等壁厚螺杆钻具定子衬套变形规律研究

研究了静压和压差对等壁厚螺杆钻具定子橡胶衬套变形规律的影响,并与常规螺杆钻具定子衬套做了比较。分析结果表明,静压和压差作用对等壁厚定子衬套变形规律的影响与常规定子衬套相比有很大区别,如等壁厚定子衬套弧底位移最大,弧顶位移最小,与常规定子衬套相反;等壁厚定子衬套变形受内压作用影响比常规定子衬套小,且随着压力增加,等壁厚定子衬套内轮廓线各点法向位移增加较均匀;与常规定子衬套相比,等壁厚定子衬套具有更高的抗压能力和更好的密封性能。因此,采用等壁厚定子衬套可提高螺杆钻具的工作效率和延长其使用寿命。     

螺杆马达定子衬套结构设计优化

常规螺杆钻具马达定子橡胶衬套为非等壁厚结构,定子橡胶衬套厚壁中心热聚集导致橡胶衬套物理性能减弱,从而发生失效。马达定子橡胶衬套结构的等壁厚设计改善了上述热聚集问题,但定子橡胶衬套的耐疲劳性能仍然不足,导致衬套掉胶现象发生。针对上述缺陷,设计了等应力螺杆马达定子橡胶衬套结构,采用流固耦合方法分析了等应力螺杆马达和等壁厚螺杆马达定子橡胶衬套最大承载点的应力变化,结果表明,等应力橡胶衬套结构最大承载点的平均应力降低了18%,应力幅值降低了38%,等应力橡胶衬套结构明显改善了定子橡胶衬套的耐疲劳性能。     

等壁厚螺杆钻具的研制与现场应用

为提高螺杆钻具的使用寿命,研制了等壁厚螺杆钻具。通过研究等壁厚螺杆钻具关键参数,确定了172mm等壁厚螺杆定子衬套厚度为10mm,定/转子头数比为5:6;室内等壁厚螺杆钻具与普通螺杆钻具的性能对比试验表明:同等条件下等壁厚螺杆钻具容积效率、转速、输出扭矩、总效率和输出转矩均优于常规螺杆钻具。在现场应用中,等壁厚螺杆钻具比常规螺杆钻具纯钻时间提高48.79%,机械钻速提高30%,进尺增加465.05m,取得了良好效果。     

预轮廓定子螺杆钻具性能研究

为了研究预轮廓定子螺杆钻具的性能,进行了整机台架试验、马达压降试验及定子温升试验。结果表明,预轮廓定子螺杆钻具比常规定子螺杆钻具有许多优点,例如,单级承压能力强,相同长度下提供扭矩大,硬特性好,耐温性能高。预轮廓螺杆钻具替代常规螺杆钻具,能为定向井、特别是短半径侧钻井提供强有力的钻井动力。实践表明,要充分发挥预轮廓定子的性能,必须在橡胶设计、注胶工艺及匹配零部件方面做相应的研究。     

等壁厚关键参数对螺杆钻具衬套性能影响研究和试验分析

根据Mooney-Rivlin双参数模型建立橡胶衬套本构关系,取橡胶泊松比为0.5,做不可压缩处理,确定弹性模量、剪切模量等相关材料参数.根据定子轮廓方程确定结构尺寸,建立定转子接触模型,完成等壁厚衬套厚度由5 mm变化到12 mm、马达头数为3∶4、5∶6、7∶8条件下等壁厚衬套性能对比分析,完成等壁厚衬套厚度、马达头数变化对螺杆钻具性能影响研究.根据计算结果优化钻具结构参数并完成等壁厚衬套试验分析,试验数据给出了压差由1.93 MPa变化到5.90 MPa时,扭矩、转速、容积效率、总效率的变化规律.等壁厚结构关键参数对衬套性能影响的计算结果,为确定制造参数、提高钻具性能提供基础.     

等壁厚螺杆钻具研制与现场试验

等壁厚螺杆钻具是近年来研制成功的一种新型螺杆钻具,具有单级密封压力高、转速低、扭矩大、曲率半径小、使用寿命长、耐高温和使用更加安全可靠等技术优势,适合在常规生产井、深井、斜井和定向井中使用,但国内刚处于试验研究阶段。在介绍等壁厚螺杆钻具国内外发展现状、基本结构与设计要点的基础上,指出了等壁厚螺杆的技术特点及与常规螺杆的主要区别,并在2个区块、相同井型进行了2种不同形式螺杆钻具的应用试验。现场数据分析表明,等壁厚螺杆钻具在不维修情况下,累计下井使用时间平均193 h,比常规螺杆提高40%以上,机械钻速提高22%。等壁厚螺杆钻具的使用寿命比常规螺杆钻具长,且能有效提高机械钻速、缩短建井周期,可以推广应用。      

等壁厚与常规井下螺杆泵对比分析

常规螺杆泵定子由于橡胶厚度不均匀致使其存在受力、散热和溶胀不均匀等问题,而等壁厚定子螺杆泵通过改变泵体结构,能够保证定子橡胶厚度均匀,从而改善了螺杆泵工作性能。采用ANSYS对常规螺杆泵和等壁厚螺杆泵的定子衬套进行受力和变形研究,找出了2种螺杆泵定子橡胶衬套在不同工况下的受力状态和变形规律,并进行了对比分析,得出了2种螺杆泵的截面型线的变形规律,为型线的设计提供了依据。最后对2种螺杆泵进行了室内性能对比试验,结果表明,在相同压力下,等壁厚螺杆泵的容积效率更高,且在许可的容积效率下,其承压能力更强。     

螺杆钻具定子橡胶类型与钻具性能分析

分别就螺杆钻具的不同使用工况对其定子橡胶性能的要求，以及目前可用作螺杆钻具定子的橡胶类型进行分析；认为对不同的钻井工况应采用不同种类、不同性质的定子橡胶，从而在不同的钻井工况下，选择使用不同的螺杆钻具，使螺杆钻具性能发挥得更好     

螺杆钻具的前沿技术

为了延长螺杆钻具的使用寿命、提高其输出性能、满足特殊钻井工艺及特定区块的特殊需求,对螺杆钻具的前沿技术进行了调研,分析了当前的研究热点,主要涵盖2个方面:①改进马达定子,包括等壁厚定子、定子橡胶新工艺新配方的研究;②传动轴总成的改进,包括推力轴承、径向轴承等新工艺新技术的研究。基于此,展望了螺杆钻具的未来发展趋势。     

螺杆钻具马达定子失效机理及措施分析

随着钻具应用数量的增多,钻具寿命的稳定性也越来越受到广大钻井工程人员的关注,其重要性直接影响钻井的设计及施工进度。螺杆钻具定子失效类型包括机械失效、疲劳失效、热失效、滞后失效、化学失效。通过分析失效原因,提出延长定子寿命的具体措施:①根据钻井参数确定马达的设计参数;②根据实际井况确定马达配合尺寸;③根据马达的实际状况做到与服务的井况相匹配;④采取措施严格控制马达的现场操作;⑤合理选择马达定子橡胶的材料;⑥加强定子橡胶内衬套检测手段,提高修复定子橡胶的质量;⑦重视钻井液中化合物对定子橡胶的影响;⑧树立延长寿命降低成本,实现生产者与应用者双盈的思想。