隨著我國對深層礦產(chǎn)資源,地熱能、頁巖油、頁巖氣、煤層氣和天然氣水合物等非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)項目逐年增多,鉆探中所用到的繩索取心、垂直鉆井、大位移水平井、分支井、對接井、欠平衡鉆井等先進鉆井工藝也取得了較大發(fā)展。而井下動力鉆具則是各類鉆井工藝中用到的核心工具,鉆井實踐表明,井下動力鉆具可以大幅度提升鉆探效率而有效的降低鉆探成本。井下動力鉆具在現(xiàn)有的成熟技術(shù)中,主要有兩種,一是葉片式渦輪鉆具,二是容積式螺桿鉆具。但這兩種鉆具都存在各自的缺點:渦輪鉆具軟的機械特性致使其整機長度過長,螺桿鉆具由于定子使用了橡膠襯套而導(dǎo)致其不能在高溫環(huán)境下使用。為此,研究一種具備螺桿馬達和渦輪馬達的優(yōu)點,但能規(guī)避兩者缺點的新型井下動力鉆具十分必要,其有著非常重要的工程應(yīng)用價值。論文結(jié)合發(fā)明專利“動態(tài)推靠式回轉(zhuǎn)馬達”對這種新型井下動力鉆具進行研究。主要開展了以下工作:動態(tài)推靠式回轉(zhuǎn)馬達屬于葉片馬達的一種,采用容積式結(jié)構(gòu),具備硬的機械特性,其各零部件均采用金屬材料,能夠抗高溫。依據(jù)動態(tài)推靠式回轉(zhuǎn)馬達的結(jié)構(gòu)設(shè)計,分析馬達結(jié)構(gòu)組成,并重點分析馬達核心動力部件配流閥、轉(zhuǎn)子主體和定子的結(jié)構(gòu);分析馬達工作原理,重點分析壓力流體如何在馬達中形成高低壓腔體,從而產(chǎn)生驅(qū)動力使馬達轉(zhuǎn)動;分析總結(jié)馬達工作特性的計算公式,并分析馬達自身結(jié)構(gòu)參數(shù)對馬達工作特性的影響。對馬達在轉(zhuǎn)動過程中易于損壞的部件:轉(zhuǎn)子組件、輸出軸進行ANSYS靜力學(xué)仿真。運用動力學(xué)仿真軟件Adams,對馬達進行動力學(xué)仿真,分析馬達在一定壓差下能否實現(xiàn)轉(zhuǎn)動,驗證馬達設(shè)計的可行性;并分析在Adams仿真過程中,摩擦系數(shù)和推塊所受壓差這兩個參數(shù)對馬達仿真的影響。加工出動態(tài)推靠式回轉(zhuǎn)馬達的試驗樣機。依據(jù)德州聯(lián)合石油機械有限公司的馬達試驗平臺,設(shè)計了馬達進行空載試驗和加載試驗的兩套連接裝置,為馬達下步開展試驗測試提供了基礎(chǔ)。論文所做工作對動態(tài)推靠式回轉(zhuǎn)馬達的進一步研究提供了參考依據(jù)。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：P634.5
【部分圖文】：

3結(jié)構(gòu)簡單和應(yīng)用廣泛的渦輪鉆具齒輪減速器上花費了很長的時間。就渦輪鉆井工作量而言，當前，俄羅斯仍占主導(dǎo)地位。隨著PDC和熱穩(wěn)定型金剛石鉆頭的出現(xiàn)和發(fā)展，渦輪馬達自身高轉(zhuǎn)速超過了牙輪鉆頭工作范圍的問題得到了解決，這使得渦輪鉆具的使用得到了推廣、渦輪鉆具相關(guān)研究和技術(shù)成果也得到了迅猛發(fā)展。西方國家使用渦輪鉆具鉆井一般能節(jié)省鉆時40%-50%，節(jié)約鉆井成本1/3（李旭楊，2007）。全俄鉆井設(shè)備科學(xué)研究所（VNIIBT）于1963年11月26日成立，1975~1978年，該所首先開發(fā)了TRM-195型直徑為195mm的減速渦輪鉆具。它后來與廣泛使用的RM-195油充填式齒輪減速器配合使用。1978~1985年，這種齒輪減速器渦輪鉆具在巴什科、塔塔共合國、西西伯利亞以及包含在科學(xué)大陸鉆井程序網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的前蘇聯(lián)的所有超深井鉆井中進行了現(xiàn)場試驗。1983年，科拉SG-3超深井就是借助該鉆具獲得了鉆探最深記錄。該研究所已于2003年成立了VNIIBTDrillingInstrument公司，致力于解決烏拉爾和伏爾加河地區(qū)遇到的鉆井問題，并在其他領(lǐng)域改進了渦輪鉆具的鉆進方法，也一直致力于制造用于石油和天然氣鉆井的低速井下動力鉆具。圖1-1是VNIIBT-Drilling公司生產(chǎn)的渦輪鉆具的典型結(jié)構(gòu)圖。圖1-1VNIIBT-Drilling公司渦輪鉆具典型結(jié)構(gòu)圖VNIIBT-Drilling公司經(jīng)過多年來在渦輪鉆具領(lǐng)域的研究探索，以及公司產(chǎn)品大量的應(yīng)用于鉆探實踐，現(xiàn)已開發(fā)出了種類豐富的渦輪鉆具產(chǎn)品，表1-1列出了VNIIBT-Drilling公司生產(chǎn)的一系列渦輪鉆具產(chǎn)品。

5法國Neyrpic(目前Sii-Neyrfor公司的前身)公司于1956年最先取得俄羅斯渦輪鉆具的生產(chǎn)許可，渦輪鉆具開始在西方鉆井中使用。除了Neyrfor外，西方國家生產(chǎn)渦輪鉆具的廠商還有Preussag、Dresser、Christensen等，但是Neyrfor公司生產(chǎn)的渦輪鉆具一直占據(jù)市場主導(dǎo)地位，目前除俄羅斯外，Sii-Neyrfor公司生產(chǎn)的渦輪鉆具占世界銷售市場的90%以上，Sii-Neyrfor公司已于2010年合并到Schlumberger公司，通過優(yōu)勢互補進一步提升了Neyrfor渦輪鉆具的研發(fā)應(yīng)用實力，當前Neyrfor渦輪鉆具廣泛應(yīng)用于垂直鉆井、水平井、定向井、定向后穩(wěn)斜鉆井、裸眼側(cè)鉆、高溫井（260℃）、欠平衡和連續(xù)油管鉆井等，同時可以和PDC鉆頭，孕鑲鉆頭配合使用，有效的降低了鉆井費用。圖1-2是Neyrfor公司生產(chǎn)的渦輪鉆具的典型結(jié)構(gòu)圖。圖1-2Neyrfor渦輪鉆具的典型結(jié)構(gòu)圖1-3是Neyrfor公司目前生產(chǎn)的比較先進的渦輪鉆具，直通管式渦輪鉆具：NeyrforTTT(Thru-tubingturbodrill)。圖1-3NeyrforTTT(Thru-tubingturbodrill)螺桿鉆具（PDM）是利用莫依諾原理以鉆井液為動力，把鉆井液壓力能轉(zhuǎn)化為機械能的一種容積式井下動力機。美國從20世紀50年代開始研制螺桿鉆具，1955年，美國克利斯坦森礦山鉆探制品公司根據(jù)莫依諾原理開始研究，于1964年取得成功。第一臺工業(yè)井下馬達則是1957年美國W.Clark的專利產(chǎn)品，這是第一只迪納鉆具（Dyna-Drill），之后美國Smith公司研制出了系列的迪納鉆具（Dyna-Drill）。1966年，前蘇聯(lián)制成了波瓣比為9/10的螺桿鉆具樣機，經(jīng)過多年的發(fā)展前蘇聯(lián)研制出了系列的Д型螺桿鉆具。1975年，斯倫貝謝（Schlumberger）生產(chǎn)波瓣比為5/6的螺桿馬達，取名georotor。之后國外許多鉆井公司都投入到了螺桿鉆具的研究，如美國Baker公司、Eastman–whipstock公司等。

8效率以及出色的井下馬達性能。圖1-5Dyna-DrillESX動力馬達為了在高溫下達到定子性能和可靠性之間的最佳平衡，重要的是要了解井下溫度升高期間彈性體性能的動態(tài)特性。DTX動力馬達在工作過程中，始終能對井下溫度以及彈性體與鉆井液的相容性進行實時分析。在300華氏度（149℃）下，DTX動力馬達也有望可靠地提供其指定性能的約55％至60％。DTX動力馬達如圖1-6所示：圖1-6Dyna-DrillDTX動力馬達Navi-Drill自1976年成立以來，Navi-Drill馬達的性能和可靠性已成為行業(yè)標準，Navi-Drill螺桿馬達已經(jīng)在世界各地成千上萬的定向和水平井中積累了數(shù)百萬鉆井時間。該公司于1995年推出了NaviDrillUltra系列馬達，之后該系列馬達開始廣泛應(yīng)用于各類定向鉆井領(lǐng)域，Ultra系列馬達結(jié)構(gòu)如圖1-7所示：
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 翟廣超;;螺桿鉆具和多頭單螺桿馬達的基本原理[J];民營科技;2015年10期

2 陳明;盧麗;夏彪;;螺桿鉆具研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J];內(nèi)江科技;2013年11期

3 王鄂川;樊洪海;李巖澤;羅立新;沈維格;王義頃;;螺桿動力鉆具壓耗計算方法研究與分析[J];石油鉆采工藝;2013年06期

4 張先勇;馮進;;井下水力渦輪的研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J];機械工程師;2012年10期

5 姚堅毅;劉寶林;王瑜;;渦輪鉆具水力設(shè)計與分析方法應(yīng)用現(xiàn)狀研究[J];石油礦場機械;2012年03期

6 陳思;郭東濤;孫玉龍;;螺桿鉆具的研究進展及變化趨勢[J];長江大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)理工卷;2010年03期

7 成海;鄭衛(wèi)建;夏彬;王甲昌;肖國益;;國內(nèi)外渦輪鉆具鉆井技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J];石油礦場機械;2008年04期

8 馮定;;國產(chǎn)渦輪鉆具結(jié)構(gòu)及性能分析[J];石油機械;2007年01期

9 李樹立;焦宗夏;;葉片式擺動液壓馬達泄漏計算與控制[J];液壓與氣動;2005年11期

10 唐雪平,蘇義腦,陳祖錫;三維井眼軌道設(shè)計模型及應(yīng)用[J];數(shù)學(xué)的實踐與認識;2004年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 彭少龍;模擬高溫溫度場螺桿鉆具性能參數(shù)檢測試驗裝置的研制[D];中國地質(zhì)大學(xué);2018年

2 譚逢林;螺桿鉆具在油氣鉆井中的理論分析和應(yīng)用選型[D];西南石油大學(xué);2017年

3 柳歡歡;基于流固耦合的螺桿馬達動態(tài)仿真[D];華中科技大學(xué);2017年

4 王龍;井下渦輪鉆具渦輪葉片造型及優(yōu)化研究[D];西安石油大學(xué);2016年

5 劉思瀛;7LZ172金屬螺桿馬達研制[D];西安石油大學(xué);2016年

6 馬宇;新型井下動力鉆具的模擬分析與設(shè)計[D];吉林大學(xué);2016年

7 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

8 鄭道寬;螺桿馬達的流固耦合仿真[D];華中科技大學(xué);2015年

9 楊劍;六頭螺桿馬達的三維動態(tài)仿真[D];華中科技大學(xué);2014年

10 杜文倩;俄羅斯渦輪鉆井技術(shù)主要進展及在我國的應(yīng)用[D];中國石油大學(xué)（華東）;2013年

本文編號：2877894