涡轮钻具

摘要： 我国干热岩勘探刚刚起步.为准确评价干热岩型地热资源的资源量,需要钻获高质量的干热岩岩心,但目前针对高温、高硬度、高研磨工况下的干热岩取芯钻进工艺研究较少,严重制约了干热岩型地热资源的准确评价.为此,自主研发了Φ127mm涡轮钻具,在福建漳州HDR-1井和青海共和GR1井进行了干热岩钻井取芯应用研究,研究验证了研发的涡轮钻具与KT-140取芯钻具的适配性、涡轮钻具与金刚石取芯钻头的匹配性,揭示了高温和硬岩井况下涡轮钻具工作特性,经受住了孔底236°C高温考验,钻获了高质量岩心,取得了涡轮钻具现场测试应用的各项参数;涡轮取芯钻进工艺与常规取芯钻进工艺相比,既充分发挥了涡轮钻具高转速的性能,也发挥了其耐高温、耐研磨、耐高地应力、使用寿命长和现场劳动强度低的特性,干热岩取芯钻速和质量大大提高.该工艺是高温深孔干热岩井下动力回转钻具驱动取芯钻头进行取芯钻进的首次成功尝试,为干热岩涡轮钻具复合取芯钻井技术的进一步科研攻关、现场试验与推广应用提供了宝贵的施工应用经验和借鉴,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑.

摘要： 2011年山东省地矿局在山东省利津县实施了国内第一个干热岩调查评价项目,采用转盘回转钻进,但钻效低、能耗高.为提高在高温硬岩条件下的钻进效率、缩短钻井周期、降低生产成本,2015年在福建省漳州市实施的中国地质调查局东南沿海深部地热HDR-1干热岩科学钻探工程井(井深4000.86 m,孔底温度109°C)和2017年在青海省共和县完成的GR1干热岩科学勘探井(井深3705 m,孔底温度236°C),在施工中均探索使用了"转盘+螺杆钻具"复合钻进工艺,并在高温取心段首次测试应用了"转盘+涡轮钻具"复合取心钻进工艺,取得了良好的效果并就下一步研究方向提出了意见和建议,为螺杆钻具和涡轮钻具的深入研究提供了宝贵的高温施工经验,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑.

摘要： 小尺寸涡轮钻具主要用于深部高温硬岩地层钻进,对我国油气、干热岩等深部能源矿藏的地质调查具有重要意义,在石油行业中小井眼钻井、老井加深及连续油管钻修井等方面具有较好的应用前景.目前,国内尚无?73 mm小尺寸涡轮钻具,为推进涡轮钻具系列化,对?73 mm小尺寸涡轮钻具的涡轮节中常规级定转子叶片及制动级定转子叶片进行设计优化,旨在研制长度短、转矩适中、转速适中、压降小、功率高及效率高的?73 mm小尺寸涡轮钻具,使?73 mm小尺寸涡轮钻具尽快在我国实现现场应用.设计出符合性能要求的3种常规定转子叶型方案和5种制动级叶型方案,通过理论分析及数值模拟,选出最优的常规定转子叶型及制动级叶型方案,并提出常规涡轮级与制动涡轮级复配的5种涡轮节结构方案,同时对涡轮节结构进行了性能分析及方案优选,优选的涡轮节方案在流量5.5 L/s,工作转速1 500～2 500 r/min时,输出转矩为109～140 N·m,平均压降为11.5 MPa,制动转矩为185.5 N·m,可满足小井眼钻井对?73 mm小尺寸涡轮钻具的输出性能要求.

摘要： 本文针对塔里木油田山前区块新近系地层砾石含量高、钻头崩齿严重、纯钻时间短等特点,对钻井提速工具进行优化设计,采用新型中速涡轮钻具可以提高水力效率,延长了钻头使用寿命.新型中速涡轮钻具在库车坳陷克拉苏构造带北12井进行了试验,实现了钻井速度大幅提升.

摘要： 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.

摘要： 在常采用的由特定控制点直接求解涡轮钻具叶型型线的设计方法中,若控制点选取不佳,则较难设计出性能优良的叶型。通过控制点先设计叶型的中弧线,再由中弧线进行叶型加厚,易设计出满足要求的叶型。首先在涡轮钻具叶型进出口建立了4个已知条件,根据这4个已知条件选择了三次曲线进行中弧线设计,并求解出三次曲线中弧线的具体表达式。其次,研究了已有翼型数据沿该中弧线进行加厚的方法,求解叶型吸力面和压力面曲线包络点的坐标得到了叶型数据。最后,结合工程实际,选择设计参数,采用该方法设计了某型涡轮钻具叶型,并采用FLUENT软件对设计的叶型进行流场仿真。结果表明,所设计的叶型具有良好的特性,证明了该方法的可行性。

摘要： 对于定向井单弯单稳涡轮钻具造斜率的预测,用现有的修正三点定圆法预测的是钻具几何曲率,不是井眼曲率,且对造斜能力影响因素考虑不全。利用纵横弯曲法的三弯矩方程,确定井下动力钻具上部切点,结合钻头中心点和下稳定器切点,建立了这三点所对应的井眼轴线上三点坐标,利用三点定圆原理,建立了三点定圆全坐标单弯单稳涡轮钻具造斜率预测模型。实例计算了3种结构涡轮钻具造斜率,对比分析了3种结构涡轮钻具造斜率随涡轮钻具结构角,稳定器与井壁间隙,偏心稳定器偏心距以及稳定器、偏心稳定器、结构角分别到钻头的距离等因素的变化规律,明确了稳定器对单弯涡轮钻具的造斜率影响较小,为减小深井卡钻风险,可不用稳定器或用偏心稳定器替代稳定器安装在近钻头处,能有效提高单弯涡轮钻具的造斜率。该方法综合了纵横弯曲法和三点定圆法的优点,实现了超深井单弯单稳涡轮钻具定向钻井造斜率的简便有效预测。

摘要： 针对超深层强研磨、高硬度地层机械钻速慢的问题,研制了一种超短高能涡轮钻具,并对其进行了参数校核和现场应用.该涡轮钻具创新设计了多曲面3 D转子叶片,基于流体力学CFX软件,优化了转子叶片空间形态布局,使叶片的水力能量转化效率提高45％,扭矩增加了43.55％;通过将装有叶片的动力端和装有止推轴承的轴承端合二为一,使分体式的涡轮芯轴改进为一体式结构,长度由进口涡轮钻具的15 m缩短至8.3 m,大幅提高了涡轮钻具的可下入性和安全性,缩短了划眼和通井作业时间;最后采用有限元仿真对涡轮钻具产生的扭矩和丝扣连接强度进行了校核测试.该涡轮钻具先后在博孜、元坝等区块石英砂岩、火成岩、砾石层地层的48口井中成功应用,应用混合钻头后机械钻速平均提高100％,为我国深层超深层钻井提供了有力保障.

摘要： 随着深部油气、干热岩等存储于高温地层的能源需求越来越大,井下工具被要求有更好的耐温性能以适应高温工况.涡轮钻具全金属结构,耐温性能优越,特别适用于深部高温硬岩钻探.耐温性测试评价涡轮钻具在研发过程中是一个难点.本文在高温工况下钻具强度有保证的前提下,结合Φ89涡轮钻具阐述了一种涡轮钻具耐温性测试方法,利用带有电力加热装置的动力钻具测试平台,测试不同温度下的钻具性能,对比分析转速、扭矩、功率、压降等性能指标.各项性能指标正常表明,Φ89涡轮钻具的耐温性能可以达到初始设计值250°C.

摘要： 本文从涡轮钻具的发展历程出发,对涡轮钻具的特点进行了系统地总结,从涡轮钻具的结构优化、涡轮叶片的设计与加工、轴承节的性能提升、减速涡轮钻具的研发、钻进新工艺的探索等5个方面对国内外涡轮钻具的研究进展进行了综述,发现总结了涡轮钻具研究过程中存在的一些问题,并结合中国在相关领域的实际需求,对未来中国涡轮钻具的重点研究方向提出了建议.例如注重涡轮钻具动力节水力效率的提升，并通过钻具结构的优化设计，缩短整机长度，以满足大斜度井和定向井的工艺要求，增加中国涡轮钻具的适应性。

摘要： 涡轮钻具是一种将钻井液动能转化为机械能的液力式机械，其物理基础是液力传动的欧拉方程式。涡轮钻具主要由涡轮节、支承节组成，部分附带减速节。单级涡轮由定子和转子组成，转子和定子叶片形状相同，但弯曲方向相反。定子起到导流作用，将高压流体导向转子推动转子旋转。带有减速器的涡轮钻具中转子系与涡轮轴相连，将旋转扭矩传递到涡轮轴，涡轮轴与减速器相连，经过减速器，可以降低转速，增大扭矩，再传递给钻具主轴，输出到钻头。通过钻具特性曲线图分析可知，扭矩-转速（T-n）曲线呈现斜率为负数的直线状，扭矩随着转速变大，而逐渐变小；功率-转速（P-n）曲线呈抛物线状，功率随着转速增大，先增大后减小涡轮钻具的理论特性曲线相符。流量为7L/s时涡轮钻具的输出扭矩值、功率值、压降值皆高于6L/s时的指标值。可见，提高钻井液排量是提高涡轮钻具输出扭矩和功率的方法之一。流量为7L/s时，涡轮钻具制动扭矩为441N·m，最高转速为4500r/min，最高功率为52kW，压降7.5MPa；流量为6L/s时，涡轮钻具制动扭矩为267N·m，最高转速为3700r/min，最高功率为32kW，压降5.7MPa；涡轮钻具输出特性满足设计预期。

摘要： 涡轮钻具是一种全金属孔下动力钻具,涡轮叶片是其最重要的部件,分析其流场特性,对于预测涡轮钻具整机性能,指导水力部件设计十分重要.本文在分析涡轮叶片设计理论的基础上,通过SolidWorks建立起叶片三维建模,利用ANSYS/CFD软件对优化前后两种叶片进行仿真分析,得出对应的压力和速度流场分布状况,通过对流场数据分析,研究了叶片的流场与叶片设计参数之间的关系,为后续检测叶片的水力性能提供了一种可行的技术方法.

摘要： 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。

摘要： 以Φ115mm涡轮钻具涡轮为研究对象,采用实体建模、CFD前置处理器等工具生成涡轮定、转子的单周期跨叶片流道计算模型,应用CFD(计算流体动力学)商用软件研究分析了其在不同转速下的内流场.重点分析了转子叶片表面压力场的分布情况,并将模拟结果与10级涡轮台架的实验数据进行了对比,证明CFD模拟分析的有效性,为预测分析涡轮钻具力学性能、改进叶型设计、提高叶型的水力性能具有重要的指导意义.

摘要： 涡轮钻具一直是石油钻井界重点研究和开发的井下动力钻具之一,在俄罗斯、美国、欧洲等国家和地区都有广泛应用.文章结合涡轮钻具在国内外的发展情况,详细描述了涡轮钻具的工作原理及特点,通过对涡轮钻具特征曲线的分析明确了涡轮钻具的主要参数,通过计算钻头压降、钻柱内外循环压耗、不同钻井液密度和排量下的涡轮压降,计算了涡轮钻具在深井条件下工作的总泵压,结合涡轮钻具在川东北、塔河和中原油田的实际应用,给出了深井条件下涡轮钻具应用的适应性和配套工艺技术.

摘要： 川西新场须二气藏探明储量上千亿方，但岩性致密，研磨性强，可钻性极差，采用常规钻井技术机械钻速低。为有效提高深层机械钻速，在XC8井和X501井试验涡轮钻井技术，应用高速涡轮钻具配合孕镶金刚石钻头钻进，进尺和机械钻速均得到极大提高，且提高了纯钻时效，成为须二段钻井提速的有效手段。

摘要： 元坝地区地层研磨性强，可钻性差；地下断层、裂缝发育，井漏频繁；存在多套压力体系、安全窗口窄，一直制约着钻井速度的提高．为此，中国石化勘探南方分公司在生产管理、安全管理、技术创新等方面开展了攻关与实践，平均机械钻速提高19．5％，钻井周期缩短24％．文章为进一步提高钻井速度，提出了集成现有提速技术，研制或优选与之配套的钻井设备和工具的建议。

摘要： 元坝地区地层研磨性强，可钻性差；地下断层、裂缝发育，井漏频繁；存在多套压力体系、安全窗口窄，一直制约着钻井速度的提高．为此，中国石化勘探南方分公司在生产管理、安全管理、技术创新等方面开展了攻关与实践，平均机械钻速提高19．5％，钻井周期缩短24％．文章为进一步提高钻井速度，提出了集成现有提速技术，研制或优选与之配套的钻井设备和工具的建议。

摘要： 本发明涉及一种用于高速涡轮钻具涡轮节的液力平衡装置。包括有与涡轮钻具壳体相配置的静环座，静环座内下方通过弹簧安设静环盘，静环盘的上端面与套装在涡轮轴上的动环盘相配置，静环盘的内孔与套装在涡轮轴上的动环隔套相配置，动环盘下端面设置环槽，环槽通过连接通孔与涡轮轴的下径向通孔相连通；动环盘外周与静环座内孔保持间隙形成泄流通道，所述的静环座上端外周设置泄流孔。本发明通过液力平衡装置动环盘端面的作用产生反向推力可降低作用在轴承组件上的轴向推力，从而改善涡轮轴和球轴承组的止推受力状况，提高了涡轮钻具的使用寿命。在高转速、重载荷的工况下，使钻井液过流面积变化趋于平缓，降低了压耗，提高了涡轮钻具的整机效率。

摘要： 本发明提供一种涡轮钻具减速器和具有该减速器的涡轮钻具。涡轮钻具减速器包括：上接头总成，包括输入轴和偏心轴，输入轴与涡轮钻具减速器同轴，偏心轴具有与涡轮钻具减速器同轴并与输入轴连接的第一轴段和相对于涡轮钻具减速器偏心设置的第二轴段；减速总成，包括与第二轴段同轴并连接的转子和套在转子上并与涡轮钻具减速器同轴的定子，转子构造成旋转时，其中心轴线绕定子的中心轴线公转，同时转子绕自身中心轴线自转，定子的至少与转子接合的部分是弹性的；连接轴总成，其第一端与转子同轴并连接，第二端与涡轮钻具减速器同轴；以及下接头总成，包括与连接轴总成的第二端同轴并连接的输出轴。

摘要： 本申请涉及一种扭曲涡轮叶片、成型方法、涡轮及井下涡轮钻具，其叶片轴向横截面为扇形，叶片的切向宽度随所处半径增大而连续增大，所述叶片为无叶冠叶片；涡轮叶片沿钻具轴线周向等间隔设置有多个，任一涡轮叶片的叶顶叶形线和叶根叶形线沿径向方向退化为一条与钻具轴线重合的直线段。本申请具有提高涡轮钻具的输出扭矩的效果。

摘要： 本发明涉及一种高速涡轮钻具的涡轮叶片参数化造型设计方法，属涡轮叶片设计技术领域。该方法首先对涡轮钻具叶片的参数进行分类，然后根据涡轮钻具叶片的参数化模型，建立叶片压力面和吸力面的型线方程；接着结合上述确定的叶片主要参数并建立直角坐标系对圆心、压力面和吸力面首尾点及一、二阶导数进行求解；利用高次多项式编程进行拟合造型，生成叶片型面；最后将编程所生成的曲线导入三维建模软件中生成三维叶片实体。本发明能够使得多项式求解得到的叶型与参数化建模相符，同时针对不同涡轮钻具转速的叶片造型设计，只需要更改工况参数转速即可生成相应的叶型，从而提高了涡轮叶片参数化造型的准确性和广泛适用性。

摘要： 本发明涉及到用于油气钻井中的一种具有串列叶栅的涡轮钻具涡轮副，由定子、转子构成。所述定子由定子串列叶栅、定子叶冠、定子轮毂构成，定子串列叶栅中的定子串列叶片由定子前叶片和定子后叶片组成，沿流动方向，定子前叶片位于上游，定子后叶片位于下游，且在定子串列叶片的最大弯度处设置有定子叶片缝隙。所述转子由转子串列叶栅、转子叶冠、转子轮毂构成，转子串列叶栅中的转子串列叶片由转子前叶片和转子后叶片组成，沿流动方向，转子前叶片位于上游，转子后叶片位于下游，在转子串列叶片的最大弯度处设置有转子叶片缝隙。流体绕流定转子串列叶片时因缝隙流的产生，使其附面层分布情况得到改善，有利于提高单级涡轮副的扭矩和效率。

摘要： 一种匹配涡轮钻具高转速特性的取心钻具，属于钻井设备技术领域。所述匹配涡轮钻具高转速特性的取心钻具由单动机构、外管总成和内管总成组成；所述单动机构包括上接头、单动轴承、轴承腔、调节垫、心轴、锁紧螺母和内管接头；所述单动轴承嵌装在轴承腔中，并与心轴配装，单动轴承上下布置两组，在两组单动轴承之间设置调节垫；所述轴承腔上端与上接头螺纹连接，下端与外管总成螺纹连接；所述内管接头的上端安装在心轴上，下端与内管总成螺纹连接；其特别之处在于：所述单动轴承为多列推力球轴承。本实用新型大大增加了取心钻具对涡轮钻具高转速的适应性，从而确保了钻具的单动性，减少了岩心的损耗，提高了岩心的收获率。

摘要： 本实用新型公开了一种涡轮钻具的涡轮组件，包括转轴，转轴外部安装有涡轮定子，涡轮定子底部安装有涡轮转子，涡轮转子顶部设置有耐磨轴承，涡轮定子底部设置有护套，以及涡轮转子内部安装有连接键，在涡轮钻具开始工作时，钻井液通过设置在涡轮定子内部的定子涡扇进入设置在涡轮转子内部，涡轮转子被钻井液带动在涡轮定子内转动，此时，轴承内套管被涡轮转子带动随之一起转动，轴承转子被轴承内套管带动在轴承外套管的内壁开始转动，同时由于轴承外套管与涡轮定子的内壁接触，轴承外套管则不会随轴承转子转动，避免了涡轮转子和涡轮定子直接摩擦，从而达到降低由于摩擦产生的损耗的技术效果。

摘要： 本实用新型提供一种涡轮级，包括转子和套装于转子外部的定子，转子设有转子内环，定子设有定子内环，还包括安装于定子内环与转子内环之间、用以承受径向载荷的一对内环摩擦副。该涡轮级，采用在定子和转子之间安装摩擦副，以此来代替径向轴承承受径向载荷，节省了径向轴承所占用的安装空间，并且可以有效的提升涡轮钻具的机械效率、延长涡轮级和涡轮钻具的使用寿命、提高井底总成的导向性。本实用新型还提供一种包括上述涡轮级的涡轮钻具动力节，通过在主轴上安装定子压紧机构，可以将定子压紧于机壳上，以防止定子转动；通过在主轴上安装转子压紧机构，可以将各级转子逐级压紧，并最终压紧至主轴上，以防止转子与主轴发生相对转动。

摘要： 本实用新型提供一种涡轮级，包括转子和套装于转子外部的定子，转子内环和定子内环的分别设有转子凹槽和定子凹槽，转子凹槽内设有轴承动环，定子凹槽内设有轴承静环和定子弹簧，轴承动环、轴承静环和定子弹簧构成了滑动轴承摩擦副，起推力轴承的作用，可以承担轴向载荷，由此省去了推力轴承和支撑节，节约了使用成本，提高了加工精度。本实用新型还提供一种包括上述涡轮级的涡轮钻具，由于上述涡轮级替代了传统的推力轴承，极大的缩短了整个涡轮钻具的长度，提升了涡轮钻具的机械效率和导向性，并且降低了产品的制造成本、延长了产品的使用寿命。

摘要： 本实用新型涉及一种油气资源勘探领域用井下动力钻具，具体是一种容积式涡轮钻具涡轮节，包括节轴、涡轮定转子组件、外筒、轴调节环、上径向轴承、定子调节环、上径向轴承内套、下径向轴承、节轴承组件、联轴器、护圈。所述节轴装在外筒内，两端分别设有外螺纹，连接有联轴器。所述涡轮定转子组件穿装在节轴上，共40~50级，上下端分别与上径向轴承和下径向轴承配合。本实用新型降低了涡轮节机械能损失，提高了涡轮钻具的整机效率。