离心式井下增压装置的系统设计

井下螺杆增压提速装置关键部件设计张玉英;赵健;巴鲁军;刘永旺;徐依吉【摘要】ROP enhancement has been an important research direction in major oil drilling compa-nies for long time, which shows that improving the bottom drill bit nozzle jet pressure can signifi-cantly increase drilling speed in oil and gas drilling practice. Down-hole Screw-type Pressure In-tensifier is a new kind of down-hole Device,using helicoid hydraulic motor as the power,conver-ting the rotation movement of the helicoid hydraulic motor into the reciprocating movement of the piston pump by a spiral cant type reverse mechanism. Part of the total drilling fluid can be pres-surized up to 80 ~ 100 MPa. The high pressure drilling fluid erupts by the ultra high pressure nozzles in the ultra high pressure PDC bit. The rock breaking was realized by this device,to im-prove the rock breaking efficiency,to increase drilling speed,thus the drilling cost is reduced re-markably.%钻井提速是各大石油钻井公司研究的重要方向,油气钻井工程实践表明,提高井底钻头喷嘴射流压力可以大幅提高钻井速度.在分析现有井下增压的基础上,研制了井下螺杆增压装置.该装置以螺杆泵作为动力,通过新型换向机构将旋转运动转换为增压泵的往复运动,成功实现了井底增压；钻头超高压喷嘴射流压力达到80～100 MPa,有效地实现了超高压射流钻井,达到了提高钻速、降低钻井成本的目的.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2012(041)003【总页数】5页(P31-35)【关键词】井下增压装置;螺杆泵;换向机构;超高压钻头【作者】张玉英;赵健;巴鲁军;刘永旺;徐依吉【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555【正文语种】中文【中图分类】TE921.2目前，我国的深层油气主要集中在塔里木库车山前、川东北、松辽深层、新疆乌夏等地区，这些地区油气资源埋藏深，地层硬而且复杂，在钻井过程中普遍存在钻井速度慢、周期长、成本高的问题。

井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析1对于我国近几年的钻井技术来说，如何将其技术的速度给提升上去，一直都是这个研究领域的热点，在井下找到适合的新能源，并且针对新能源开发出相适应的能量转化方法以此来将破岩的效率提升，这种研究方法也是关于如何在超深井提速领域方面的一个重要研究方向，基于此种思路下就研制出了JZZY-1型井下钻柱减振增压装置。

这种装置的主要工作原理就是使得钻柱振动的能量向钻井液压能转化，然后在钻头上产生超高压射流，这样就可以达到减小钻柱纵向振动并且达到将钻井液压提高的目的。

标签：井下钻柱;减振增压装置;工作原理;提速效果引言：要想推动我国的深部地层的油气资源的勘察和开发，就必须在如何能够提升深井超深井钻井速度这一方面加大研究力度。

经过我国近几年的大量研究，得出结果要想使得钻井速度得到大幅度提升，首先就要将井底钻头喷嘴射流的压力提高。

通过这一个结论，相关的钻井技术人员主要想到了两种可以应对的计数方法，主要针对钻井液对其进行地面增压和井下增压。

针对钻井液的地面增压是一项比较复杂的工程并且它所需的成本也十分的高，虽然它对钻井速度的提高起到了很大的作用，但是由于以上的缺点，没有得到广泛的应用。

相对于地面增压来说，井下增压并不需要将以往的钻井工艺和设备进行修改，只需要在原有的基础上增添一些相关的增压装置，这样也就大大的减少了钻井作业进行过程中的所需成本。

一、井下钻柱减振增压装置工作原理和特点1.1工作原理和结构上述所提到的JYZZ-1型号的减振增压装置主要是由两个系统来构成：上部分的减振系统，下部分的钻井液增压系统，这就是该装置的系统结构。

将此种型号的井下钻柱减振增压装置安装在所使用的钻井工具的钻头上，一旦等到钻柱振动过程中所产生的强度符合该装置的启动压力的时候，这种装置就会开始进行工作。

振动强度越来越强，钻井液的喷射压力也会随之增加;振动的频率越来越高，钻井液的排放量也会随之增大，这就是该装置的工作原理。

内燃机增压技术第二章离心式压气机的原理与设计(３)魏名山第二章离心式压气机的原理与设计(３)z集气器（涡壳）z离心式压气机计算示例z压气机特性集气器---形状(2)集气器---形状(3)z涡壳截面的形状可以有很多种，以梨形的损失最小，但各种形状相差不大，所以在设计时更多地是考虑尺寸上的小型化。

近年来逐渐多采用的鸭蛋形截面涡壳能得到最小的外形尺寸。

集气器---流道计算(4)z将某一个确定的R H值代入上式，就可以求出一个对应的φ值。

如此变更不同的R值，就H可得到相应的不同的φ值。

将一系列φ值与它对应的R值制成表格或曲线后，再反过来由H表格或曲线用插值法，求出各所需的指定整数φ值及对应的R值。

离心式压气机计算示例---命题z 试为6150柴油机设计一台废气涡轮增压器。

增压前发动机的功率N e =184kW ，转速为2000RPM ，比油耗g e 为250g/kWh ，机械效率ηM =0.75。

增压后功率要求提高100%，环境压力P 0=98066.5Pa ，环境温度T 0=303K 。

离心式压气机计算示例---某些系数的选取z选定发动机的充气系数z过量空气系数z 扫气系数05.17.19.0===H H v H ϕαη离心式压气机计算示例---功率z 增压后发动机的功率N eHkW368%)1001(=+=e e N N H离心式压气机计算示例(1)z压气机具体的结构尺寸，可按照王延生、黄佑生著《车辆发动机废气涡轮增压》或朱大鑫著《涡轮增压与涡轮增压器》上所列的表格进行计算。

z其基本思路为：根据前述发动机计算，算出压比、流量后，按经验值假设压气机叶轮的出口直径，和压气机的绝热效率。

同时对计算过程中所涉及到的一些系数如各处的流动损失系数设值。

离心式压气机计算示例(2)z根据压比算出压气机绝热功，根据压气机绝热功和压头系数算出叶轮出口圆周速度，然后算出叶轮旋转速度。

z根据流量算进口面积和进口直径。

z然后根据前述的计算公式，从进口开始算到出口。

井下增压器结构设计与仿真针对复杂地质条件下油气井钻进速度较慢的问题,充分利用水力能量联合机械作用破岩可以有效地提高钻进速度。

井下增压器是直接在井底对部分钻井液增压后通过钻头喷嘴喷射出去,从而达到水力破岩的效果。

目前,井下增压器的研制仍然属于探索阶段,还未出现较为成熟的产品应用于钻井现场。

基于此,本文在前人的研究基础上,结合现场作业要求设计了一种新型井下增压器。

本文主要从井下增压器结构设计、动力转换机构、高压喷嘴冲蚀磨损以及井底漫流场数值模拟四个方面进行了详细研究。

总结本文的研究内容,具体包括以下几个方面:结合现场井下增压器的实际工况,提出了增压器的设计方案,完成了对动力转换机构、增压机构、动力输入端等关键部位以及整体的结构设计。

对动力转换机构的动力输入端转速、扭矩等参数以及动力转换机构连续性进行计算。

利用ADAMS软件建立了动力转换机构多刚体动力学模型,并进行了运动规律分析。

利用ABAQUS软件建立了动力转换机构的显示动力学模型,并进行了显示动力学分析。

建立了高压喷嘴的冲蚀磨损模型,利用FLUENT软件计算了不同形状下喷嘴的冲蚀磨损情况,并研究了颗粒直径、颗粒体积分数、携砂液动力粘度以及携砂液流量对喷嘴的冲蚀速率影响规律。

利用流体仿真软件FLUENT对增压器钻头井底三维漫流场进行了数值仿真分析,研究了不同喷嘴侧倾角大小和不同喷距大小对井底漫流流场的变化规律。

结合本文的研究内容,主要结论如下:确定了井下增压器的设计方案,完成了整体结构的设计以及工作参数的计算。

在一个周期内,从动圆柱凸轮在下行过程中接触力较大且在1.25×10~5~4×10~5N内波动,在复位过程中接触力较小且在0~5×10~4N内波动。

在一个周期内,主动圆柱凸轮的扭矩大小在初始位置时最大,随着主动圆柱凸轮的旋转,扭矩开始出现上下波动并成总体减小趋势,随着凸轮转动,当运动位置达到两凸轮的波峰与波峰接触时,扭矩大小基本为0并开始近似空载运行。

1概论1.1 研究的背景和意义油田注水系统是油田能耗大户，也是油田投资的主要领域之一，因此开发高效注水设备，提高现有注水系统运行效率，对于降低油田生产成本具有重要意义。

早期注水是提高油田采收率的有效方法，通过人工注水可以提高地层压力，使油层具有强有力的驱油条件，保持较高的油层压力，有效克服各种阻力，达到长期稳产高产，而高压注水泵在注水工艺中起着重要的作用。

在油田开发后期采用油层注水，以保持油层压力，从而提高原油产量。

随着钻井深度的增加，注水油层也不断加深。

近几年来国内各大油田的部分注水单井或区块高压欠注问题日趋突出，促使人们逐渐认识到发展增压注水工艺的必要性。

因此，增压注水泵的发展十分迅速，到目前为止，增压注水泵已初步形成离心式和往复式两大类。

1.2 本设计的目的高压注水泵是油层注水过程中的必需设备，而高压注水泵一般用高压柱塞泵和高压离心泵，但是高压柱塞泵有可靠性差以及出口脉冲的缺点，同时随着石油工业的发展，油田注水量日趋增加，而且还在逐年增长中，排量小的柱塞泵已不能满足要求，所以，油田采用比较多的还是高压离心水泵。

我国使用离心式注水泵的主要有大庆油田和胜利油田，在注水泵中所占比例达50%左右。

目前，我国用于注水的电耗占油田全部耗电量的30%以上，而使用的离心式注水泵型号繁杂，部分效率偏低，与国际水平仍有相当差距。

因此，迫切需要建立起国产离心式注水泵的系列型谱，研制出具有国际先进水平的产品，并对现有离心式注水泵进行技术改造，提高其运行效率，以满足石油工业发展的需要。

1.3 泵的发展展望及国内外现状从目前国内外泵的发展情况和生产需求对泵技术提出的要求看，在今后一段时期内，它的主要发展展望可以概括为以下的几个方面：(1) 注意发现和开发新领域用泵;(2) CFD、PIV等先进技术结合实际开展试验研究;(3) 树立精品意识，重视标准化、通用化;(4) 重视关键技术和关键产品的研究与开发;1.3.1 国外情况泵是伴随着工业发展而发展起来的。

增压装置在复杂井射孔施工中的应用随着我国石油化工业的迅速发展，油气井的开采也越来越多。

其中，复杂井和难开采油气层所占比例较大。

复杂井包括高压气井、高含硫气井、高含水油井、超深井等等。

这些复杂井的开采难度较大，对油田的生产效益和安全稳定性造成了挑战。

因此，在复杂井的开采中，增压装置变得尤为重要。

下面我们将介绍增压装置在复杂井射孔施工中的应用。

一、增压装置的实质增压装置，顾名思义，是一种将空气、氮气、水汽等物质通过其内部压缩机增压后，供给井下进行作业的设备。

在油田开采中，增压装置主要用于提高井下作业压力，保证射孔、压裂、油管外径清洗等作业顺利进行。

增压装置包括压缩机、润滑系统、冷却系统、电控系统、储气罐、气瓶组等主要部分。

其中，压缩机是整个装置的核心部分。

根据不同的使用条件和石油化工生产需要，增压装置在结构、性能、材料、尺寸等方面可能会有所不同。

在复杂井射孔过程中，射孔枪通常注入直径为3mm左右的炸药充填物，将其引爆以达到炸开油层和形成井孔的效果。

这个过程需要在高压下进行，通常涉及到多级密闭压力环节。

而增压装置的作用就是通过其内部的压缩机，为射孔枪提供高压气源。

高压气井是指采用高压气体来压制油气，使其逸出而得到开采的油气井。

高压气井开采压力通常高于20MPa。

因为高压下开采，气体的流动性能及能量易受到限制，在射孔施工过程中，需要增压装置来提供高压气源。

此外，随着气压和温度的变化，油层的原始性和地质构造也会发生变化。

而增压装置可以通过控制出气量、压力、温度等参数，对油层进行控制和维护，帮助提高开采效率。

2.在高含硫气井射孔中的应用含硫气井指甲烷中混入硫化氢、二甲基硫醚等含硫化合物的天然气井。

在射孔施工期间，含硫气井容易发生火灾、爆炸等安全事故，从而影响井口施工安全。

因此，在高含硫气井的射孔施工中使用增压装置可以稳定气压，保证安全性。

水是油井开采中的一大难题，特别是高含水油井更是让人头疼。

高含水油井通常需要进行压裂或放水等作业才能开采到油。

离心式井下增压装置的系统设计
孙伟;孙峰;赵崇镇;孙亚敏
【期刊名称】《石油机械》
【年(卷),期】2006(34)3
【摘要】针对目前国内外超高压射流钻井技术采用柱塞式增压器普遍存在寿命短、工作可靠性差的问题,提出离心式井下增压装置的结构设计方案.这种增压装置由动力单元(涡轮动力机)、固液分离单元、增压单元(离心泵)和流道短节单元组成,通过钻井液驱动涡轮动力机旋转,并带动固液分离装置和离心泵高速旋转,使部分钻井液增压,达到提高射流压力和速度的目的.现场试验证明,这种离心式井下增压装置可使钻井液在井底的压力达到30 MPa.
【总页数】3页(P36-38)
【作者】孙伟;孙峰;赵崇镇;孙亚敏
【作者单位】中国石油大学·华东;中国石油化工股份有限公司油田勘探开发事业部;胜利石油管理局钻井工艺研究院;中国石油化工股份有限公司油田勘探开发事业部;胜利油田有限公司地质科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TE9
【相关文献】
1.井下螺杆增压装置在提高钻井速度中的应用 [J], 巩呈祥
2.离心式井下增压装置在大8-8-1井的试用分析 [J], 余广兴
3.膨胀管用井下增压装置换向阀改进 [J], 闫柏莹
4.井下钻柱减振增压装置工作特性的仿真研究 [J], 张洪宁;管志川;刘永旺;梁德阳;王恒;夏硕
5.井下增压装置提高钻速机理与适用性 [J], 廖华林;管志川;史玉才;刘永旺;吴德松因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。