单弯双扶涡轮钻具造斜能力预测方法研究

针对以钻头中心点、双扶正器中心点的三点定圆法预测的单弯双扶涡轮钻具曲率而不是井眼的曲率,造斜率预测误差较大等问题,改用钻头中心点、双扶正器中心点所对应的井眼轴线上3点,利用上下扶正器位置及井壁间隙、结构角大小和位置、偏心块的位置和偏心距等影响因素建立三点坐标;根据三点定圆数学原理,建立井眼轴线三点定圆全坐标单弯双扶涡轮钻具造斜率计算模型;以3种涡轮钻具为例,计算分析结构角位置与大小、上下扶正器的位置及其与井壁之间的间隙、井眼直径、偏心块位置与偏心距的大小等因素对单弯双扶涡轮钻具造斜能力,从定性到定量影响的变化规律。由此建议将偏心块安装在靠近钻头或结构角处,增大造斜率,并对比分析确定了涡轮钻具s理论和模型预测的实际的转换系数在1.28~1.37的合理范围内,验证了模型的可行性。研究结果可为高温深井涡轮定向钻井提供参考。

54 mm涡轮钻具三维叶片造型设计与研究

针对涡轮转子不同半径圆柱层液体圆周速度不同,导致的液体与转子叶片产生冲击产生的水力损失问题,利用多截面造型方法建立了一种三维叶片涡轮。基于实际工况中从第二级涡轮开始,定子入口的流速是上一级涡轮转子出口流速,速度方向并不垂直于定子入口面这一情况,对现有的涡轮流道模型进行修正,建立了多级流道模型。通过数值模拟方法,对多级涡轮流道模型进行流场分析,得到中间一级涡轮的相关性能参数的特性曲线。研究结果表明:三维叶片涡轮压降更低,单幅涡轮压降减少约为12%;在最佳工况点处,三维叶片涡轮效率达到了60.25%,比直叶片涡轮高出约10%。考虑径向间隙对涡轮性能的影响,建立了相对应的流道模型,验证了方案的可行性。研究结果对涡轮叶片的设计和多级涡轮流场分析具有一定的指导意义。

涡轮钻具发展趋势

涡轮钻具因其耐高温、高转速的特性,使其在高温和硬岩土壤地层的钻井工程中起到了关键的作用,已成为目前高温高压油气井钻井领域中的研究重点之一。文章首先从涡轮钻具的发展历程入手,对涡轮钻具的分类做出了系统地概括,重点阐述了涡轮钻具的基本特性,并通过深入研究涡轮钻具的发展趋势和应用前景,进一步表明了该技术是提升钻井效率的最有效途径之一。文章最后还分析总结了涡轮钻具研究进程中所面临的若干问题,并根据当前我国相关领域的实际需求,为未来我国涡轮钻具的重点研究方向给出了建议。

应用CFD软件模拟Ф115mm涡轮钻具机械特性

应用CFD软件对涡轮钻具组的内流场进行了分析研究,重点讨论了模拟压降和扭矩。考虑容积损失和摩擦损失的影响,采用三元流动设计理论,用粘性流体代替理想流体,用湍流代替层流,研究跨叶片的流场及其流体与叶片的相互作用,计算压降的理论预测值与实测值非常接近,修正后的模拟扭矩基本等于对应转速下的实测值,模拟总效率曲线也与实测曲线基本吻合。通过模拟,获得了较详细的内流场数据,揭示了内流场与外特性之间的关系,进一步说明CFD的有效性,对改进涡轮机械性能指明了途径。

俄罗斯减速器涡轮钻具驱动PDC钻头在西西伯利亚油田的成功应用

涡轮钻具由前苏联研制出来以后,得到了迅速发展,目前已发展到减速器涡轮钻具阶段。现在,俄罗斯西西伯利亚地区普遍使用减速器涡轮钻具钻井,而减速器涡轮钻具驱动PDC钻头的使用还是空白。采用俄罗斯生产的几种不同型号的减速器涡轮钻具,在西西伯利亚进行了驱动PDC钻头钻井的阶段性试验。试验结果表明,在优选PDC钻头结构的情况下,用减速器涡轮钻具驱动PDC钻头,钻头进尺和机械钻速都较牙轮钻头有显著的提高,经济和社会效益显著。介绍了试验中使用的3种俄罗斯减速器涡轮钻具(TPM-195,TPⅢ-195和TPO3-195)的结构特点和主要技术参数。

涡轮钻具新型叶片型线研究及其计算机辅助设计

分析了液体在涡轮钻具叶片表面流动规律,得出高效率涡轮钻具叶片型线设计应该满足的必要条件。由此提出了一种满足条件的叶片型线模型,并根据叶片的几何关系给出了数学模型的求解方法,为提高现有涡轮钻具的工作效率提供了一种参考叶型。并应用Pro/E进行了三维特征建模,基于这种参数化的模型,直接和高级语言编写的应用程序接口,可实现自动修改实体特征。在此基础上,编制了涡轮钻具叶片设计软件,实现了涡轮钻具叶片的自动设计,提高了涡轮钻具的设计质量和设计效率。

TDR1-127减速涡轮钻具在塔河油田超深井的试验研究

为提高塔河油田超深井小井眼钻进速度,缩短钻井周期,设计并试制了一种具有金属密封的TDR1-127减速涡轮钻具,并在TH12509小井眼井中进行了试验,试验井段的钻速与同井相邻地层转盘钻井方式的钻速相比提高了80%以上,与邻井转盘钻井方式钻进相同地层的钻速相比提高了55%以上。理论与试验结果表明,TDR1-127减速涡轮钻具结构设计合理,工作寿命长,能够满足塔河油田超深井小井眼复合钻井需要,可进一步推广应用。

基于奇点分布法的涡轮钻具叶型设计

在高速及小直径涡轮钻具的叶型设计中,采用常规方法难得到令人满意的叶型,而采用奇点分布法来设计涡轮钻具叶型是值得尝试的。根据奇点分布法的设计流程,首先计算了涡轮钻具叶栅的叶片数、绕翼型环量、无穷远处均匀来流速度。其次,选取环量密度分布规律,设计了涡轮钻具的叶型骨线,并采用六次多项式对叶型骨线进行光滑。再次,根据翼型库中翼型的表达方式,研究了沿叶型骨线加厚叶型的方法,得到了有厚叶型,并确定了厚度圆与叶片吸力面和压力面型线的切点计算方法,提供了叶片在制造时的必需坐标点。最后,根据工程数据,设计了某型涡轮钻具的叶型,采用CFD软件对其叶型进行了流场仿真。仿真结果表明叶型性能优良,证明了奇点分布法在涡轮钻具叶型设计中的可行性,特别是对设计高速涡轮钻具更是一种行之有效的方法。

松科2井带涡轮钻具取心钻进探索

松辽盆地资源与环境科学钻探工程(松科2井)是目前我国最深的大陆科探井,施工目的是获取松辽盆地白垩纪地层原位、连续岩心,井底高温是其一关键工程难点。为克服地层高温、提高取心钻进效率,三开、四开中分别应用了不同结构、多规格的涡轮钻具进行取心钻进,探索出涡轮钻具取心钻进与全面钻进时工艺差别。针对涡轮钻具在取心钻进过程中出现大排量、高泵压、转速高、损岩心等问题,优化了钻具组合,并自主研制了小排量、全金属结构涡轮钻具,改进了配套单动双管取心钻具,使得涡轮钻具取心钻进能提高机械钻速的同时,也能确保岩心质量及采取率。

涡轮钻具复合钻井技术及其在塔河油田的应用

塔河油田是我国陆上开发难度较高的油田，井深一般在5000-7000m，因其钻井深度大，钻柱使用时间长，钻具受力状态复杂，极易发生钻具断裂失效事故，严重影响了钻井进度。涡轮钻具耐高温、对油基钻井液不敏感、能改善钻具受力工况和充分发挥钻头破岩机理，可以实现安全、快速、优质、经济的钻井，提高塔河油田钻井技术的整体水平和竞争能力。

川渝地区须家河地层涡轮钻具配套孕镶金刚石钻头钻井提速技术

川渝地区须家河地层研磨性强、硬度高、可钻性差、单只钻头进尺低、钻头消耗量大、机械钻速低、钻井成本高、针对上述难题,采用自主研发的涡轮钻具配合孕镶金刚石钻头钻井技术。经龙岗X1井的现场试验,单只钻头进尺392 m,纯钻时间240 h,平均机械钻速2.73 m/h,与邻井同层钻头对比,机械钻速提高95%以上,单只钻头平均进尺提高了334.1%。试验结果表明,涡轮配合孕镶金刚钻头钻井技术在强研磨性地层具有较好的提速效果,可为川渝、新疆等地区强研磨性地层钻井提速提供技术支持。

涡轮钻具四种涡轮叶型的台架试验

对最新研制的４种涡轮叶型进行的台架试验表明：浮动定子结构的涡轮副，具有级高小、在同一长度内可以装更多级涡轮、安装调整简便等优点，但有瞬时转速差较大、易导致定子销脱落、对载荷及钻井液密度都十分敏感等缺点；级高小的固定定子结构涡轮副若采用涡轮独立悬挂，可克服上述浮动定子结构的缺点，能获得较好的技术经济效益。

涡轮钻具在川西深井段的应用分析

目前川西深井钻井面临的主要问题是在须四、须三井段机械钻速不高,通过螺杆+PDC钻头、空气钻井等新工艺技术仍未能达到预期的效果。通过分析涡轮及孕镶金钢石钻头的主要性能,提出采用高转速涡轮+自锐孕镶金钢石钻头配套技术来解决川西深井钻井所面临的问题。同时,提出了相关的技术措施、施工方案及经济性评价。

涡轮钻具涡轮节模块化设计方法研究

针对面向现场应用的模块化设计方案特点 ,以模块化设计理论为基础 ,按总体功能将涡轮钻具涡轮节分解成一些具有特定功能的模块。介绍了模块卡片包含的内容和如何构造 ,最后形成模块库 ,实现了涡轮钻具涡轮节的设计数据多领域知识表达和产品结构模型的统一表达。建立了基于知识的模块化设计模型 。

基于三坐标测量机的涡轮钻具叶型测量与分析

涡轮钻具的核心部件为定转子,在定转子逆向工程研究和定转子精度检验中,均需测量定转子的叶片叶型。但是,目前还没有具有一定精度的相关测量方法。通过分析涡轮钻具定转子的结构特点,提出采用接触测量方式测量叶片叶型,以平均水力半径为切割路径去掉叶片叶冠而获得叶型,给出了测量叶型吸力面和压力面型线的方法。在获得测量数据点坐标的基础上,结合流体流动的要求,提出以点分组控制三次曲线的方法拟合被测叶片型线。利用该方法,测量了127.0mm涡轮钻具某型转子的叶片叶型,获取了被测叶型上196点的坐标值,并根据测点坐标值计算得到了叶片型线。实例证明,提出的方法可行,精度基本可以达到要求,可为涡轮钻具定转子叶片的测量检验或逆向工程设计提供技术参考。

利用涡轮钻具提高深井钻速的试验研究

分析了影响我国深井和超深井机械钻速的主要因素,并讨论了相应对策,比较了不同井下动力钻具的优缺点,提出我国应为充分发挥涡轮钻具钻井技术在深井和超深井中的优势创造必要条件。

涡轮钻具涡轮中的能量损失分析

分析φ240型涡轮钻具的试验效率曲线表明，涡轮中的能量损失主要是水力损失。水力损失包括叶型损失、冲击损失和瑞壁损失等。为了减少和预防各种能量损失，应合理选择涡轮叶栅的相对节距、定转子的径向间隙和轴向间隙：叶栅相对节距（叶栅节距与叶型弦长之比）应为0．65－075；定转子径向间隙应为1mm；轴向间隙应为14－16mm。同时还应使涡轮在最佳工况下工作，并采用先扩张后收缩的叶片通道。铸造涡轮时，应尽量使叶片表面光滑。

涡轮钻具研究现状

涡轮钻具转速高、耐高温性能好,配合孕镶金刚石钻头等高效钻头作业,是深层油气钻探、地热钻井和复杂难钻地层钻井提速增效的重要手段,同时也是配合连续管作业技术进行钻井和井筒干预作业的研究热点之一。介绍了VNIIBT和Neyrfor等国外涡轮钻具公司的先进产品及特点,从涡轮钻具整体结构改进、涡轮节效率提升和轴承寿命延长等3方面归纳了国内涡轮钻具研究所取得的成果。分析了目前涡轮钻井技术在国内油田现场的应用情况和特点,并总结了国内涡轮钻具技术的局限性,最后对国内涡轮钻具潜在的发展方向进行了探讨。研究内容可为我国涡轮钻具及相关技术发展提供借鉴。

涡轮钻具涡轮叶片造型设计新方法

涡轮叶片的型线对涡轮钻具性能影响很大。通过分析涡轮叶片型线对液流流动参数的影响 ,认为叶片型线上存在不连续的曲率是影响涡轮性能的主要因素 ,得出叶片压力面和吸力面型线应为单型线且具有连续三阶导数的结论。提出用五次多项式构造叶片型线 ,给出叶片型线与几何参数的关系、定量求解方法和叶片型线检验要求。 165涡轮钻具设计应用实践表明 ,采用这种新方法设计涡轮 ,可优化涡轮叶片形状 ,改进涡轮性能 。

新型减速涡轮钻具应用研究

在常规涡轮钻具基础上研制出的新型减速涡轮钻具,由涡轮节、支承节、减速节3部分组成,能使其原有的高转速降低到能满足高效钻头使用要求的中、低转速,而且相应地提高了其工作扭矩。减速涡轮钻具配合高效钻头技术在中原油田的应用结果表明,这项技术能大幅度地提高中、深井的机械钻速;具有较好的防斜打快功能,在西部新区山前高陡构造地层具有广阔的应用前景。