涡轮钻具涡轮节设计.doc

105涡轮钻具涡轮节设计 1.选题背景 1.1课题的相关情况 本课题是来源于老师的课题研究，目前,随着石油、地质探井钻井深度不断加深，小井眼钻井特别需要小尺寸的井下动力钻具，而螺杆钻具在深井高温下工作可靠性差，因此，设计开发小规格的新型涡轮钻具，对于满足深井钻井需要，加快石油勘探速度具有重要的意义。 1.2涡轮钻具发展现状 国外将井下马达、ＰＤＣ钻头以及MWD(随钻测量技术)誉为80~90年代钻井三大新技术。井下动力马达与转盘钻井相比，其优点在于能把破碎岩石的能量集中在井底，机械钻速高。可以降低每米钻井成本，缩短建井周期。此外，钻杆转速低或基本不旋转，这样可以减轻钻杆和套管的磨损以及应力破坏。 近十年中，国外的涡轮钻井技术发展迅速，除俄国最先广泛采用涡轮钻井技术外，西欧、北海油田和中东地区涡轮钻井的进尺逐年增加，一向不太重视涡轮钻井技术的美国，从80年代末到现在，涡轮钻井技术也得到了蓬勃的发展。目前国外采用的涡轮钻具一般能节省钻时50%，节约钻井成本1/3。 而在我国，从五十年代中期便开始引进苏联的涡轮钻具，先后在四川、玉门等油田广为应用。目前我国已经具有制造常规复式涡轮钻具的能力，还能设计制造带减速器的涡轮钻具及定向井和水平井用的短涡轮钻具。可以说，我国涡轮钻具已达到或接近国外同类产品的技术水平。 1.2.1国外涡轮钻具的发展情况 涡轮钻具与转盘钻机相比，改善了钻柱的受力情况，延长了钻柱的寿命，而且可以提高井底的比功率（单位井底面积上的马力数）。通常转盘钻具的比功率只有1~1.25马力/英寸2，涡轮钻具可达1.75~3.5马力/英寸2。由于上述优点，国外井下钻具的发展已得到广泛的重视，被视为本世纪最有发展前途的钻井技术。就连转盘技术最先进的美国，近二十年来，也在精心研制和发展井下动力钻井技术。近二十年来，也在精心研制和发展井下动力钻井技术。 1）.前苏联涡轮钻具的发展 前苏联的井下动力钻具使用最早、发展最快、技术水平也最高。1890 年，巴库工程师K.Г.西木千柯曾研究出世界上第一套井下动力钻具设计图纸，但这个设计没有实现。1923年，巴库工程师M.A.卡别留什尼柯夫实现了涡轮钻井的理想，他和工程师CM.瓦洛赫及H.A.柯尔涅夫一起研究出用于钻井的涡轮钻具的结构，后来人们就把这种钻具定名为卡别留什尼柯夫涡轮钻具。1925~1926年期间开始在阿塞拜疆油矿应用。但这种涡轮钻具性能落后，技术经济指标比转盘钻低很多。1934年，为了改进和发展涡轮钻具，前苏联成立了涡轮钻井试验所。1838~1939年间，涡轮钻井试验所与其它几个工厂联合研制了一种新型的能在较高转速下工作的钻头，便于与涡轮钻具配合使用。1939~1951年间，涡轮钻井的数量在全苏联增长很快，并且在1952年接近总进尺的45%。1951年以后，苏联主要是对原来涡轮钻具进行改进提高。五十年代至七十年代推广应用复式涡轮钻具和带支承节的涡轮钻具。其在井下涡轮钻具的发展方面，一直处于世界的前列，60，70年代中期，涡轮钻具的钻井工作量曾一度占全苏联的钻井总量的80%以上。 2）.美国及西欧涡轮钻具的应用 在美国及西欧直到70年代初期，涡轮钻具的发展一直徘徊不前。到了70年代末，随着聚晶金刚石复合片钻头的商业性推广应用，才逐渐开始大规模采用涡轮钻具钻定向井和深井直段，但发展速度和水平较快。法国涡轮钻具已成功应用了三十几年，主要与金刚石钻头或新型金刚石刮刀钻头配用。它在法国、地中海流北海、中东、和远东都有很多应用。德国主要生产少量多级涡轮钻具，这种钻具制成短节，而且用螺纹连接起来主要用于造斜。 1.2.2国内涡轮钻具的发展情况 我国在五十年代中期开始引进苏联的涡轮钻具，先后在四川、玉门等油田广为应用。据四川石油管理局统计，该局涡轮钻井占有相当重要的地位。但在1978年以后，由于喷射钻井和密封轴承钻头的应用，显示出了特殊的优点，而涡轮钻具虽然机械钻速高，但存在结构性能落后、寿命低、起下钻次数多、工人劳动强度大等问题，现场基本上就停用了。 到了80年代后期，新型涡轮钻具列入国家“七五”科技重点攻关项目，承担研究任务的有石油大学北京研究生院和江汉石油学院机械系。经过“七五”攻关我国研制成功了新型195型深井和定向井涡轮钻具。近几年，对195型进行多次改进，研制出了多种不同型号的带浮动定子和独立支承节的涡轮钻具。涡轮节分别采用小排量中、高速小扭矩和低速大扭矩两种规格，经反复的室内台架试验和11次现场试验，已取得可喜的成果。1998年11月，175型全金属无橡胶元件涡轮钻具通过了部级鉴定。专家们一致认为，这种涡轮钻具的结构性能，寿命以及经济指标均达到国际先进水平，为推广应用创造了有利条件。 1.3涡轮钻具的新发展 以前，涡轮钻具主要是配用牙轮钻头打井，存在着涡轮钻具转速高，牙轮钻头寿命低，