螺杆钻具性能试验试验研究

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1、螺杆钻具性能试验试验研究王春阳陆天明李明谦骆建勇（渤海装备中成机械公司）摘要螺杆钻具整机试验台测试排量、压力、转速、扭炬参数，通过对螺杆钻具试验性能参数研究口J以很好的掌握螺杆钻具的软特性。通过性能试验可以测定启动压力、每级压力；得到制动扭矩与排量关系；确定中空分流水眼尺寸与特性关系。完善试验大纲和检测标准，对判定螺杆钻具的性能非常重要。关键词螺杆钻具整机试验台性能启动压降制动扭矩分流水眼螺杆钻具作为井下动力马达在定向井、水平井乃至垂直钻井中得到广泛的应用。近年来随着定向井、水平井、直井中使用螺杆钻具数量的增加，钻井作业对螺杆钻

2、具的需求量不断壇大，估计每年国内使用螺杆钻具7万多根。随之钻井工艺的发展，对螺杆钻貝的性能也有了更高的耍求，不仅追求长寿命而且追求高性能。需耍对螺杆钻具的实际特性冇更深的了解，这样才能针对不同的作业状况,合理匹配螺杆钻具己达到提高机械钻速的目的。因此螺杆钻具特性的研究非常重要，这就要依靠试验手段来完成。首先要拥有一台完善的试验设备，其次要建立一套完整的试验人纲，最后要在大量试验的基础上制定出严格的性能评价标准。口前国内对螺杆钻具的试验研究水平各不相同，由于受试验条件的制约在这方面开展的研究也比国外有一定得差距。随着个性化螺杆钻具

3、的设计和螺杆钻具特性研究的深入开展，在这方面也将会有很大的发展。下面就螺杆钻具试验台建设、不同螺杆钻具试验性能研究、试验大纲及试验标准的确立谈一些笔者的认识。1、螺杆钻具试验设备的研制国内早在1985年引进美国DYNA-DRILL螺杆钻具生产线时就引进了马达性能试验台。它由电机带动传子，传子在定子内旋传驱动水循环，通过出口阀门关闭后测试到压降来评定马达的性能。实际上这与螺杆钻具的使用刚好相反。螺杆钻具是把液压能转化为机械能，而马达试验则是把电机转动的机械能转化为液压能。出于该设备简单检测的参数也只冇密封压力，所以它对螺杆钻具性能

4、的研究也只是仅仅提供一个方面的参考。一般采用固定电机转速的，所以测到的压力只是受到不同马达的级数和定转子配合过盈量的彩响。单靠马达试验台无法检测螺杆钻具的整机性能参数，所以国内外都在研制整机综合性能试验台，检测的参数包括螺杆钻具的输入流量、入口压力、入口温度、出口压力、出口流量、润滑分流流量、输出扭矩、输出转速。对于更多参数研究的还要测试定了壳体三点温度，泥浆介质驱动试验和橡胶温度加热试验。国内螺杆钻具试验台的建设也在不断完善，无论从测试参数、测试范围、测试精度等方面都有很大的提高和完善。目前最大可以测试扭矩可以达到20000牛

5、米，排量达到42升/秒,压力达到8MPa,可以满足©244以下规格、中间排量、大部分性能的测试。但是由于排量过小、耐压太低，无法完成制动试验和极限排量试验。整机试验台流程基本相同（如图1）,原理都是模拟螺杆钻具使用状况，采用电机带动泵从水箱供水到螺杆钻具然后冋流，从分水传动总成形成分流冋到水罐循环。不同的是有的通过旁通水流控制测试流量，有的采用变频器调节电机转速来调节输入流量。维持流量不变，通过加载器（加载电机、磁粉制动器或涡流刹车）施加扭矩，逐步测试转速、压降等参数。通过计算可以得到输入功率、输出功率,进而计算出容积效率和整机

6、效率。螺杆钻具整机试验台性能也在不断的完善和捉图1螺杆钻具整机试验台流程图1、加载电机；2、转矩-转速仪；3、分水传动箱；4、6夹持钳口；5、移动钳口；7、高压软管；8、温度传感器；9、进口压力表；10出口流量计；11、离心泵；12、水箱；13分流流量计，14、出口压力表高,目前排量达到100升/秒、扭矩达到30KN牛米、压力达到16MPa的试验台也在研制当屮。将来试验台能够满足性能测试的同时还向可做长寿命试验及高温试验以及泥浆性能试验，这将为更好地研究螺杆钻具性能打下基础。o巾老杆钻JgLK昭枠能硼脊通过L量的螺杆钻具整机性能

7、试验，对于螺杆钻具的特性冇很好的认识，使我们更能对螺杆钻具的设计参数进行验证，对制造质量进行检测。通过对试验总结，我们得到以下认识：（1）螺杆钻具有实际的软特性螺杆钻具是按照莫诺原理的井下动力马达，它的理论特性曲线如图2,实际特性曲线如图3。从图2上可以看出理论上螺杆钻具具冇以下“硬特性”，即输出的转速与输入排量成止比，与扭矩无关；压力降与输出扭矩成止比，与排量无关。I佃实际特性却是如图3所示，显示出软特性，即随着扭矩增大，传速会降低。螺杆钻具的软特性有利于保护螺杆钻具，使螺杆钻具在制动的情况下，全部液体从定子橡胶与转子密封缝隙

8、屮流过，避免制动后对其他件的过载冲击；但是这对橡胶损害比较严重，所以在试验和使用过程中应避免长时间的制动。△P图2螺杆钻具理论特性曲线图35LZ172X7Y螺杆钻具实际特性曲线（2）启动压降、每级压降螺杆钻具启动时产生一个启动压降，这时虽然没冇加载，但是由于要推