空气钻井中螺杆钻具输出性能研究

针对空气螺杆钻具在使用过程中难启动、扭矩不足等问题,为寻求螺杆钻具的最优性能,将空气螺杆简化为一个环形圆筒的等效模型,求出其当量直径,并结合一维可压缩流体的流动特性,求得井下螺杆的压降和实际进气量,进一步得到螺杆转速、扭矩等输出特性.计算结果表明,随着井深的增加,空气螺杆输出扭矩和钻速随之降低.     

气体螺杆钻具输出性能研究

气体螺杆钻具作为气体钻定向井和水平井的新型井下动力钻具,在使用过程中常常遇到启动难、扭矩不足等问题。输出性能的分析对其结构参数和钻井参数的选择有着重要的作用,应该考虑井下压力对气体螺杆钻具输出性能的影响。文中将气体螺杆简化为一个环形圆筒的等效模型,求出其当量直径,并结合一维可压缩流体的流动特性,求得井下螺杆的压降,进一步得到螺杆转速、扭矩等输出特性。研究结果为提高气体钻井中螺杆钻具的工作效率提供了理论依据。     

螺杆钻具特性分析

螺杆钻具采用容积式单螺杆液马达作为动力机。无工作液漏失、无摩擦的理想马达是不存在的。马达工作液的漏失使得螺杆钻具总效率降低，并导致其实际工作特性偏离理论工作特性。在相同负载下，马达副的配合间隙对螺杆钻具的流量—转速特性影响很大，配合过盈量在０～０．３０ｍｍ范围内，螺杆钻具的功率及总效率较高；对漏失量超过２Ｌ／ｍｉｎ的液马达，建议不要继续使用。负载（转子输出扭矩）是影响流量—转速特性的另一重要因素，试验表明，螺杆钻具在最佳工况时的扭矩是制动扭矩的５０％～７０％。按螺杆钻具在不同流量下的扭矩—转速特性，为适应牙轮钻头钻井工况的要求，设计马达时应尽量降低转速，提高输出扭矩。     

中空转子螺杆钻具外特性分析

对中空转子螺杆钻具外特性的理论分析表明，随马达压降的增加，马达理论转速和理论效率下降，理论扭矩增大；而马达的理论输出功率先随压降增加而增大，压降达到某一临界值时，理论输出功率达到最大，随后逐渐减小，直至马达停转。中空转子螺杆钻具马达的最大输出扭矩与泵排量密切相关，还受泄漏量的影响，即泄漏量增大最大输出扭矩就减小。中空转子螺杆钻具的临界排量随马达压降的增加而增大，是衡量其性能的一个重要指标。     

连续油管钻磨工艺螺杆马达特性分析及现场应用

针对连续油管钻磨过程中合理控制地面泵压和钻压难的问题,研究了连续油管钻磨工艺,结合容积式马达的工作特性建立了螺杆马达的理论和实际工作特性模型,比较了二者之间的差异,分析了螺杆马达结构、转速、扭矩、工作压差之间的关系。结果表明,螺杆马达具有良好的硬转速特性和过载能力,其转速和扭矩是两个相 互独立的参数,扭矩将随工作压差的增大而增大,转速不因负载的增大而降低;工作压差应作为井底工况的监视器和主要指标,钻压只能作为参考指标;螺杆马达工作时应合理施加钻压,尽量避免憋泵,憋泵时应先停泵,待泵压下降且稳定后再上提连续油管。现场应用表明,合理的回压控制和充分的工作液循环,是确保钻磨作业顺利进行,保证油气井高效开采的关键。     

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％。     

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。     

钟摆与偏轴钻具钻压波动规律对比试验研究

利用底部钻柱动力学研究试验装置对钟摆钻具与偏轴钻具的钻压波动规律进行了对比研究.结果表明,2种钻具钻压波动规律存在相同之处:①名义钻压一定,提高转速,2种钻具实际钻压略有降低,钻压波动幅度逐渐变大;②当名义钻压较低时,出现0钻压的情况;③转速一定,2种钻具实际钻压随名义钻压的增大而增大,钻压波动幅度逐渐减小.不同之处是:低转速低名义钻压、高转速高名义钻压时,偏轴钻具的钻压波动幅度比钟摆钻具大.     

旋转导向带挠性接头变刚度钻具组合的弹性稳定性分析

应用能量守恒原理,建立了旋转导向带挠性接头变刚度钻具组合的挠曲变形方程,根据旋转导向钻井作业实际状况,综合考虑钻压、转速、扭矩、钻具几何尺寸、钻具重量、井斜角和变刚度系数等因素对钻具组合弹性稳定性的影响,推导出了临界钻压计算公式。研究结果对于现场应用和理论分析均具有重要意义。     

不同流量下螺杆钻具特性分析及预测

螺杆钻具在不同流量下性能参数的预测在工程实际中倍受关注.在分析对比若干试验数据的基础上,总结出了螺杆钻具在不同流量下性能曲线的变化规律.指出输出扭矩、转速与压差的关系是决定螺杆钻具性能的关键;定子和转子之间的泄漏流量以及输出扭矩与有效压差(压差-启动压差)之间存在确定的对应关系,且该关系与入口流量无关;钻具启动压差随入口流量增加而增大.采用数值计算方法确定了这3种关系,并在此基础上给出了性能预测的数学模型.经对比,计算数据与实测结果基本相符,验证了该方法的正确性,为不同流量下螺杆钻具性能参数的预测提供了有效的方法.