计周期长、动力小、机械化程度低、对地形和钻探工艺适应性低等特点,研制出了一台高效、可靠、机械化程度较高的FD-600型全液压动力头式反循环取样钻机。在3次野外生产试验中充分体现出了优越性,可满足砂金勘探、工程施工等取心钻探的要求。     

贵州省遵义县ZK1地热井钻井液技术

为了满足贵州省遵义县ZK1地热井钻进施工中引进的螺杆钻进工艺对钻井液性能的要求,应对该井复杂的地质条件,综合分析了地层的特征和复杂程度以及螺杆钻进工艺所需的钻井液性能参数,在实验室进行了钻井液配比实验。通过该井的应用实践,表明所采用的钻井液性能良好,适应性强,粘度适中,滤失量合理,形成的泥饼薄而致密,对防止孔壁的缩径垮塌起到了良好作用,减少了孔内事故发生率,对螺杆钻进能够提供足够的动力,完全能够满足螺杆钻进工艺要求,提高了钻进效率。     

冲击螺杆马达研制

针对常规单弯螺杆马达钻进硬岩层效率低、钻头和钻具消耗大的问题,采用在马达万向轴与钻头之间增加冲击机构的方法,研制了冲击螺杆马达,其具有冲击和定向双重功能。介绍了冲击螺杆马达冲击机构结构组成和工作原理、关键零部件设计、分析了冲击螺杆马达的特点。对φ89 mm冲击机构进行了室内试验,测得其冲击力峰值达到5 000~9 000 N,与理论计算结果基本一致,由硬质合金与轴承钢组成的复合结构的冲锤和砧体的耐磨性能达到了工业性使用要求。在晋煤集团寺河煤矿进行了现场工业性试验,钻进效率较常规单弯螺杆马达提高20%~30%。      

XLT-230型全液压旋喷履带钻机的设计

随着高压旋喷技术的发展,出现了新的双高压旋喷工艺即RJP工法,为了满足RJP工法施工的需求,设计研制了XLT-230型全液压旋喷履带钻机。该钻机操纵简单,满足RJP施工工艺,配套大扭矩、大通孔式动力头,具有间断提升、定向旋喷等功能,适合多种工程工况。详细论述了XLT-230型钻机的总体结构及技术参数、钻机主要部件的设计,介绍了整机的液压系统和电气系统。     

KT178型取心钻具在共和干热岩钻井中的应用

共和干热岩资源富集于花岗岩地层,硬度高,研磨性强,部分层段裂隙发育,取心困难。针对干热岩地层和取心需求特点,研制一套KT178取心钻具,并配套设计了孕镶金刚石取心钻头。该钻具为单动双管取心钻具,可配套井底动力钻具使用,设计中注重对钻具外管、卡簧等关键部件的强度校核。在GH-01井和GH-02井中,经过两轮实验和优化,钻具逐渐成熟,获取了较完整的岩心样本,满足干热岩勘探取心要求,具备了向页岩气、水资源勘察等具有间断取心需求的同类工程推广应用的条件。     

基于钻井液流变性的涡轮钻具性能预测研究

为探究钻井液流变性变化对涡轮钻具性能的影响,针对Ф89 mm取心涡轮钻具涡轮级进行叶片建模,采用CFX进行不同钻井液性质下的多级涡轮仿真。流场及数值模拟结果表明：随着钻井液粘度增加,涡轮级的转矩呈对数增长、压降增大,效率降低,钻井液在涡轮级的出口速度减小;而钻井液密度的增加增大了其在涡轮定转子中的流速及压降,同时涡轮效率有所提高。结果为优化涡轮叶片的设计提供依据;现场使用涡轮钻具,也应考虑其对钻井液流变性变化的适应能力,及时调整泵压、钻压保证最佳工况。