Investigación sobre soluciones técnicas de herramientas de perforación con tornillos.
Los parámetros de rendimiento de las herramientas de perforación con tornillo convencionales son muy importantes para la perforación. De manera similar, los parámetros de rendimiento de las herramientas de perforación de pozos ultraprofundos están relacionados con el costo de perforación e incluso con el éxito o el fracaso de la perforación de pozos ultraprofundos. Basándose en las ecuaciones de parámetros de rendimiento de las herramientas de perforación de tornillo convencionales, las ecuaciones de parámetros de rendimiento de las herramientas de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos en condiciones de pozos ultraprofundos se obtienen de la siguiente manera:
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En la fórmula anterior: AG es el área de flujo, mm2; q es el desplazamiento por revolución, mm3/r m es el par de salida teórico de; el motor de tornillo, N·m;; n es la velocidad de salida del motor de tornillo, r/s; g es la fuerza axial resultante generada por el rotor, n; Fg es la fuerza centrífuga generada cuando el rotor gira, n; es la velocidad máxima de deslizamiento entre el rotor y el estator, mm/s; Ls es la línea de sellado entre el estator y el rotor. La longitud total, mm; n es el número de cabezas del rotor; e es la excentricidad del rotor, mm; ; Ru es el radio equidistante, mm; Ts es el paso del estator, mm; h es el paso del rotor fijo, mm k es el tornillo. El número de motores es generalmente de 3 a 6; Etapa del motor de tornillo, generalmente 0,6 ~ 0,8 MPa. En condiciones de pozos ultraprofundos, la caída de presión puede permanecer constante a pesar de la alta presión. q es el caudal de líquido a través del sistema de potencia de la herramienta de perforación, mm3/s; μ es el coeficiente de fuerza axial, su valor se determina mediante experimentos y es 1,0 ~ 1,1 durante el diseño ρ es la densidad de masa del rotor, kg/; cm3.
De las fórmulas anteriores se puede concluir que son ecuaciones paramétricas multivariables. Dado que la relación es compleja, no es una relación lineal simple y también implica muchas restricciones. Para optimizar los parámetros del problema relacionado con la fórmula anterior, se debe utilizar un enfoque sistemático para resolver el problema. Por lo tanto, es necesario estudiar un conjunto de métodos de optimización de parámetros de herramientas de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos.
El proceso de optimización de los parámetros de la herramienta de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos es un proceso de modelado y solución matemáticos. Este modelo matemático es un problema de valores extremos de una función multiobjetivo en condiciones limitadas. Los problemas de optimización multiobjetivo sólo pueden resolverse convirtiéndolos en problemas de optimización de un solo objetivo. Este artículo utiliza el proceso de jerarquía analítica para transformar problemas de optimización multiobjetivo en problemas de optimización de un solo objetivo. La idea es construir una función de objetivo único basada en el peso de cada función de objetivo único en la función objetivo general construida y transformar el problema de optimización de función de objetivo múltiple en un problema de optimización de función de objetivo único. resolviendo así en última instancia problemas prácticos de ingeniería. Los métodos anteriores se resumen en la Figura 3.1.
Figura 3.1 Diagrama de flujo de optimización de parámetros de rendimiento de la herramienta de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos
Utilice el proceso de jerarquía analítica para resolver el problema de la optimización de los parámetros de la herramienta de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos. Los pasos son los siguientes:
Paso uno: Establecer un modelo de estructura jerárquica para la optimización de los parámetros de la herramienta de perforación de tornillos, como se muestra en la Figura 3.2.
Figura 3.2 Modelo de estructura jerárquica para la optimización de parámetros de la herramienta de perforación de tornillos
El segundo paso es construir una matriz de juicio. Los indicadores de evaluación de cada plan se muestran en la Tabla 3.1.
Tabla 3.1 Índice de evaluación de optimización de parámetros de herramienta de perforación de tornillos
Según el modelo estructural se establece una matriz de comparación de cada elemento de la capa C con respecto a la capa O:
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La matriz de comparación por pares de cada elemento de la capa P en relación con la capa C es:
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El tercer paso es utilizar el software matlab para resolver los valores propios de la matriz a. Se omite el proceso de cálculo específico. El valor propio máximo λ max de la matriz A es 5,1561 y el vector columna correspondiente es 0. Normalícelo para obtener el vector de características normalizado correspondiente. A continuación, calcule los valores propios máximos de B1, B2, B3, B4 y B5 y sus correspondientes vectores propios normalizados.
Los valores propios máximos de B1, B2, B3, B4 y B5 y sus correspondientes vectores de columna son respectivamente
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Normalícelo (utilizando el método estándar de promedio de columnas) y obtenga:
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No. En el paso cuatro comprobamos su consistencia.
N=4, RI=0.90, sustituya los valores numéricos y obtenga los siguientes resultados:
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Los indicadores anteriores tienen una coherencia satisfactoria.
Según el proceso de jerarquía analítica, la Lista 3.2 es la siguiente:
Tabla 3.2 Optimización de los pesos de los parámetros de la herramienta de perforación de tornillo por proceso de jerarquía analítica
Como puede ser Como se ve en la tabla anterior, P1, P2, P3 y P4 representan el 26,1163%, el 15,5163%, el 32,8938% y el 25,4735% respectivamente.
Se utilizará el software de optimización Lingo para optimizar los parámetros relevantes del motor de tornillo.
En primer lugar, se estableció un modelo matemático para la optimización de parámetros de herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos. El rendimiento de las herramientas de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos está estrechamente relacionado con el rendimiento de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos. Mientras se optimice el rendimiento del motor del tornillo, naturalmente también se optimizará el rendimiento de la herramienta de perforación del tornillo. Los parámetros de rendimiento de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos son principalmente la velocidad de rotación y el par de salida. Para el área de sobrecorriente, cuando se determina la estructura del motor, se determina el área de sobrecorriente. Siga los pasos generales de la jerga para resolver el problema. El modelo matemático se establece de la siguiente manera:
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Si hay demasiadas limitaciones, puede haber conflictos entre ellos; si hay muy pocas restricciones, es posible que no se encuentre la solución correcta. Para hacer esto, debemos elegir restricciones razonables. Se describe brevemente el proceso específico de resolución de problemas.
La relación entre el número de cabezas de rotor de las herramientas de perforación de tornillos y el par de salida y la velocidad de salida. Los datos obtenidos se muestran en la Tabla 3.3.
Tabla 3.3 La relación entre el par de salida y la velocidad de las herramientas de perforación de tornillos y el número de cabezas de rotor del motor de tornillo
Para obtener una relación más intuitiva entre el número de rotores del motor , par de salida del motor y velocidad del motor, hicieron un gráfico lineal 3.3. Se puede ver claramente en la Figura 3.3 que cuantas más cabezas de rotor tenga el motor, mayor será el par de salida del motor y menor será la velocidad de salida del motor.
Después de la optimización, el número de cabezales de rotor es 5. Después del análisis, el número de cabezales de rotor no es el factor principal y se puede seleccionar cualquier número de cabezales de rotor. De hecho, hay productos listos para usar disponibles en el sitio de perforación, desde el número de cabezales de rotor hasta el número de cabezales de rotor. Ilustra completamente que el número de cabezas de rotor no es el factor principal en la optimización de los parámetros del motor de tornillo. Aquí el número de cabezas de rotor del motor se selecciona como 5. Los tres parámetros restantes son: excentricidad del motor de 2,5819 mm, radio equidistante de 4,008579 mm y paso del rotor de 46,47916 mm. En este momento, el par de salida del motor es 100 N·m y la velocidad de salida del motor es 5,7296 r/s.
Figura 3.3 La relación entre el par de salida y la velocidad de salida de las herramientas de perforación de tornillos y el número de cabezas de rotor de motor de tornillo.
La fuerza axial generada por el rotor es 7045,6 N, la fuerza centrífuga del rotor es 27,6333 N, la velocidad máxima de deslizamiento entre el rotor y el estator es 1073,8 mm/s y la longitud total del La línea de sellado secundaria del estator y el rotor es de 2011,3 mm. Los resultados obtenidos son mejores que la mayoría de los resultados de optimización en la literatura.
Al optimizar los parámetros de las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos, se obtuvieron los parámetros estructurales de las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos que satisfacen las necesidades reales. Los parámetros estructurales de las herramientas de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos se expresan principalmente en la forma lineal del motor de tornillo para pozos ultraprofundos. A continuación, tomaremos una forma vívida para realizar un estudio sistemático y en profundidad de la forma lineal de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos.
La optimización de los parámetros de rendimiento de las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos implica el principio de funcionamiento y las condiciones reales de perforación de las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos. Para resolver los problemas de este sistema, se necesita un enfoque sistemático. Con base en las ecuaciones de parámetros de rendimiento de la herramienta de perforación de tornillo existentes, este capítulo utiliza el proceso de jerarquía analítica para calcular el peso de cada función objetivo en el objetivo general, formando un problema de optimización de función de objetivo único fácil de resolver y utiliza software de optimización de objetivos. para obtener el resultado final. Al comparar los resultados de la optimización con los valores reales, se encuentra que los resultados de la optimización son ideales. Está demostrado desde el exterior que este método de optimización de los parámetros de rendimiento de las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos es factible.
Este enfoque también tiene algunas desventajas. El proceso de jerarquía analítica requiere una amplia experiencia laboral en el sitio para comprender con precisión los efectos relativos entre las funciones objetivas. En segundo lugar, este método de optimización utiliza varios programas y tiene ciertos requisitos en la computadora del operador.
3.1.2 Visualización lineal del motor de tornillo para pozos ultraprofundos
El motor de tornillo para pozos ultraprofundos es el mecanismo de potencia de las herramientas de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos. El rendimiento de las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos depende principalmente del rendimiento del mecanismo de potencia. El motor de tornillo para pozos ultraprofundos consta de un estator y un rotor. Si se excluyen los efectos de los materiales y las técnicas de procesamiento en el rendimiento de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos, los factores restantes que determinan la calidad de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos son principalmente motores de tornillo para pozos ultraprofundos lineales. La investigación del perfil lineal de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos tiene como objetivo principal obtener un perfil lineal adecuado para operaciones de perforación de pozos ultraprofundos.
La idea del método de investigación lineal convencional se muestra en la Figura 3.4:
Figura 3.4 Método general de investigación de líneas motoras
Este método de estudiar la forma de las líneas motoras también se ha convertido una solución inversa. La esencia es encontrar primero un tipo de línea de motor calificado, calcularlo y compararlo, optimizar gradualmente y finalmente encontrar un tipo de línea de motor adecuado.
La línea de movimiento convencional es una línea ósea formada por un círculo de movimiento que rueda dentro y fuera de un círculo fijo, y luego la línea ósea se convierte en una línea equidistante. Para que el proceso de generación de la forma de la línea del motor sea intuitivo y vívido. Utilice el bloc de dibujo geométrico del software de dibujo con regla y compás para generar dinámicamente varias líneas de motor. Este artículo demuestra principalmente mediante animación el tipo de línea motora hipocicloide general, el tipo de línea hipocicloide larga, el tipo de línea hipocicloide corta y sus correspondientes tipos de línea isométrica, el tipo de línea epicicloide ordinaria, el tipo de línea epicicloide larga, el tipo de línea epicicloide y su correspondiente tipo de línea isométrica. Intuitivamente hablando, primero juzgue los pros y los contras de varios tipos de líneas. Luego se cuantifica, desde el análisis cualitativo hasta el análisis cuantitativo, y finalmente se obtiene el tipo de línea de motor más razonable que cumple con los requisitos de uso real.
El tipo de línea equidistante hipocicloide ordinaria es uno de los primeros tipos de línea utilizados en la práctica. El tipo de línea equidistante hipocicloide ordinaria es una línea equidistante basada en la hipocicloide ordinaria. El método de la línea isométrica consiste en seleccionar aleatoriamente un punto según la línea ósea, tomar este punto como el centro del círculo y hacer innumerables círculos con la longitud especificada como radio. Las envolturas exteriores de estos círculos son equidistantes hipocicloides ordinarios. La ecuación de la línea ósea del hipocicloide ordinario se puede expresar en la siguiente forma de parámetro:
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En la fórmula : r es el radio del círculo guía; r es el radio del filete; θ es el ángulo del rodillo guía.
Para obtener una hipocicloide cerrada con regularidad periódica se deben cumplir ciertos requisitos entre el radio del círculo guía y el radio del círculo rodante. Este requisito es que el radio del círculo guía debe ser un múltiplo entero del radio del círculo rodante. Para facilitar el estudio del problema, sea 1 el radio del círculo rodante y n el radio del círculo guía. Cuando n es 2 ~ 4, la hipocicloide común se muestra en la Figura 3.5.
Figura 3.5 Líneas hipocicloides comunes de varias cabezas.
Geometry Sketchpad es un software basado en reglas. En teoría, todas las figuras geométricas europeas se pueden dibujar con Geometry Sketchpad. La animación, el seguimiento y otras funciones del bloc de dibujo geométrico nos proporcionan un medio poderoso para comprender y captar mejor la relación geométrica entre los elementos durante el proceso de generación de gráficos.
Como se puede ver en la figura anterior, todos los hipocicloides ordinarios anteriores no se pueden usar como la forma lineal del rotor (o estator) del motor porque no son lo suficientemente suaves en las esquinas afiladas. Para resolver este problema, adoptamos el tipo de línea equidistante como se muestra en la Figura 3.6 ~ Figura 3.8. Usamos líneas equidistantes con un radio de 0,5 (el radio equidistante debe calcularse específicamente).
Figura 3.6 Hipocicloide Equidistante
Figura 3.7 Hipocicloide Equidistante
Figura 3.8 Hipocicloide Equidistante
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De la serie de gráficos Arriba, podemos ver que la curvatura de algunos puntos de inflexión de los hipocicloides ordinarios es demasiado grande, lo que no favorece el sellado del rotor cuando se mueve en el estator. Cuando los hipocicloides ordinarios son equidistantes, la curvatura del punto de inflexión aumenta significativamente. En otras palabras, el tipo de línea equidistante es un tipo de línea muy importante para los motores de tornillo.
Cuando determinamos el tipo de línea del rotor, de acuerdo con los requisitos básicos del tipo de línea del motor, los tipos de línea del rotor y del estator se acoplan entre sí. Siempre que se den los parámetros de movimiento planetario del rotor, la forma lineal del estator se puede determinar de forma única. El hipocicloide ordinario se utiliza como forma lineal del rotor. Con los parámetros de movimiento del rotor dados, se rastrea la trayectoria de movimiento del rotor y el contorno de la superficie curva azul obtenido es el tipo de línea del estator del yugo * * * correspondiente al rotor, como se muestra en la Figura 3.9.
Figura 3.9 Cuando el rotor realiza un movimiento planetario, el estator obtiene una forma lineal siguiendo la trayectoria del rotor.
Figura 3.10 Captura de pantalla de la breve animación hipocicloide generada por el bloc de dibujo geométrico.
Figura 3.11 Una captura de pantalla de animación del uso del bloc de dibujo geométrico para generar un hipocicloide largo.
Figura 3.12 Captura de pantalla de animación del uso de un bloc de dibujo geométrico para generar líneas isométricas hipocicloides largas.
Al realizar la animación de generación de hipocicloide (Figura 3.10 ~ Figura 3.12), llegamos a la conclusión obvia de que tanto el hipocicloide ordinario como el hipocicloide de ancho corto pueden usarse como líneas de maniobra. Los hipocicloides largos y sus líneas equidistantes no pueden usarse como candidatos para líneas motoras.
Los epicicloides y los hipocicloides se forman de manera similar, excepto que el epicicloide es redondo fuera del círculo guía. En la Figura 3.13 se muestran varias formas de epicicloides.
Figura 3.13 Tipo epicicloide largo (a), tipo epicicloide largo de línea equidistante (b), tipo epicicloide corto (c) y tipo epicicloide corto de línea equidistante Tipo (d)
Hipocicloide y Cada epicicloide tiene sus propias ventajas y desventajas. Para obtener lo mejor de ambos mundos, utilizamos una curva que combina ambos, llamada normal epicicloidal. El tipo normal epicicloidal es una función por partes. La gráfica de una función es la superposición de dos curvas. Una ecuación de una función es la superposición de dos ecuaciones.
A través de la visualización del tipo de línea del motor de tornillo para pozos ultraprofundos, cuando seleccionamos el tipo de línea de motor de tornillo para pozos ultraprofundos, primero podemos eliminar visualmente aquellos con nudos locales, esquinas afiladas y curvas discontinuas. , La forma lineal del motor de tornillo para pozos ultraprofundos no es lo suficientemente suave.
Además, podemos controlar todos los circuitos del motor de tornillo de pozo ultraprofundo a través de ecuaciones para obtener todos los puntos de datos con una cierta densidad en software numérico como matlab. Con base en estos puntos de datos, se dibuja en el software CAD una curva lineal relativamente precisa del motor de tornillo para pozos ultraprofundos. O utilice estos puntos de datos para establecer un modelo plano del motor de tornillo para pozos ultraprofundos en el software de análisis de elementos finitos ansys. A través de otras operaciones, tirando y girando, finalmente puede obtener el modelo de motor de tornillo para pozos ultraprofundos real. al establecer las condiciones de perforación de alta temperatura y alta presión, generar parámetros de perforación y simular la perforación de pozos ultraprofundos. Este trabajo proporciona un medio práctico para la investigación sistemática de herramientas de perforación con tornillos para pozos ultraprofundos en condiciones de prueba limitadas.
La diferencia entre las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos y las herramientas de perforación con tornillo ordinarias radica en la alta temperatura y la alta presión. El factor más importante que restringe la aplicación de herramientas de perforación de tornillo ordinarias en pozos ultraprofundos es la alta temperatura. Las siguientes secciones se centrarán en el rendimiento y la vida útil de las herramientas de perforación de tornillos en condiciones de alta temperatura.
El estudio lineal de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos es una parte importante de la investigación sobre herramientas de perforación para pozos ultraprofundos. El estudio visual de motores de tornillo para pozos ultraprofundos proporciona imágenes intuitivas para el estudio lineal de motores de tornillo para pozos ultraprofundos.
En primer lugar, se proporciona el método general de investigación lineal. La investigación lineal del motor de tornillo para pozos ultraprofundos también sigue este método. Luego, se visualizan varios patrones de líneas de motores comunes para pozos ultraprofundos. La cicloide es la trayectoria formada por un punto en el anillo rodante (ya sea dentro o fuera) cuando el anillo rodante está rodando puramente. En el proceso de implementación, todos los tipos de cicloides se derivan del mecanismo de formación de cicloides. Al dibujar los resultados, se pueden obtener intuitivamente las ventajas y desventajas de la forma de la línea, lo que proporciona una base para la selección de la forma de la línea. Al mismo tiempo, podemos ver que algunas cicloides no se pueden utilizar para crear la forma de línea de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos debido a los nudos.
3.1.3 Medidas técnicas para herramientas de perforación de tornillos en entornos de alta temperatura y alta presión
(1) Herramientas de perforación de tornillos de estator preformadas
La tecnología central de las herramientas de perforación de tornillos de estator preformadas
-El estator contorneado se procesan líneas de contorno previo del estator en el cuerpo de acero del estator para hacer que el caucho del estator tenga una forma cercana al mismo espesor de pared (como se muestra en la Figura 3.14). Después de que el caucho tiene un esqueleto rígido, el rendimiento de salida del. Se cambia la herramienta de perforación de tornillos.
Figura 3.14 Diagrama esquemático del estator convencional y del estator preformado
En términos generales, la capacidad de carga de las herramientas de perforación de tornillo de estator preformado es entre un 50% y un 100% mayor que la del tornillo convencional. herramientas de perforación. La Tabla 3.4 ofrece la comparación numérica de la prueba de banco de caída de voltaje del motor con el mismo número de cabezales, el mismo cable e interferencias de 0,5 mm y 0,2 mm respectivamente. Se puede ver en los datos de la Tabla 3.4 que el valor de soporte de presión de la herramienta de perforación de tornillo de estator preformada es mucho mayor que el de las herramientas de perforación de tornillo ordinarias, lo que indica que su capacidad para convertir la energía de presión en energía mecánica es mucho mayor que la de herramientas de perforación de tornillos comunes.
Tabla 3.4 Comparación de valores de aumento de presión de herramientas de perforación de tornillo con los mismos parámetros de diseño
La prueba de banco muestra que bajo el mismo diseño y longitud, la relación de torque de salida de la Herramienta de perforación de tornillos de estator preformada La altura de las herramientas de perforación de tornillos convencionales es aproximadamente 1 veces mayor. Al mismo tiempo, también se ha mejorado la eficiencia de las herramientas de perforación de tornillos.
Las brocas de tornillo preformadas son útiles para reducir la acumulación de calor de histéresis y prevenir el aumento de temperatura local. El caucho de las herramientas de perforación con tornillos es un material viscoelástico. Mientras se absorbe el calor del lodo a alta temperatura, se genera calor continuamente durante el proceso de deformación para convertir la energía de la presión en energía mecánica. El calor se concentra en la raíz de la aleta, formando calor de histéresis. Si el calor retardado no se puede disipar a tiempo, provocará un aumento de la temperatura local y provocará el envejecimiento local del caucho. Dado que el espesor de pared de la herramienta perforadora de tornillos de caucho preformado es igual, la disipación de calor es uniforme y no se forma fácilmente calor de histéresis. La Figura 3.15 es un cuadro comparativo de la prueba de aumento de temperatura entre el estator preformado y el estator convencional. Muestra que la capa de caucho relativamente delgada del estator preformado genera menos calor y lo disipa rápidamente, lo que reduce la probabilidad de calentamiento por histéresis y del bloque del estator. Las herramientas de perforación con barrena pueden funcionar a temperaturas más altas.
Figura 3.15 Comparación del aumento de temperatura del estator entre motores convencionales y motores precontorneados
(2) Caucho de estator resistente a altas temperaturas
Fábrica de maquinaria petrolera de Beijing Desarrolla caucho para estator resistente a altas temperaturas. Un gran avance en la fórmula. Beijing Petroleum Machinery Factory ha desarrollado con éxito una fórmula de caucho que puede soportar temperaturas de 265, 438+00 ℃ sin afectar otras propiedades. Sobre esta base, ha desarrollado con éxito la perforación con tornillo C5LZ172× 7.0II-G, resistente a altas temperaturas y de larga duración. herramientas. En la actualidad, las herramientas de perforación con tornillo se han utilizado con éxito en pozos de 6.000 m de profundidad y pueden funcionar de forma continua durante 155 horas a 130 °C.
Las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos tienen requisitos más altos en cuanto al límite superior de resistencia a la temperatura. Era necesario encontrar una formulación de caucho con mayor resistencia a la temperatura. Primero, elegimos caucho resistente a altas temperaturas del caucho común. Las propiedades físicas y mecánicas del caucho de uso común se muestran en la Tabla 3.5.
Tabla 3.5 Tipos y propiedades de los cauchos comúnmente utilizados
Como se puede observar en la Tabla 3.5, se puede dar prioridad al caucho de nitrilo y al caucho de butilo con una temperatura máxima de uso de 170 °C. Las condiciones del fondo del pozo son complejas y desconectar las herramientas de perforación durante la perforación profunda es una pérdida de tiempo. Para reducir el número de viajes de las herramientas de perforación y mejorar los beneficios económicos, esperamos que la vida útil de las herramientas de perforación con tornillo de fondo pueda ser lo más larga posible. De esta manera, el material de caucho utilizado en el cuello de botella de las herramientas de perforación con tornillo es alto. Las condiciones de temperatura no sólo deben soportar altas temperaturas. Basándose en esta idea, se descubrió que el caucho butílico cumple este requisito y puede soportar la alta temperatura comúnmente utilizada de 150°C. Correspondiente a esta temperatura, una formación adecuada debe ser de aproximadamente 5000 mm. En otras palabras, para pozos profundos de aproximadamente 5000 m, podemos usar caucho butílico para resolver este problema de perforación de pozos profundos.
Para 5000 ~ 7000 m, si solo se usa caucho butílico, obviamente es imposible resolver el problema. Actualmente existe un nuevo tipo de motor de tornillo hueco que utiliza fluido de perforación para aumentar el área de flujo de la herramienta de perforación de tornillo y reducir la temperatura del fondo del pozo, lo que puede ser una mejor opción. El material del revestimiento del motor de tornillo se cambió a caucho butílico y el rotor del motor de tornillo se hizo hueco. El uso de herramientas de perforación con tornillo puede resolver el problema de perforación de aproximadamente 6000 m.
El caucho fluorado tiene una excelente resistencia a altas temperaturas, resistencia a la oxidación, resistencia al aceite y resistencia química. Es un elastómero especial adecuado para la industria aeroespacial, misiles, cohetes y otros campos tecnológicos de vanguardia y otras industrias. Como se puede ver en la Tabla 3.6, el uso de caucho fluorado puede aumentar aún más la profundidad del pozo en servicio de las herramientas de perforación con tornillo, pero todavía hay una cierta brecha para la profundidad del pozo de 12,000 m.
Tabla 3.6 Principales propiedades del caucho fluorado
(3) Rodamientos cerámicos
Aplicación de rodamientos cerámicos en ejes de transmisión. Los rodamientos de bolas cerámicos están desarrollados para ajuste, carga pesada, baja temperatura y sin lubricación en entornos hostiles de la industria de defensa nacional. Son una combinación perfecta de nuevos materiales, nuevos procesos y nuevas estructuras. Al convertirlos a tecnología civil, los rodamientos cerámicos pueden cubrir completamente todos los campos de aplicación de los rodamientos totalmente de acero de precisión y velocidad media. La rentabilidad de los rodamientos cerámicos es mucho mejor que la de los rodamientos totalmente de acero y su vida útil puede ser más de tres veces mayor que la de los rodamientos existentes. En comparación con el rendimiento del acero para rodamientos, el peso propio es del 30% al 40% del acero para rodamientos, lo que puede reducir el aumento de la carga dinámica y el deslizamiento causado por la fuerza centrífuga. Debido a su resistencia al desgaste, la velocidad de rotación es de 1,3 a 1,5 veces mayor que la del acero para rodamientos, lo que puede reducir el daño a la superficie del canal causado por la rotación a alta velocidad. El módulo de elasticidad es 1,5 veces mayor que el del acero para rodamientos y la elasticidad de la tensión es pequeña, lo que puede reducir la deformación causada por cargas elevadas. La dureza es 1 vez mayor que la del acero para rodamientos, lo que puede reducir el desgaste. La resistencia a la compresión es de 5 a 7 veces mayor que la del acero para rodamientos. El coeficiente de expansión térmica es inferior al 20% del acero para rodamientos. El coeficiente de fricción es inferior al 30% del acero para rodamientos, lo que puede reducir el calor generado por la fricción y reducir la falla temprana por desprendimiento de los rodamientos causada por las altas temperaturas. La resistencia a la tracción y la resistencia a la flexión son comparables a las de los metales.
Los rodamientos cerámicos tienen las características de resistencia a altas temperaturas, resistencia al frío, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, resistencia al magnetismo, aislamiento, autolubricación sin aceite y alta velocidad. Aplicarlos a herramientas de perforación de tornillos será muy útil. mejorar el rendimiento y el rendimiento de la vida útil del eje de transmisión. El eje cardán, el estator del motor y el rotor también son partes vulnerables de las herramientas de perforación con tornillos. Dado que los rotores actualmente están hechos de acero, la mayor parte del peso del rotor se presiona sobre las partes plásticas del eje universal y el estator al perforar, lo que hace que las partes plásticas del eje universal y el estator soporten una presión excesiva y se vuelvan más susceptibles a tener puesto. Tanto el rotor como el eje cardán están sumergidos en lodo y el rotor se corroe fácilmente.
(4) Rotor de aleación de aluminio
Aleación de aluminio se refiere al término general para referirse al aluminio como base. Los principales elementos de aleación son cobre, silicio, magnesio, zinc y manganeso, y los elementos de aleación menores son níquel, hierro, titanio, cromo y litio. La aleación de aluminio tiene baja densidad, pero su resistencia es relativamente alta, cercana o superior a la del acero de alta calidad. Tiene buena plasticidad y se puede procesar en varios perfiles. Tiene excelente conductividad eléctrica, conductividad térmica y resistencia a la corrosión.
Se utiliza ampliamente en la industria y su uso es superado sólo por el acero. Algunas aleaciones de aluminio pueden obtener buenas propiedades mecánicas, propiedades físicas y resistencia a la corrosión mediante tratamiento térmico. Las diferentes marcas de aleaciones de aluminio tienen diferentes usos. Seleccionar un material de aleación de aluminio adecuado como rotor del motor (cromado en la superficie) de acuerdo con el modelo y el propósito de la herramienta de perforación de tornillo puede reducir efectivamente el peso del rotor, reducir la presión sobre el plástico del estator y el eje universal, mejorar la Resistencia a la corrosión del rotor, mejorando así el taladro de tornillo. La vida útil del motor y el eje cardán.
(5) Roscas de conexión de alta resistencia
Las roscas API son generalmente la primera opción para herramientas de perforación de tornillos diseñadas en el pasado. La única diferencia es que se cambia la forma cónica de las roscas. . Sin embargo, a medida que aumenta la profundidad de perforación, el par de apriete seguro de las herramientas de perforación continúa aumentando. El par de apriete, el rendimiento de sellado y los materiales de las roscas originales ya no pueden satisfacer las nuevas necesidades, por lo que el diseño de las roscas y. Los materiales deben ser reconsiderados y elegidos. Las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos tienen más probabilidades de tropezar cuando las herramientas de perforación con tornillo producen el torque máximo. Para evitar accidentes por tropiezos con las herramientas de perforación con tornillos para pozos ultraprofundos, los perforadores deben realizar la perforación sin problemas, prestar mucha atención a los cambios en la presión del fondo del pozo y mantener siempre la estabilidad del proceso de perforación de la perforación con tornillos para pozos ultraprofundos. herramientas El par de inversión es menor que el par mínimo de inicio de rosca.