涡轮钻具及其应用fjh.ppt

《涡轮钻具及其应用fjh.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、涡轮钻具结构及应用西南石油大学石油工程学院涡轮钻具结构及工作原理涡轮钻具有一系列转子和定子组成。转子是安装在一根竖直轴上的很多叶片，而定子则固定在涡轮钻具的本体上。每对转子—定子副称为一“级”。通过每级的压降是固定不变的，所以级数的多少受到有效总水头的限制。每级涡轮产生的扭矩和功率是相等的，相加起来为涡轮输出的总扭矩和总功率。涡轮钻具结构及工作原理轴承的寿命是涡轮钻具使用中的关键因素。轴承的寿命决定了涡轮钻具井下工作时间。止推轴承承受作用在涡轮上的轴向载荷径向轴承对驱动轴起扶正作用。可以把径向轴承和止推轴承组合在一起。下轴承对驱动轴的下部进行扶正，并抵抗钻井时作用在涡轮上的弯曲应

2、力。止推轴承径向轴承与止推轴承组合涡轮钻具结构及工作原理当钻井液在泵的驱动下通过涡轮时，定子使钻井液流偏转，冲击转子，迫使转子带动竖直轴做顺时针转动。止推轴承用来承受轴向载荷，而径向轴承对轴起扶正作用。在液流通过多级涡轮后，其中分出少量的液流流过下部轴承并进行润滑，其余的液流则进入主轴下段内部的空心流道，流经喷嘴进入环空。涡轮钻具纵向剖面示意图涡轮钻具的工作特性涡轮钻具基本上是一台轴流式机械，在其内部的液流的能量传递到转子主轴上。因为半径处处保持不变，所以不存在明显的径向液流。液流通过涡轮时的绝对速度可被分解为平行于y轴的分量Vy和切向分量Vt。在推动转子转动时只有Vt做有用功。

3、由动量守衡定理推导出由以上关系可以看出，涡轮的扭矩、功率、和压降都与钻井液密度p成正比，与排量Q的幂成正比。即钻井液流经涡轮的速度矢量分析图涡轮钻具的工作特性涡轮输出转速与扭矩间的关系当通过涡轮的液流不受阻力时，转速达到最大值，称为“空转转速”，相应阻力矩为零；当涡轮发生制动，转子停转，阻力矩达到最大值。涡轮钻具总效率Eh—水力效率，考虑压力变化和进出、口的水力损失；Ev—转子与定子间漏失的钻井液造成的损失；Em—轴承内的摩擦损失；有效输出功率在定排量时涡轮钻具的典型特性曲线涡轮钻具的地面检查涡轮钻具在入井前需进行地面检查在涡轮钻具的下端，用卡尺在下轴承端部和轴肩之间测量轴向间隙

4、在悬挂和静止两种情况下进行测量，其间隙值是d1－d2。新的涡轮钻具间隙值约为1mm，厂家给定的最大磨损量为5～6mm。径向间隙用尺子和分度仪表进行测量。径向间隙必须是1mm或最大2mm。涡轮钻具的标准组件常规的T3（三级马达）涡轮钻具图工具全长大于70英尺（21.3m)（精确长度根据不同工具尺寸（外径）来定）涡轮钻具的标准组件涡轮叶片盘排列图向下推力转子叶片盘定子叶片盘泥浆流组配的单级马达转子叶片盘定子叶片盘涡轮本体马达部分涡轮驱动轴涡轮钻具的标准组件涡轮弹性轴承排列图移动盘固定盘垫环移动盘前轴承前轴承稳定器迷宫环止推轴承可调弯外壳挠性轴钻头母扣稳定器涡轮钻具的标准组件涡轮径向轴

5、承排列图HNBR型橡胶下径向轴承中间径向轴承涡轮钻具的标准组件轴承部分驱动轴下部流态图±95％流体口涡轮钻具的改进定子(上)和转子(下)尾流状态图等同于飞机机翼的原理,利用涡流在叶片两面产生的压差来使转子发生转动,压差的大小和叶片的形状和涡轮进入叶片的角度相关涡轮钻具叶片的设计原理MK1是恒压降型,不管驱动轴的转速有多快,叶片产生的压降不变,这是三种叶片中效率最高的,主要应用在直井钻井中MK2是压降变化型,地面压力随着驱动轴转速的降低而减小,它的工作效率比MK1稍低,但是给司钻的提供了更多的钻头运转状况的反馈信息,主要应用在定向井钻井中MK3和MK2同属于压降变化型,但是比MK2

6、结构性能加强了,从而可以用在高压、大排量的环境中涡轮钻具的改进涡轮钻具叶片的压力分布图钻头速度扭矩涡轮压降钻井范围扭矩压力标准压力涡轮钻具的改进涡轮钻具轴承座圈图PDC止推轴承具有较高的耐研磨能力，可以在超高温（目前最高温度233℃）下工作，并能够承受较大的轴向载荷PDC材质具有较小的摩擦系数，不受钻井中存在的天然的或者泥浆里的化学物质的影响轴承的承载能力和低摩擦系数从而使其高效、结构紧凑，因此也大大缩短了钻具长度涡轮钻具的改进轴承受力和承受载荷图钻压推力＞110,000lbs（50t)80000lbs（36t)钻压±30,000lbs（14t)泵排量750gpm（3410L/m

7、）用标准的9-1/2″T3(MK1)涡轮钻具轴向轴承轴向轴承止推轴承止推轴承止推轴承止推轴承止推轴承止推轴承水平力水平力钻压反作用力涡轮叶片上液压的垂向力涡轮钻具的改进涡轮平衡鼓图驱动轴平衡鼓衬套大约3％的液体流到环空（TSB型）或从中空的驱动轴向下通过轴内腔流进轴承段，流到钻头（TSH型）流进涡轮钻具的主泥浆流流进马达的主液流液力平衡液流微环空马达平衡鼓涡轮钻具的改进涡轮平衡鼓（TSB型）图（TSB型是指由单级马达组成的涡轮钻具，旁通阀是直接通到环空的）平衡鼓的受推力面叶片等的