本文關(guān)鍵詞：帶水力平衡系統(tǒng)的渦輪鉆具研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當前油田鉆井主要集中在深井和超深井,深井和超深井中溫度高、壓力大,為了防止地層高壓流體溢出造成井噴,所使用的鉆井液密度也大。渦輪鉆具因其能適應(yīng)高溫、高壓、高陡構(gòu)造復(fù)雜地層及高密度鉆井液作業(yè)環(huán)境,在油田鉆井中得到了廣泛地應(yīng)用。然而,推力軸承承受的軸向水力載荷大,影響了其工作壽命,進而縮短了渦輪鉆具的行程壽命,降低了渦輪鉆具的井下作業(yè)效率。因此,降低或消除渦輪鉆具的水力載荷,改善渦輪鉆具的行程壽命具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。針對目前渦輪鉆具受軸向載荷大的影響,導(dǎo)致工作壽命降低的問題,本文通過了解國內(nèi)外渦輪鉆具、水力平衡系統(tǒng)、多級離心泵水力平衡系統(tǒng)及相關(guān)水力平衡系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,提出了在渦輪鉆具渦輪節(jié)的設(shè)計中加入平衡裝置的解決方案。由于大尺寸的渦輪鉆具產(chǎn)生的軸向載荷大,對水力平衡系統(tǒng)的影響較為顯著,選擇尺寸較大的中240渦輪鉆具進行設(shè)計,確定了渦輪定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)尺寸,繪制了渦輪節(jié)總體裝配圖,并對渦輪軸、殼體、花鍵進行了強度校核。運用Bezier曲線進行渦輪葉片造型設(shè)計,通過CFD仿真分析得到渦輪鉆具中所需渦輪的級數(shù)為184級。在設(shè)計中分兩個渦輪節(jié),一個渦輪節(jié)中放置92付渦輪。提出了盤鼓平衡裝置和鼓平衡裝置兩種方案,采用渦輪軸內(nèi)將高壓流體引入平衡腔的引流方式。結(jié)合渦輪鉆具CFD仿真性能參數(shù),確定了在渦輪節(jié)設(shè)計中需要2個盤鼓平衡裝置或2個鼓平衡裝置。對盤鼓平衡裝置和鼓平衡裝置的主要零部件進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計,通過Fluent分析計算了盤鼓平衡裝置不同軸向間隙(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0mm)和不同徑向間隙(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0mm)組合下100種模型的平衡力、壓降及泄流量,計算了鼓平衡裝置10種徑向間隙(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0mm)下的平衡力、壓降及泄流量。通過分析比較盤鼓平衡裝置和鼓平衡裝置選擇了平衡效率較高的盤鼓平衡裝置作為水力平衡系統(tǒng)平衡裝置。研究了盤鼓平衡裝置各受力面在不同間隙組合下對平衡力的影響,對平衡腔的受力面進行了分析。為了避免盤鼓平衡裝置發(fā)生徑向摩擦,對扶正軸承進行了偏心運動分析�；貧w分析了盤鼓平衡裝置中,不同軸向間隙對平衡力、泄流量的影響。得到了如下結(jié)論：Ⅰ、平衡裝置的確定及間隙尺寸優(yōu)選：(1)平衡系統(tǒng)選擇水力平衡效率較高的盤鼓平衡裝置。平衡鼓平衡水力載荷過程中,鼓與鼓座之間間隙大,產(chǎn)生的泄流量大,能量損失大,平衡效率低。而盤鼓平衡裝置可以通過徑向間隙與軸向間隙的共同調(diào)節(jié)作用來提高平衡效率,所以平衡系統(tǒng)選擇盤鼓平衡裝置。(2)盤鼓平衡裝置徑向間隙尺寸確定為0.5mm或者是0.6mm。為了避免平衡裝置不在徑向方向發(fā)生摩擦,通過扶正軸承偏心運動的計算,徑向間隙的選取應(yīng)大于或等于0.5mm。由回歸分析知,當徑向間隙的選取大于或等于0.7mm時,隨軸向間隙的增大,平衡力曲線有下降趨勢,不能產(chǎn)生較好的平衡效果。因此,徑向間隙可選擇為0.5mm或者是0.6mm。(3)盤鼓裝置設(shè)計中應(yīng)盡量將軸向間隙向無間隙靠近。當軸向間隙在0.41.0mm范圍時,由于此時軸向間隙過大,徑向間隙為0.5、0.6mm時,此時平衡裝置起平衡鼓的作用,平衡效率低,因此應(yīng)盡可能保證軸向無間隙。Ⅱ、盤鼓平衡裝置平衡力、泄流量：(1)盤鼓裝置平衡力仿真計算大小符合理論值大小。盤鼓平衡裝置在徑向間隙為0.5、0.6mm情況下,皆能平衡渦輪鉆具產(chǎn)生的軸向水力載荷。根據(jù)不同軸向間隙對平衡力和泄流量影響的曲線回歸分析知,兩種徑向間隙都能產(chǎn)生理論計算要求的81.39496608kN的平衡力且軸向間隙為0mm時的泄流量為0L/s,仿真分析與理論情況相符合。(2)為了保證足夠小的泄流量必須將軸向間隙控制在盡可能小的范圍。由于軸向間隙對泄流量的影響很大,為了盡可能小地減小流量損失,軸向應(yīng)盡量保證向無間隙靠近。
【關(guān)鍵詞】：渦輪鉆具研究 水力平衡系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸向載荷 平衡力 泄流量
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE92
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 渦輪鉆具國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)概況11-13
• 1.3 渦輪鉆具水力平衡系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 相關(guān)水力平衡技術(shù)的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容17-19
• 第2章 Φ240渦輪鉆具渦輪節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算19-29
• 2.1 渦輪節(jié)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計19-21
• 2.2 主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算21-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 第3章 渦輪設(shè)計及CFD水力性能分析29-46
• 3.1 渦輪葉柵的幾何參數(shù)計算29-31
• 3.2 渦輪葉片造型設(shè)計31-38
• 3.3 渦輪數(shù)值模擬分析及渦輪級數(shù)計算38-43
• 3.4 渦輪特性曲線相似換算43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第4章 水力平衡系統(tǒng)設(shè)計及CFD計算46-69
• 4.1 平衡裝置的方案設(shè)計46-47
• 4.2 兩種平衡裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計及數(shù)目計算47-50
• 4.3 間隙網(wǎng)格疏密程度對計算結(jié)果的影響分析50-54
• 4.4 平衡系統(tǒng)CFD計算54-63
• 4.5 計算結(jié)果分析63-68
• 4.6 本章小結(jié)68-69
• 第5章 水力平衡系統(tǒng)的優(yōu)選分析69-78
• 5.1 扶正軸承偏心運動分析69-72
• 5.2 兩種平衡裝置的比較分析72-74
• 5.3 盤鼓平衡系統(tǒng)參數(shù)回歸分析74-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第6章 結(jié)論與展望78-80
• 6.1 結(jié)論78-79
• 6.2 展望79-80
• 致謝80-81
• 參考文獻81-86
• 附錄86-91
• 附錄1 渦輪定、轉(zhuǎn)子葉片坐標86-89
• 附錄2 單付渦輪機械性能預(yù)測89-90
• 附錄3 單付渦輪相似轉(zhuǎn)換機械性能預(yù)測90-91
• 個人簡介91-92

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1 尹麗;;優(yōu)選渦輪材質(zhì)和優(yōu)化渦輪鉆具結(jié)構(gòu) 提高其馬達使用壽命[J];河南科技;2013年16期

2 ;國外使用渦輪鉆具定向彎曲鉆孔[J];探礦工程;1966年02期

3 胡澤明;;減速渦輪鉆具[J];石油鉆采機械通訊;1976年04期

4 胡澤明;;低速大扭矩渦輪鉆具的原理與應(yīng)用[J];石油鉆采機械通訊;1976年05期

5 ;渦輪鉆具在煤礦的鉆進試驗[J];煤礦安全;1978年01期

6 郭忠順;; 地?zé)釡u輪鉆具即將用于油田[J];石油礦場機械;1981年06期

7 章?lián)P烈;;國外渦輪鉆具發(fā)展近況[J];石油礦場機械;1984年05期

8 胡澤明;獨聯(lián)體國家渦輪鉆具技術(shù)水平評析[J];石油機械;1993年06期

9 胡澤明;劉志洲;;渦輪鉆具小級高渦輪設(shè)計的新發(fā)展[J];石油礦場機械;1993年02期

10 戴靜君，姜義忠;現(xiàn)代渦輪鉆具結(jié)構(gòu)性能[J];石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1995年02期

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1 許福東;張曉東;華北莊;符達良;;180渦輪鉆具用同步減速器研制[A];2004年石油裝備年會暨慶祝江漢機械研究所建所40周年學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2004年

2 劉孝光;馮進;張慢來;龍東平;丁凌云;;基于CFD分析的渦輪鉆具力學(xué)性能預(yù)測[A];2004年石油裝備年會暨慶祝江漢機械研究所建所40周年學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2004年

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1 曾　尉;論文只是科研成果的副產(chǎn)品[N];光明日報;2002年

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1 譚春飛;深井超深井渦輪鉆具復(fù)合鉆井提高鉆速技術(shù)研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2012年

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1 賀恒;帶水力平衡系統(tǒng)的渦輪鉆具研究[D];長江大學(xué);2016年

2 趙洪波;渦輪鉆具渦輪葉片設(shè)計及水力性能仿真優(yōu)化研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2012年

3 薛鵬;渦輪鉆具定轉(zhuǎn)子軸向間隙調(diào)整的可視化研究[D];中國石油大學(xué);2009年

4 董小虎;適用于連續(xù)管的小尺寸渦輪鉆具葉型研究[D];長江大學(xué);2014年

5 王慶倉;渦輪鉆具葉片的逆向分析及流場仿真研究[D];西南石油大學(xué);2015年

6 張毅;渦輪鉆具密封設(shè)計與實驗研究[D];西南石油大學(xué);2011年

7 郗秦陽;渦輪鉆具定轉(zhuǎn)子性能測試系統(tǒng)設(shè)計與試驗研究[D];西南石油大學(xué);2015年

8 賈雷;渦輪鉆具葉片設(shè)計及CFD分析[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2013年

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本文編號：460729