涡轮钻具标准

涡轮钻具涡轮节设计

前言前言涡轮钻具是一种重要的井下动力工具，它联接在下部钻具组合（一般直接与钻头联接）中，利用钻井泵泵出的高压钻井液作动力，实施石油钻井作业。

其主要特点是将能量集中在井底直接驱动钻头破岩，能量利用充分，机械钻速较高，井身质量好。

多年来，国内外许多制造厂商和科研院所都对涡轮钻具的设计，制造和使用做了大量的科研和开发工作，有力地促进了涡轮钻井技术的不断发展。

采用新型涡轮钻具钻井,是提高深地层机械钻速和复杂地质条件下的防斜打直所不可缺少的配套设备,也是提高我国石油钻井作业综合技术经济效益的最有效途径.因此,研制的新型涡轮钻具达到产业化规模,使此项新技术尽快推广应用,这对提高我国的钻井工艺水平,降低钻井成本有重大意义.毕业设计：195涡轮钻具涡轮节设计195涡轮钻具涡轮节设计1 国内外发展状况及发展趋势1.1 国外涡轮钻具发展概况[1]1873年，C．G．Cross在美国提出了第一个涡轮钻具，更精确地说是涡轮-钻头专利。

随后，德国柏林的Max Blumerreich设计出了比C．G．Cross的专利更可靠的涡轮-钻头。

1894年，M.C,Baker对C．G．Cross的专利做了大量的改进工作。

虽然，这些发明都因过分简单化失去了实际应用的价值，但它却翻开了涡轮钻井的新篇章。

1923年，俄国工程师M.A.Kapelyushnikov取得了单级减速器涡轮钻具的专利，并在俄国巴库地区用它钻了一口井。

接着，1924年，C.C.Scharenberg申请了多级涡轮专利，并在美国加福尼亚，波兰和德国均进行了试验。

但由于没有克服转速过高，减速器脆弱易破坏和单级涡轮产生的功率有限等三个方面的问题，试验没有达到预期的效果，未能缩小与转盘钻井在转速方面的差距。

1934年，前苏联的P.P.Shumilov,R.A.Loannesyan等开始从事工业用多级涡轮钻具的研制工作。

由于其出色的工作，开创了前苏联涡轮钻具钻井的新篇章。

但是，止推轴承的寿命较低仍是涡轮钻具的一个薄弱环节。

涡轮钻具性能的系统分析

涡轮钻具性能的系统分析吕　苗　荣(江汉石油学院石油工程系,荆州434102)摘　要　在考虑到涡轮钻进是一个复杂动态钻井过程的条件下,根据已有的钻井水力学、PD C 钻头钻速和磨损方程,结合涡轮钻具的特性规律,建立了“涡轮钻具+P DC 钻头”的钻进过程数学模型。

以进尺成本为目标函数,推导得到了将钻头水力参数优选与钻压、转速优选结合在一起进行的、涡轮钻具最优化问题目标函数的表达式及相应的约束条件;并通过编制的软件,实现了涡轮钻井参数的优选。

通过对18种涡轮,在4个不同地层优选结果的比较和分析得知:不同涡轮在同一地层的优化结果差别很大,在不同地层的优化规律相拟;大扭矩、适度低转速、低压降的涡轮可取得良好的钻进效果;涡轮钻井目标函数与钻井参数难以用一般优化方法获得最优解。

主题词　涡轮钻井;涡轮钻具;聚晶金刚石复合片钻头;最优化分类号　T E 242.4　近10年来,涡轮钻井技术在国内外都获得了十分迅速的发展,被普遍地应用于钻井过程的各个阶段,而且所钻井的比重也逐年上升。

但是,对涡轮钻具钻井技术参数最优化理论研究还未见系统报道。

众所周知,在转盘钻井最优化中,钻头水力参数的优选和钻压、转速等参数的优选是两个较为独立的过程。

文献[1,2]详细论述了在不同工作方式下钻头水力参数的优选方法。

在确定了钻头水力参数之后,文献[3]根据牙轮钻头的钻速与磨损方程,利用进尺成本目标函数实现了钻压、转速的优选。

相比之下,涡轮钻井却是一个更为复杂的动态系统。

在涡轮的使用过程中,钻压和转速是通过地层给钻头所施加的扭矩大小联系在一起的。

而涡轮效率和性能同水力参数之间又存在很大的关系。

显然,转盘钻井优化方法对涡轮钻井不完全适用。

为此,笔者利用文献[4,5]提供的PDC 钻头和涡轮钻具数据资料,并在涡轮钻井优化问题作适当简化的基础上进行“涡轮钻具+PDC 钻头”钻井参数优选问题的理论推导,以便实现涡轮钻具性能的系统分析和预测。

1　涡轮钻井最优化方法和寻优逻辑1.1　涡轮钻具特性的基本关系式对于涡轮而言,在某一流量下涡轮的压降基本上为常数,扭矩与转速之间为近似的线性关系。

石油钻井各种钻具参数

一、四方钻杆二、钻铤弯曲强度比：内螺纹危险截面摸数与外螺纹危险断面抗弯截面摸数之比。

三、加重钻杆三、加重钻杆三、钻杆1、API钻杆加厚尺寸图（X、G、S）四、转换接头：1、转换接头的种类转换接头根据外形与使用分为以下三种型式A型（同径式）：一只转换接头只有一种外径尺寸，代号为JTA。

B型（异径式）：一只转换接头只有两种外径尺寸，代号为JTB。

C型（左旋式）：转换接头的连接螺纹为左旋形式，代号为JTC转换接头的种类（SY5200—93、SY/T6152—1995）注：（1）、转换接头的连接螺纹弯曲强度比应控制在3.20：20—1.90：1之间。

（2）、转换接头的钻具当其直径差大于15mm时可采用B型转换接头（水龙头转换接头和打捞转换接头除外）。

1、接头型号与标记（1）转换接头型号表示法（SY5200—93）转换接头和光坯代号出厂批次出厂年号制造厂名或标志代号例：某厂（代号R）1989年按SY5200—93标准生产的第13批C型水龙头转换接头，两端有4 1/2正规左旋外螺纹，内径上部57.2mm，下部41.99 mm，标记为：R8913（2）转换接头标记代号（SY5200—93）内螺纹代号水眼直径外螺纹代号内螺纹端螺纹代号水眼直径外螺纹端螺纹代号型式（A、B、C）种类（1、2、3、4、5、6、7）接头代号例：1989年按SY5200—93标准生产第四批B型过度转换接头，一端为NC50外螺纹，另一端为NC46内螺纹，内径50.8mm,标记为：标记槽内标记：R8904外表面标记：JT3BNC44—50.8GXNC—50.8M2、接头螺纹扣型的表示方法螺纹扣型叫法目前有三种，一种是国内各油田习惯叫法（如411/410、521/430）；第二种是美国API石油学会规定的老式叫法（如：4FH（贯眼）、4 1/2内平、4 1/2REG 正规；第三种（数字型）是美国API石油学会规定的新叫法（如：NC50、N46、NC38）。

７３产品出厂包装前应对产品．外表喷涂天蓝色过氯乙烯喷漆。其涂层应均匀、光洁、敷着牢固，不得
有流痕、气泡、折皱等缺陷。
７４涡轮钻具应．分节拆开后用槽钢或方木作成的包装夹架夹紧，提供运输包装。条件具备时可以几套
包装在一起，但最小的包装单位应不少于一套。
７５涡轮钻具应在．避开太阳、热源、雨淋、酸、有机溶剂和碱、腐蚀性介质的场合运输和存放。贮存
期为半年。７‘ 出厂的产品应随机带一份证明书及证明书上规定需带的其它文件、工具和备件。．８质ｔ保证在用户遵守制造厂使用说明书规定的条件下，自造厂发货之日起半年内，确因制造不良而使涡制轮钻具不能启动和易损件寿命达不到表５规定时，制造厂应负责无偿修复或更换。
Ｎ・ｍ
功率Ｐ
ｋＷ
效率７
％
第一测试点第二测试点第三测试点制动载荷注可按公式Ｐ＝０１９・／１．计算功率，也可直接测取．Ｍｎ７６２３表７检测项目
精度要求
试脸液排量、受试件出入处液体压力、输出力矩
士３５．％
１２０１７２１２７１８４１５９１５６２５１１６８１００２０４
们Ｉ】ｎ
２５５２１２１０２
４１涡轮钻具除．应符合本标准的规定外，还应按照经规定程序批准的图样及文件制造。４２涡轮钻具上接钻杆柱的壳体接头螺纹的尺寸和公差应符合Ｇ９５．．Ｂ３１２规定。其螺纹旋紧力矩参照Ｓ５９附录Ｈ计算。Ｙ０２４３涡轮钻具轴接头上接钻头的．螺纹的尺寸和公差应符合Ｇ９５．定。摄纹规格应符合表２Ｂ３１２规规

涡轮钻具介绍

-浮阀.
产品质量
全俄钻井研究院-钻井工具有限公司的质量体系符合API 的ISO 9001:2000 标准
涡轮钻具
钻井工作效率
钻遇地层特性: -地层 -温度 -钻井问题
所用钻头类力: 泵的功率转数/分钟钻压
涡
输入: 液压能量
轮
钻具
流量
x 压力
将减速涡轮下放至 12 230 米
减速涡轮钻具
减速涡轮钻具的设计
涡轮部分减速器主轴
角度调节器
减速涡轮钻具
行星齿轮减速器
传动关系 i=3,5÷3,9 最大扭矩
-178 mm 涡轮钻具 – 15000牛米;
齿轮牙驱动 -195 mm涡轮钻具 – 19000 牛米; - 240 mm涡轮钻具 – 28000 牛米;
涡轮钻具
定向涡轮钻具ТО3-240BI
主要特性: - 带有角度调节器; - 用充满油的接头将涡轮轴的扭矩传输给主轴; - 拥有独特的涡轮和主轴的轴向轴承; - 可以使用不同类型的涡轮; - 震动很小，对遥测系统影响就相对减少. 在西西伯利亚的平均机械钻速为 62 米/小时.
146 Q=60 l/sec 110 Q= 55 l/sec
Spindle section Spindle section
Reducer-spindle
涡轮钻具
减速涡轮钻具
涡轮钻具
适合涡轮钻具的钻头类型
钻头类型
涡轮钻具类型
牙轮
PDC
孕镶式
不带减速器
?
带减速器
?
钻头的阻力和扭力是持续增加的. 这些特性需要在开发新的涡轮钻具时加以考虑.涡轮钻具及减速涡轮钻具能否成功应用取决于钻井条件: 地层参数、泥浆密度和井温等.

系列涡轮钻具额定参数设计的对应等功率方法

钻具额定参数之间的对应关系。在钻头参数和岩石约束抗压强度一定的情况下，以许用最小机械钻速、
钻头钻压范围、钻井工艺要求为依据，确定了上、下限额定参数，建立了同尺寸系列涡轮钻具额定参数设计的定量计算方法。该方法也可用于涡轮钻具的选择计算。
・４７・
系列涡轮钻具额定参设计的对应等功率方法数
冯进，李雯锦，张慢来，张先勇（长江大学机械工程学院，湖北荆州４４２）３０３
［要］根据涡轮钻具工作理论和机械钻速方程，分析了相关因素对机械钻速的影响。基于同尺寸系列涡摘轮钻具应具有同样机械钻速的观点，提出了额定参数设计的对应等功率准则，并建立了同尺寸系列涡轮
格，同尺寸规格中有不同系列，同系列中又有不不
同，用何种方法来确定合理的工作参数范围，这是值得研究的重要课题。对此笔者经过探究，提出了对应等功率准则，并建立了同尺寸系列涡轮钻具额定参数设计的计算方法。・
［键词］涡轮钻具；系列设计；等功率准则；额定参数；计算方法关
［图分类号］Ｔ９ｌ中Ｅ２
［献标识码］Ａ文

井底水力涡轮钻具使用手册

井底水力涡轮钻具使用手册一、概述涡轮钻具是一种井底水力发动机，里面装有若干级涡轮（定子和转子），定子使液体以一定的方向和速度冲动转子，而转子将液体这种动能转变成带动钻头旋转破碎地层的机械能。

1、涡轮钻具型式及直径系列国产涡轮钻具型式、型号与橡胶机械性能均应符合SY /T5401—91规定。

（1）涡轮钻具型式单节式：只有一个涡轮节的涡轮钻具。

多节式：有两个以上涡轮节的复式涡轮钻具。

支承节式：全部轴向推力轴承安装成专门单体的涡轮钻具。

（2）型号表示法例：3WZ—195Z3 表示这是一种195mm直径、带支承节及水力制动节的、经过三次改进后的、具有三个涡轮节的涡轮钻具。

WZl—172—2 表示这是一种172mm直径、不带支承节的、经过二次改进后的单节式涡轮钻具。

WZ—240 表示这是一种240mm直径、带支承节的单节式涡轮钻具。

（3）直径系列见表3－1、轴接头的螺纹见表3－2、涡轮钻具各部位螺纹上紧扭矩见表3－3。

表3－1 国产涡轮钻具直径系列(SY/T5401—91)表3－2 轴接头的螺纹表3－3 涡轮钻具各部位螺纹上紧扭矩(SY/5547—92)单位：N·m（4）涡轮钻具按其结构和用途大致可分为：单式涡轮钻具、复式涡轮钻具、短涡轮钻具、弯壳体涡轮钻具、带减速器的涡轮钻具、带滚动轴承的涡轮钻具和高速涡轮钻具等等。

二、涡轮钻具技术规格及结构由于国内目前主要使用单式普通涡轮钻具，故本手册将以国产WZ系列的涡轮钻具为例，介绍涡轮钻具的规格、结构、特点及使用要求。

1、涡轮钻具的技术规格及工作性能（1）涡轮钻具的技术规格WZ系列和FZ系列的各种涡轮钻具的技术规格见表3－4、表3－5。

表3－4 WZ系列涡轮钻具规格表3－5 FZ系列涡轮钻具规格（2）涡轮钻具的工作性能工作液为清水、钻井液时工作性能见表3－6、表3－7、表3－8。

表3－6 涡轮钻具性能液体：清水（密度1g/㎝3）表3－7 WZ涡轮钻具使用参数(SY5547—92)表3－8 涡轮钻具性能液体：钻井液（密度1.2g/㎝3）（3）涡轮钻具的特性曲线涡轮钻具的特性曲线，就是涡轮钻具的主要技术参数之间的关系曲线，如图3－1所示。

钻具规范(API标准)

中
国
石
油
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标科技为本服务为魂油田为根
API前言 API出版物中的任何内容，都不能解释为（以暗示或其他方式）赋予任何人制造、销售或使用专利权所涵盖的任何方法、仪器或产品的权力；也不能解释为担保任何人侵犯专利权而不承担责任。 “应”：当在标准中使用，表示为符合本规范的最低要求。 “宜”：当在标准中使用，表示为符合本规范的推荐条款或建议但不作要求的条款。本文件是按照API标准化工作程序制定的，该程序保证了制定过程的透明度和广泛参与；本文件被认定为API标准。关于本标准内容解释方面的有关问题，或者关于标准制定程序方面的看法和问题，应以书面形式提交给美国石油学会标准部主任，地址是：1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005。如果需要复制或翻译本标准的全部或部分内容，也请与标准部主任联系。通常，API标准最长每隔五年就要复审一次，复审的结果是修订、确认或撤销。该五年复审周期可以延期一次，但延期最长不超过两年。作为现行API标准，本出版物的有效期自出版之日起不超过五年，除非再版时授权延长其有效期。可以从API标准部查询本出版物的状况，电话是（202）682-8000。API（1220 L Street, N.W., Washington, D.C.20005）每年发布出版物目录。欢迎用户提出修订建议，这类建议应提交给API标准出版部，地址是：1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005, standards@。
中
国
石
油
管

井下动力钻具

N l = M lω = Ql ρ u (c1u − c2u )
如忽略能量转化过程中的损失，则由能量守恒定律可知，如忽略能量转化过程中的损失，则由能量守恒定律可知，涡轮获得机械能等于液体消耗的能量，轮获得机械能等于液体消耗的能量，即
M lω = Ql H l ρ g
涡轮钻具的工作特性
由此可得，每公斤液体传给涡轮的能量，由此可得，每公斤液体传给涡轮的能量，即转化压头
涡轮钻具结构特点
图3 涡轮钻具结构图
涡轮钻具的工作特性
涡轮的基本方程式：涡轮的基本方程式：扭矩公式：扭矩公式：
M l = Ql ρR(c1u − c2u )
此式表明：此式表明：涡轮从液体获得的扭矩大小与通过涡轮的流量及涡轮的尺寸成正比，涡轮的尺寸成正比，同时也与转子进口及出口绝对速度的变化有关，变化越大，则扭矩越大，涡轮从液体获得的功率，化有关，变化越大，则扭矩越大，涡轮从液体获得的功率，即转化功率为
图 4 涡轮的理论特性曲线
涡轮钻具的工作特性
环流系数的概念：组成涡轮功率的两个因素环流系数的概念：组成涡轮功率的两个因素——动力因素和运动动力因素和运动因素在无冲击工况时的比值称为环流系数，表示。因素在无冲击工况时的比值称为环流系数，用表示。即
u为涡轮的圆周速度。由上式可见，当涡轮功率相等时，系数为涡轮的圆周速度。由上式可见，当涡轮功率相等时，为涡轮的圆周速度越大，则涡轮的扭矩越大，无冲击工况时的转速越低，越大，则涡轮的扭矩越大，无冲击工况时的转速越低，涡轮为低速大扭矩。而系数越小，转速越高，涡轮为高速低扭矩。低速大扭矩。而系数越小，转速越高，涡轮为高速低扭矩。涡轮的最优工况，即最高效率点的工况，总是在顶点（涡轮的最优工况，即最高效率点的工况，总是在顶点（最大功率工况与无冲击工况之间，对正常涡轮来说，点）工况与无冲击工况之间，对正常涡轮来说，其无冲击工况和顶点工况重合，因此也就是最佳工况。和顶点工况重合，因此也就是最佳工况。涡轮的相似理论。在钻井过程中，泥浆泵的流量是经常改变的，涡轮的相似理论。在钻井过程中，泥浆泵的流量是经常改变的，此时涡轮特性的变化可用相似公式求得。具体不在描述。此时涡轮特性的变化可用相似公式求得。具体不在描述。

涡轮钻具及其应用

涡轮钻具纵向剖面示意图
a
4
TQ(V rt2Vt1)
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。由动量守衡定理推导出
轮流叶直片径
‘
注意：对于4-3/4″或者更小的工具，平衡鼓不需要使用
，因为推力是非常小的，而且也可以被钻压平衡掉’
a
合成的受推力面 18
涡轮钻具的改进
涡轮平衡鼓（TSH型）图
（TSH型是指由单级马达组成的涡轮钻具，旁通阀是通过中空的驱动轴到钻头）
TSH型平衡鼓的驱动轴内部是中空的，该型平衡鼓的衬套装有现场可更换的喷嘴，便于选择流入旁通的流量的百分比，该喷嘴也可以完全堵塞（平衡流体流过驱动轴）
➢ 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
EEhEVEm
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 PEQP
移动盘固定盘
移动盘
垫环
迷宫环前轴承
止推轴承
挠性轴可调弯外壳
前轴承
钻头母扣稳定器
稳定器
a
10
涡轮钻具的标准组件
涡轮径向轴承排列图
HNBR型橡胶
下径向轴承
中间径向轴承
a
11
涡轮钻具的标准组件
轴承部分驱动轴下部流态图

第三章蜗轮机械

第三章涡轮机械第一节概述涡轮钻具是一种结构比较特殊的井下动力钻具，它由钻井泵打出的高压钻井液来驱动。

涡轮钻具钻井与转盘钻井相比，主要优点是：将能量集中在井底驱动钻头旋转以破碎岩石，此机械钻速较高；钻井时钻杆不转动，减少了钻杆的磨损和断裂事故，延长了钻杆的使用寿命，特别适合于打定向井、丛式井以及进行修井、侧钻等特殊作业。

涡轮钻具在前苏联一直作为主要的钻井工具，钻井总进尺占80%以上。

长期以来，涡轮钻具主要是配用牙轮钻头打井，存在着涡轮钻具转速高，牙轮钻头寿命短、进尺少，及其像胶一金属推力轴承工作寿命不长等缺点；但随着高转速、低钻压聚晶金刚石复合片PDC 钻头的推广应用，随钻测量技术的普及，以及各种新型结构的出现，涡轮钻具在石油、天然气钻井工程中将会发挥越来越大的作用。

一、涡轮的工作原理涡轮钻具是接在钻杆的下端，随钻杆一起下到井底的一种井底动力钻具。

涡轮钻具中的涡轮，是把液体能（主要是动能及部分压能）变为涡轮轴上的机械能，从而带动钻头旋转破碎岩石。

涡轮钻具是一种特殊结构的水涡轮，它的作用原理和地面上的一般水涡轮相同，可用下面简单的例子说明，如图3-1所示。

漏斗A 可绕0102轴旋转，将液体从漏斗上部灌入，下部喷出，喷出的速度大小和方向与进口不同。

液流进出口动量矩的变化，使漏斗中的液体受一力矩。

该液体以大小相等方向相反的力矩作用在漏斗上，使漏斗沿箭头所示方向转动。

如把几个漏斗沿0102轴的圆周放置，成一整体就构成了涡轮，即可带动0102轴旋转作机械功。

可见要使漏轮轴作机械功，必须使液流在进入工作轮前具有一定的方向和速度，因此，液流在进入工作轮前应通过一个导向装置。

在涡轮的导向装置（或定子）中，只发生液体能形式的改变，把部分压能转换为动力能，并把液流引导一定方向。

而工作轮（或涡轮转子）中，发生液体能转换成机械能的过程，并带动涡轮轴旋转，对外作机械功。

钻井用的涡轮钻具，在工作条件和结构方面都与地面的水涡轮有很大区别。

第六节涡轮钻具

二、涡轮钻具基本结构
1.涡轮钻具基本组成（图4.6.1）
涡轮马达总成
稳定器弯接头总成支撑节总成图4.6.1 涡轮钻具的结构
涡轮钻具主要由以下部分组成： 1）涡轮马达总成 2）弯接头总成 3）支撑节总成对于减速器涡轮还有减速节（图4.6.2）总成。
图4.6.2 减速器涡轮的结构
2.涡轮钻具各部分的作用涡轮马达总成主要有壳体、转子叶片、定子叶片和涡轮轴构成，其作用是将高压流体的水力能转换成驱动钻头的机械能，其物理基础是液力传动的欧拉方程式。弯接头主要由壳体和弹性轴组成，其作用类似于万向轴，使马达形成造斜用弯角。支撑节主要有止推轴承、径向扶正轴承、传动轴、壳体和传动接头组成。其作用主要是承受轴向力，并将马达动力平稳的传递到钻头。为降低涡轮转速、增加输出扭矩，出现了减速器涡轮钻具。对于减速器涡轮的减速器主要由行星齿轮、止推轴承、齿轮密封系统等组成（图 4.6.3）。其作用是降低马达的转速、增加扭矩，与钻头匹配。
尽管如此，涡轮钻具作为一种重要的钻井驱动方式，有关其技术改进的努力就一直没有停止过，以俄罗斯和法国为代表的世界各国一直致力于完善涡轮钻具技术的研究和开发。涡轮钻具不仅被俄罗斯广泛应用，西方国家利用先进的钻头制造工艺技术，进一步推动了涡轮钻具的应用领域，初步解决了深井钻井中遇到的许多难钻地层钻速慢的难题。近年来，世界各国采用涡轮钻具钻井的工作量有逐年增长的趋势，特别是在南美和加拿大地区采用高泵压配合涡轮钻具和PDC钻头或金刚石钻头钻井技术取得了很大的成功。据资料，在加拿大涡轮钻具钻进进尺达到钻井总进尺的60~70%。随着涡轮钻具在其结构和性能方面的不断改进和完善，具有不同使用性能和满足不同钻井需要的新型涡轮钻具的相继研发，涡轮钻具推广应用展现出良好的前景。

涡轮钻具

芯桶,套管和钻柱,侧钻工具,减震器
SPA Drilling technique, Moscow – development of well construction technology; well planning; design estimates.-莫斯
科的SPA钻井工艺院, 从事油井建设,油井设计,设计评估
n = 630-900 RPM (Impregnated bit)
Turbodrills may assembly with centrators, stabilizers, calibrators requirement dia-
TURBODRILLS-涡轮钻具
Types of bits for turbodrills-适合涡轮钻具的钻头
Mud-泥浆
Rotor-转子 Stator-定子
TURBODRILLS-涡轮钻具
M, N, P, ŋ
Mstall
Theoretical turbodrill characteristic 涡轮钻具的理论特性
M (Nm)
N (kW) ŋ (%)
Operating
torque-工作
力矩
Mstall/2
轮铸造工艺，提高工具效率
3. Increase of stage number. Serial turbodrill sections contain 110 pcs. max. turbine stages. Number of turbine stages in section of new turbodrills can be increased to 150 -160 pcs.-增加级数.最大串联涡轮可有110级. 新型涡轮最大级数可达150-160级

涡轮钻具介绍

涡轮钻具的改进
目前FBS型涡轮钻具的尺寸
钻具尺寸
2-7/8″ 3-3/8″ 4-3/4″ 5″ 6-5/8″ 7-1/4″ 9-1/2″
井眼尺寸
3.25-4.0 ″ 3.75-5.375 ″ 5.625-6.75 ″ 6.0-6.75 ″ 7.625-9.875 ″ 8.375-9.875 ″ 12.0-17.5 ″
涡轮钻具的改进
涡轮钻具叶片的压力分布图
标准压力扭矩涡轮压降
钻井范围
钻头转速
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 ℃）下进行作业，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
井下动力钻具基本原理
应用在所有液动动力钻具（如容积式液动螺杆和涡轮钻具）中的简单物理特性和参数：
• • • • 动力钻具是转换液能到机械能输出动力小于输入动力一般来讲，输出动力大约是输入动力的55－65％影响传输特性的主要因素是效率的输出和效率的保持 • 提高性能和可靠性的关键是先进的设计和科学选材
流体静压头对塑性页岩的影响
涡轮钻具耐高温高压性能
流体静压头对塑性页岩的影响
井眼质量
井眼质量为什么是重要的？
另外：
• • • • •
经检验它是确定井眼质量的主要因素
能确保钻压的顺畅传递降低扭矩，减小阻力有助于大大降低钻柱的卡钻事故容易下入测井工具提供较好的测井质量数据（使用贴井壁工具时） • 容易下入套管/衬管/取芯筒 • 容易下入完井设备

涡轮钻具

No load speed, RPM-无负载/空载转速
Stall torque, Hm (Lb*Ft)-止动力矩 No load turbine pressure drop, kg/cm2 (PSI) -无负载/空载压降 Max power turbine pressure drop, kg/cm2 (PSI)-最大功率压降 Stall turbine pressure drop, kg/cm2 (PSI)-止动压降 Max power, kW-最大功率
ISO9001:2000标准的认证的质量体系
TURBODRILLS-涡轮钻具
Drilling process efficiency-钻井过程效率
Characteristic of formations drilled:
钻遇地层特征 -Formations-地层
Used bit types:
使用钻头类型
达25米/小时
Main features-主要特征
条件:地层特性,泥浆密度和地层温度
TURBODRILLS-涡轮钻具
Turbodrill T1-195-T1-195涡轮钻具
Power and RPM of turbodrill T1-195 for different flow rates and density of mud 1,2 g/cm3 (10 ppg)-泥浆比重1.2和不同排量下的T1N max, kW
速导向涡轮
Т1, TSSH
Turbine section涡轮节
Straight直涡轮
TRO
TR, TRSH
Turbine section涡轮节
TO
Turbine section涡轮节
Spindleless-无传动轴 TV1

涡轮钻具简介

VNIIBT涡轮钻具简介 VNIIBT涡轮钻具简介
北京佐邦科贸有限责任公司 2008年元月 2008年元月
一、当今世界上使用的井下马达有两种： 1、螺杆 2、涡轮
二、涡轮与螺杆的主要区别：
1、尺寸：涡轮比螺杆长2~3倍; 、尺寸：涡轮比螺杆长2~3倍 2、能量特性： ①涡轮转速高，一般400~600转/分，螺杆150转/分左涡轮转速高，一般400~600转分，螺杆150转右，较稳定; 右，较稳定; ②扭距：螺杆高于涡轮，而压差低于涡轮; 扭距：螺杆高于涡轮，而压差低于涡轮; 3、技术特点：螺杆比涡轮更适用于打斜井和水平井，但涡轮的钻速比螺杆高很多; 但涡轮的钻速比螺杆高很多; 4、使用指标：涡轮使用寿命900小时以上，螺杆约、使用指标：涡轮使用寿命900小时以上，螺杆约 200小时（多级距的可达500小时） 200小时（多级距的可达500小时）。
三、不同方法钻油气井前苏联和俄罗斯的对比图
①敲击法; 敲击法; ②转盘方法; 转盘方法; ③涡轮方法; 涡轮方法; ④螺杆方法; 螺杆方法; ⑤电动方法。
四、涡轮钻具的组成
五、涡轮钻具的组成
涡轮钻具（如上图所示）可以由1~3个短节涡轮钻具（如上图所示）可以由1~3个短节组成，涡轮短节与钻头之间有一个减速短节（用于降低涡轮转速）或支承短节。每个涡轮短节约有100对转子和定子（见图六）个涡轮短节约有100对转子和定子（见图六）组成。定子安装在外壳上，转子安装在主轴上。减速器由星形齿轮组成，放在密封的油箱中，经向支承轴承安装该短节的外壳内。
六、涡轮的转子、定子和支承轴承
七、俄罗斯生产的涡轮钻具类型已系列化，常用的有以下几种：
T1T1-178 T1T1-195 T1T1-240 TV1TV1-240

涡轮钻具标准

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涡轮钻具涡轮节设计

涡轮钻具性能的系统分析

石油钻井各种钻具参数