硬质合金在牙轮钻头滑动轴承上的应用研究

在分析牙轮钻头轴承摩擦磨损机理的基础上，提出改进其轴承摩擦表面材料是提高其寿命的有效途径。通过对硬质合金的力学性能和摩擦学性质的分析，论证了硬质合金可以用于牙轮钻头滑动轴承摩擦表面，并提出了硬质合金脆性的解决方法。     

影响深井和越深井钻速的主要原因分析

由于深井、超深井地质情况不明，地质预告不准等原因，钻井过程中遇到的诸多复杂情况，使钻井速度大大下降。为此，分析了影响深井和越深井钻速的主要原因，认为：1．由于地质因素和井身结构设计不合理造成复杂情况影响钻速；2．国产大尺寸钻头结构单一，型号少，不能满足深井段地层岩性变化的需全；3．破岩机械能量不足；4．水力能量不足，井底岩屑清除不净；5在易斜地区，为了控制井斜被迫采用小钻压吊打；6钻井液性能及井眼净化不好，造成井下复杂情况；7深部致密硬塑性泥页岩地层难钻，造成钻速低；8．小井眼钻井装备不配套，影响深部小井眼钻速。     

提高大直径井眼机械钻速的几项措施

随着我国西部地区石油勘探开发的进展，5000－7000m的深探井所钻数量不断增多，套管程序增加，特别是大尺寸井眼所钻深度明显加大。由于国产大尺寸钻头结构单一、型号少，破岩机械能量和水力能量不足，在易斜井段目前尚无可靠的防斜保直措施，以及钻井液性能不适宜等原因，大尺寸井眼的钻这远远低于215．9mm井眼的钻速。据此，提出了几项可以提高大尺寸井眼钻速的措施：增加大尺寸钻头的种类，采用阶梯式扩眼钻头，强化钻井参数和水力参数，选用中速动力钻具，改善钻井液性能以及采用冲击旋转钻具等。     

JWZ250减速涡轮钻具在丘东10井的现场试验

中转速、低压降、高扭矩减速涡轮钻具配合高效优质ＰＤＣ钻头或高速长寿命ＡＴＭ、ＭＡＸ等系列牙轮钻头钻进,可大幅度提高大直径井眼的钻进速度。介绍了φ２５０ｍｍ减速涡轮钻具的工作原理及特点,及在吐哈油田正东１０井的试验情况。试验表明,减速涡轮钻具配牙轮钻头钻进比转盘旋转钻进的机械钻速提高 ２３０％;配 ＰＤＣ钻头钻进比转盘旋转钻进的机械钻速提高３３６％。从而缩短了钻井周期,节约了钻井成本,取得了较好的效果。     

连续管钻井水力加压器结构设计

连续管钻井过程中,底部钻具组合无钻铤,钻压施加困难。为此,设计了一种适用于88.9 mm微小井眼连续管钻井的73 mm三级水力加压器,建立了水力加压器串联在涡轮钻具上方时产生的轴向推力计算模型。为了延长水力加压器的工作寿命,设计了密封性能优良的车氏密封结构;主活塞杆与主缸体之间采用矩形花键连接方式,并进行了矩形花键连接副的接触应力分析。计算与分析结果表明,在钻井液排量5.0～6.0 L/s、密度1.05～1.20 g/cm3条件下可产生50～90 kN的轴向推力,完全满足88.9 mm微小井眼连续管钻井需要。     

螺杆钻具传动轴失效分析与提高寿命措施探讨

螺杆钻具的使用寿命直接影响着钻井施工速度。结合现场螺杆钻具损坏的统计数据,分析了螺杆钻具传动轴的失效原理,指出推力轴承是动力钻具最薄弱的环节。通过对各种推力轴承受力、润滑方式的分析,提出延长传动轴寿命的具体措施:采用力学性能较好的推力圆锥滚子轴承;采用储油密封补偿系统;控制泥浆含砂量。     

涡轮叶片型线结构对叶栅流场的影响研究

涡轮叶片型线影响涡轮液流压降变化和速度变化的平稳程度,从而影响涡轮水力能量转化效率。分析了涡轮叶片的结构参数,据此绘制出五圆弧叶型及三次多项式叶型涡轮的叶片型线,在此基础上,利用Fluent软件对常用的五圆弧叶型和三次多项式叶型的涡轮叶栅流场压力、速度变化进行了模拟分析。分析结果表明,三次多项式叶型涡轮的液流压降变化和速度变化比五圆弧叶型涡轮更平稳,因此前者的水力损失比后者更小,水力效率更高。建议涡轮钻具叶片型线设计时尽量采用三次多项式。     

机械式无线随钻测斜仪脉冲发生器结构优化

针对机械式无线随钻测斜仪在深井、超深井及高温高压井的井斜测量中存在钻井液脉冲压力低、脉冲信号弱及涡流现象严重等问题,采用Fluent软件模拟了脉冲阀和脉冲环结构优化前后脉冲阀最大直径处钻井液通过脉冲环节流孔位置瞬间的压力、速度和流线变化情况。数值模拟结果表明,结构优化后的脉冲发生器产生的脉冲压力更高、信号更强、涡流现象减少。因此,结构优化后的机械式无线随钻测斜仪在深井、超深井及高温高压井中测量的脉冲强度更高,工作寿命更长,测量更可靠。     

基于BP神经网络与遗传算法的涡轮安装角优化

为了进一步提高涡轮钻具水力性能,采用FINE/Design 3D平台,基于BP神经网络与遗传基因算法对某型号?178 mm涡轮钻具转子叶型安装角进行优化设计,优化目标为水力效率与扭矩。对优化过程中样本库进行分析,总结了?178 mm涡轮钻具水力性能随转子安装角改变的变化规律。经过优化设计,单级涡轮输出扭矩提升了3.06 N·m,水力效率提高了8.29%。流场分析结果表明:优化后叶片性能的提高主要源于抑制了转子叶型吸力面的二次流发展,以及增大了压力面与吸力面间的压差。研究方法可为今后涡轮叶片的优化设计提供新的思路。     

新型中高速牙轮钻头滑动轴承的现场试验

以研制和开发能与井下动力钻具相匹配的中高速滑动轴承牙轮钻头为目的，从牙轮钻头滑动轴承的材质选择入手，试制成以ＷＣ和ＷＣｏ类硬质合金为摩擦副工作面耐磨材质的新型滑动轴承，在充分进行室内实验的基础上进行了现场试验，为在油田推广使用该型钻头奠定了基础。