3.1.1 Investigación sobre el esquema de optimización de los parámetros de rendimiento de las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos
Los parámetros de rendimiento de las herramientas de perforación con tornillo convencionales son cruciales 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 de los pozos ultraprofundos 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:
Programa científico de tecnología de perforación de pozos ultraprofundos informe de resultados especiales previos a la investigación (volumen 1)
p>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, Ng es la fuerza centrífuga generada cuando el rotor gira, Nmax; la velocidad máxima de deslizamiento entre el rotor y el estator, mm/s; Ls es la longitud total de la línea de sellado del estator y del rotor, mm; N es el número de cabezas del rotor, E es la excentricidad del rotor, mm ru es la equidistante; radio, mm; Ts es el paso del estator, mm; h es el paso del estator y del rotor, mm k es el número de etapas del motor de tornillo, generalmente de 3 a 6 niveles; ΔP es la presión de trabajo recomendada de cada nivel del motor de tornillo; , generalmente 0,6 ~ 0,8 MPa. En condiciones de pozo ultraprofundo, aunque se trata de una situación de alta presión, la caída de presión puede permanecer sin cambios; Q es el caudal del líquido del sistema de energía que fluye a través de la herramienta de perforación, mm3/s; coeficiente de fuerza axial, su valor se determina mediante experimentos y se toma entre 1,0 y 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 existen muchas restricciones involucradas. Si desea optimizar los parámetros de los problemas que involucran la fórmula anterior, debe utilizar un método sistemático para resolver el problema. Por esta razón, es necesario estudiar específicamente el método de optimización de parámetros de un conjunto de herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos.
El proceso de optimización de los parámetros de la herramienta de perforación de pozos ultraprofundos es un proceso de modelado y resolución matemáticos. Este modelo matemático es un problema de valores extremos de funciones multiobjetivo en condiciones limitadas. El problema de optimización de múltiples objetivos debe convertirse en un problema de optimización de un solo objetivo para resolverlo. Aquí, el proceso de jerarquía analítica se utiliza para convertir el problema de optimización de múltiples objetivos en un problema de optimización de un solo objetivo. La idea es construir una función objetivo única de acuerdo con el peso de cada función objetivo única en la función objetivo general construida y convertir el problema de optimización de la función multiobjetivo en un problema de optimización de la función objetivo único. En última instancia, esto resuelve 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 optimización de los parámetros de la herramienta de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos. son los siguientes:
El primer paso es 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 de optimización de parámetros de 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 Indicadores de evaluación de varias opciones para la optimización de parámetros de la herramienta de perforación de tornillo
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 en la capa P en relación con la capa C La capa es:
Tema especial sobre investigación previa sobre planes científicos de tecnología de perforación de pozos ultraprofundos Informe de resultados (Volumen 1)
En el tercer paso, utilizamos el software matlab para resolver el problema. Valores propios de la matriz A. Se omite el proceso de cálculo específico. El valor propio máximo de la matriz A es λmax = 5,1561, y el vector de columna correspondiente es Normalícelo: se obtiene el vector propio 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
Resultados especiales previos a la investigación del programa científico de tecnología de perforación de pozos ultraprofundos informe (volumen 1)
Normalícelo (utilizando el método de promedio de columnas estandarizado), obtenemos:
Informe de logros especiales previos a la investigación del programa científico de tecnología de perforación de pozos ultraprofundos (volumen 1) )
No. En el cuarto paso, realizamos pruebas de coherencia.
n=4, RI=0,90, sustituya los valores numéricos y obtenga los siguientes resultados:
Informe especial de resultados de la investigación previa sobre el programa científico de tecnología de perforación de pozos ultraprofundos (volumen 1)
Los indicadores anteriores tienen una consistencia satisfactoria.
Según la lista AHP 3.2 es la siguiente:
Tabla 3.2 Optimización de los parámetros de perforación de tornillo AHP y peso de cada parámetro
De la tabla anterior, sabemos que P1, P2, P3 y P4 representan pesos de 26.1163, 15.5163, 32.8938 y 25.4735 respectivamente.
A continuación se utilizará un software de optimización de jerga para optimizar los parámetros relevantes del motor de tornillo.
Primero, se establece un modelo matemático para el problema de 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. Por esta razón, siempre que 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. En cuanto al área de flujo, una vez determinada la estructura del motor, se determina el área de flujo. Según los pasos generales de resolución de problemas de jerga. El modelo matemático se establece de la siguiente manera:
Informe especial de resultados sobre la investigación previa sobre el plan científico de tecnología de perforación de pozos ultraprofundos (volumen 1)
Puede haber demasiadas limitaciones y pueden surgir conflictos entre ellos; si son muy pocos, es posible que no se encuentre la solución correcta. Para ello debemos elegir las restricciones de forma razonable. Se omite el proceso específico de resolución de problemas.
La relación entre el número de cabezas de rotor de taladro de tornillo, 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 salida de las herramientas de perforación de tornillos y el número de cabezas de rotor del motor de tornillo
Para obtener de forma más intuitiva el número de cabezas de rotor del motor, par de salida del motor y motor Para la relación entre la velocidad de rotación, haga un gráfico de líneas 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.
El resultado obtenido tras la optimización es que el número de cabezales del rotor es 5. Después del análisis, la cantidad de cabezales de rotor no es el factor principal. Puede elegir cualquier número de cabezales de rotor. La situación real es que existen productos listos para usar en sitios de perforación, que van desde un número pequeño hasta un número grande. cabezas 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, se utiliza el resultado de tomar el número de cabezas de rotor del motor como 5. Para los tres parámetros restantes, la excentricidad del motor es 2,5819 mm, el radio equidistante es 4,008579 mm y el paso del rotor es 46,47916 mm. El par de salida del motor obtenido en este momento 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 la herramienta de perforación de tornillo y el número de cabezas de rotor del motor de tornillo.
La fuerza axial generada por el rotor es 7045,6 N , y 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 de la línea de sellado secundario del estator y el rotor es 2011,3 mm. Los valores obtenidos son mejores que la mayoría de los resultados de optimización de la literatura.
Como resultado de la optimización de 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. La principal manifestación de los parámetros estructurales de las herramientas de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos es la forma lineal del motor de tornillo para pozos ultraprofundos. A continuación, realizaremos un estudio sistemático y en profundidad del perfil lineal de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos de una manera vívida y vívida.
La optimización de los parámetros de rendimiento de las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos implica el principio de funcionamiento de las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos y las condiciones reales de operación de perforación. Para resolver este problema del sistema, se necesita un enfoque sistemático. .
Este capítulo comienza con las ecuaciones de parámetros de rendimiento existentes de las herramientas de perforación de tornillos y 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 utilizando la optimización del objetivo. software, obtenemos El resultado final salió. Los resultados se compararon con los valores reales y se encontró que los resultados de optimización obtenidos eran relativamente ideales. Se ha demostrado externamente que este método de optimización de los parámetros de rendimiento de las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos es práctico.
Este método también tiene algunas deficiencias. El proceso de jerarquía analítica requiere una rica experiencia laboral en el sitio para comprender con precisión los efectos relativos entre las funciones objetivo. En segundo lugar, se utilizan varios software en este método de optimización. para el ordenador del operador.
3.1.2 Investigación visual sobre la forma lineal de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos
Los motores de tornillo para pozos ultraprofundos son 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, el factor restante que determina la calidad de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos es principalmente la forma lineal de los motores de tornillo para pozos ultraprofundos. El contenido principal de la investigación del perfil lineal de motores de tornillo para pozos ultraprofundos es derivar el perfil lineal de motores de tornillo para pozos ultraprofundos adecuados para operaciones de perforación de pozos ultraprofundos. La idea del método de investigación de tipo de línea convencional se muestra en la Figura 3.4:
Figura 3.4 Método general de investigación del tipo de línea de motor
Este método de estudiar el tipo de línea de motor también se ha convertido el método de solución inversa. Su esencia es encontrar primero el tipo de línea de motor que cumpla con las condiciones, luego optimizarlo gradualmente mediante cálculo y comparación, y finalmente encontrar el tipo de línea de motor adecuado.
El tipo de línea motora convencional es una línea ósea formada al hacer rodar un círculo en movimiento dentro y fuera de un círculo fijo, y luego esta línea ósea se convierte en una línea equidistante. Para que el proceso de generación de líneas de motores sea intuitivo y visual. Utilice el bloc de dibujo geométrico del software de dibujo con regla y compás para generar dinámicamente varios tipos de líneas de motor. Principalmente para los tipos de líneas motoras hipocicloides convencionales, tipos de líneas hipocicloides de ancho largo, tipos de líneas hipocicloides de ancho corto y tipos de líneas equidistantes correspondientes y tipos de líneas epicicloides ordinarias, tipos de líneas epicicloides de ancho largo, patrones de líneas epicicloides cortas y patrones de líneas isométricas correspondientes son animado. En primer lugar, juzgue intuitivamente los pros y los contras de los distintos 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 para hacer líneas isométricas consiste en seleccionar aleatoriamente un punto sobre la base de la línea ósea, tomar este punto como el centro del círculo y dibujar innumerables círculos con la longitud especificada como radio. Las envolturas exteriores de estos círculos son ordinarias. Líneas isométricas hipocicloidales. La ecuación de la línea esquelética del hipocicloide ordinario se puede expresar en forma de parámetro de la siguiente manera:
Informe de resultados previos a la investigación del plan científico de tecnología de perforación de pozos ultraprofundos (volumen 1)
En la fórmula : R es el radio del círculo guía; r es el radio del círculo rodante; θ es el ángulo de redondeo.
Para obtener una hipocicloide cerrada con reglas periódicas 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 se toma de 2 a 4, la hipocicloide ordinaria obtenida se muestra en la Figura 3.5.
Figura 3.5 Tipos de líneas hipocicloides comunes con varios números de cabezas
Geometry Sketchpad es un software basado en el dibujo con regla y compás. 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 las relaciones geométricas entre los elementos en 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 están lo suficientemente redondeados en las esquinas afiladas. Para resolver este problema, utilizamos tipos de líneas equidistantes como se muestra en la Figura 3.6 a la Figura 3.8. Utilizamos una línea equidistante con un radio de 0,5 (el radio equidistante específico debe calcularse especialmente).
Figura 3.6 Patrón de línea equidistante hipocicloide
Figura 3.7 Patrón de línea equidistante hipocicloide
Figura 3.8 Patrón de línea equidistante hipocicloide
p>
De la serie de figuras anteriores, podemos ver que la curvatura en algunos puntos de inflexión de los hipocicloides ordinarios es demasiado grande cuando los hipocicloides ordinarios están equidistantes después del sellado del rotor. línea, la curvatura en el punto de inflexión mejora significativamente. Es decir, el patrón de líneas equidistantes es un patrón de líneas muy importante en el patrón de líneas del motor de tornillo.
Después de determinar la forma lineal del rotor, de acuerdo con los requisitos básicos de la forma lineal del motor, las formas lineales del rotor y del estator se unen entre sí siempre que se cumplan los parámetros de movimiento planetario del rotor. se dan, entonces podemos determinar de forma única la forma lineal del estator. El hipocicloide ordinario se utiliza como forma lineal del rotor. Cuando se dan los parámetros de movimiento del rotor, se sigue la trayectoria del rotor y el contorno exterior de la superficie curva azul es el tipo de línea del estator del yugo correspondiente del rotor, como se muestra en la Figura 3.9.
Figura 3.9 La forma de la línea del estator obtenida al seguir la trayectoria del rotor cuando el rotor realiza un movimiento planetario
Figura 3.10 Una captura de pantalla de animación del uso del bloc de dibujo geométrico para generar un hipocicloide corto
Figura 3.11 Una captura de pantalla de animación del uso del bloc de dibujo geométrico para generar una línea isométrica hipocicloide larga
Figura 3.12 Una captura de pantalla de animación del uso del bloc de dibujo geométrico para generar una línea isométrica hipocicloide larga
Al mapear el hipocicloide a través de la animación generada (Figura 3.10 ~ Figura 3.12), llegamos a la conclusión obvia de que el hipocicloide se puede usar como el tipo de línea motora: el tipo de línea equidistante hipocicloide ordinaria y el tipo de línea equidistante hipocicloide de ancho corto. . Los hipocicloides largos y sus líneas equidistantes no pueden usarse como candidatos para la alineación del motor.
La epicicloide y la hipocicloide se forman de manera similar, excepto que la epicicloide está redondeada fuera del círculo guía. Las diversas formas de epicicloides se muestran en la Figura 3.13.
Figura 3.13 Tipo epicicloide largo (a), tipo epicicloide largo de línea equidistante (b), tipo epicicloide corto (c), tipo epicicloide corto de línea equidistante Tipo (d)
Hipocicloide y La epicicloide tiene sus propias ventajas y desventajas. Para tener las ventajas de ambos, adoptamos una curva que combina los dos, llamada tipo normal cicloide interno y externo. La forma normal cicloide interior y exterior 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 de motor de tornillo para pozo ultraprofundo, cuando seleccionamos el tipo de línea de motor de tornillo para pozo ultraprofundo, primero podemos eliminar visualmente aquellas partes que están parcialmente anudadas y tienen puntas estructurales afiladas. En primer lugar, se eliminan las curvas angulares y discontinuas y las formas de las líneas de motores de tornillo de pozo ultraprofundo insuficientemente suaves.
Además, podemos controlar todos los tipos de líneas de motores de tornillo para pozos ultraprofundos que se pueden dibujar a través de ecuaciones, para obtener una cierta densidad de puntos de datos para todas las curvas de tipos de líneas de motores de pozos ultraprofundos. en software numérico como matlab. Con base en estos puntos de datos, en el software CAD se dibuja una curva lineal relativamente precisa del motor de tornillo para pozos ultraprofundos. O utilice estos puntos de datos para construir un modelo plano del motor de tornillo para pozos ultraprofundos en el software de análisis de elementos finitos ansys. A través de otras operaciones, tire hacia arriba y gire, finalmente puede obtener un modelo realista de motor de tornillo para pozos ultraprofundos. luego establezca las condiciones de perforación de alta temperatura y alta presión, dados los parámetros de perforación, realice una simulación de perforación de pozos ultraprofundos en el motor de tornillo para pozos ultraprofundos, el componente central de la herramienta de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos. Este trabajo es un medio práctico para realizar investigaciones sistemáticas sobre herramientas de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos en condiciones de prueba prácticas limitadas.
La diferencia entre las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos y las herramientas de perforación con tornillo ordinarias es la alta temperatura y la alta presión. El principal factor que restringe la aplicación de herramientas de perforación de tornillo ordinarias en pozos ultraprofundos es la alta temperatura. Los siguientes capítulos se centrarán en el rendimiento y la vida útil de las herramientas de perforación de tornillos en condiciones de alta temperatura.
La investigación del perfil lineal de motores de tornillo para pozos ultraprofundos es una parte importante de la investigación sobre herramientas de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos. La investigación visual sobre motores de tornillo para pozos ultraprofundos proporciona una imagen intuitiva para la investigación lineal sobre motores de tornillo para pozos ultraprofundos.
En primer lugar, se proporciona el método general de investigación de la forma de la línea. La investigación de la forma de la línea del motor de tornillo para pozos ultraprofundos también sigue este método.
A continuación, se visualizan varias formas comunes de líneas de motores de pozos ultraprofundos. La cicloide es la trayectoria formada por un punto en (o dentro o fuera) del círculo rodante durante el proceso de laminación cuando el círculo rodante está rodando puramente dentro (o fuera) del círculo rodante. círculo fijo. Durante el proceso de implementación, se dibujaron todos los tipos de cicloides basándose en el mecanismo de formación de cicloides. Al extraer los resultados, se pueden obtener intuitivamente las ventajas y desventajas del tipo de línea, lo que proporciona una base para la selección del tipo de línea. Al mismo tiempo, se puede ver que algunas cicloides no se pueden usar para hacer el tipo de línea ultra-. Motores de tornillo de pozo profundo debido a anudados.
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 precontorneadas
El núcleo de Estator precontorneado La tecnología consiste en procesar una forma de línea de estator precontorneada en el cuerpo de acero del estator, de modo que el caucho del estator se acerque a una forma de espesor de pared constante (como se muestra en la Figura 3.14). marco rígido, cambia el rendimiento de salida de la herramienta de perforación de tornillos.
Figura 3.14 Diagrama de estator convencional y estator precontorneado
Generalmente, la capacidad de soportar presión de las herramientas de perforación de tornillo de estator precontorneado es de 50 a 100 veces mayor que la de las herramientas convencionales. herramientas de perforación de tornillos, como se muestra en la Tabla 3.4 Comparación numérica de pruebas de banco de caída de presión del motor con el mismo número de cabezales, el mismo paso y cantidades de interferencia 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 precontorneada es mucho mayor que el de las herramientas de perforación de tornillo ordinarias, lo que indica que su capacidad para convertir la presión en energía mecánica es mucho mayor que la de la herramienta de perforación de tornillo de estator precontorneada. de herramientas ordinarias de perforación de tornillos.
Tabla 3.4 Comparación de valores 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 la misma longitud, la relación de par de salida de La herramienta de perforación de tornillos de estator precontorneada Las herramientas de perforación de tornillos convencionales aumentan aproximadamente 1 veces. Al mismo tiempo, también se ha mejorado la eficiencia de las herramientas de perforación de tornillos.
El taladro sinfín precontorneado tiene la ventaja de reducir la acumulación de calor de histéresis y evitar el calentamiento local. El caucho de las herramientas de perforación con tornillo es un material viscoelástico. Si bien absorbe el calor del lodo a alta temperatura, también 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 del pétalo para formar. Calor de histéresis Si el calor de histéresis no se puede disipar a tiempo, provocará un calentamiento local, lo que provocará el envejecimiento local del caucho. Las herramientas de perforación de tornillo de caucho precontorneadas no son propensas al calor de histéresis debido a su igual espesor de pared y su disipación de calor uniforme. . La Figura 3.15 es un cuadro comparativo de la prueba de aumento de temperatura entre el estator precontorneado y el estator convencional. Muestra que la capa de caucho relativamente delgada del estator precontorneado genera menos calor y lo disipa más rápido, lo que reduce la generación de histéresis. El calor y la probabilidad de que caigan piezas del estator, lo que hace que la herramienta de perforación de tornillos sea más eficiente. Capaz de operar a temperaturas más altas.
Figura 3.15 Comparación del aumento de temperatura del estator entre motores convencionales y motores preperfil
(2) Caucho de estator resistente a altas temperaturas
En términos de desarrollo Fórmulas de caucho para estator resistentes a altas temperaturas, Beijing Petroleum Machinery Factory ha logrado un gran avance. Beijing Petroleum Machinery Factory ha desarrollado con éxito una fórmula de caucho que puede soportar una temperatura de 210 °C sin afectar otras propiedades, y ha desarrollado con éxito una herramienta de perforación de tornillo de larga duración y resistente a altas temperaturas tipo C5LZ172×7.0 Ⅱ-G basada en Actualmente, la herramienta de perforación de tornillo se ha utilizado con éxito en un pozo de 6000 m de profundidad y ha trabajado de forma continua durante 155 horas en un ambiente de 130 °C.
Las herramientas de perforación con tornillo para pozos ultraprofundos requieren un límite superior de resistencia a la temperatura más alto. Se deben buscar formulaciones de caucho con mayor resistencia a la temperatura. Primero, seleccionamos 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
De la Tabla 3.5, podemos ver que el caucho de nitrilo y el caucho de butilo con una temperatura máxima de funcionamiento de 170 °C se pueden considerar en primer lugar, Dependiendo de las condiciones complejas del pozo subterráneo, en el proceso de perforación de pozos profundos, desconectar las herramientas de perforación requiere mucho tiempo. Para reducir la cantidad de desconectar las herramientas de perforación y mejorar la eficiencia económica, esperamos que la vida útil. Las herramientas de perforación con tornillos subterráneas pueden ser más largas y más eficientes. Bueno, de esta manera, el material de caucho con cuello de botella utilizado en las herramientas de perforación con tornillos en condiciones de alta temperatura no es solo una cuestión de qué tan altas temperaturas puede soportar, sino que debe describirse en detalle. como cuántos grados de alta temperatura puede soportar en condiciones de trabajo a largo plazo. Siguiendo esta idea, descubrimos que el caucho butílico cumple con este requisito y puede soportar altas temperaturas de 150 °C cuando se usa comúnmente. Correspondiendo esta temperatura al estrato apropiado, debería ser de unos 5000 m. En otras palabras, para pozos profundos de alrededor de 5000 m, podemos usar caucho butílico para resolver este problema de perforación profunda.
Para 5000~7000 m, si solo usa caucho butílico, obviamente no puede resolver el problema. Actualmente, existe un nuevo motor de tornillo hueco que aumenta el área de flujo de las herramientas de perforación de tornillo y utiliza fluido de perforación para reducir la temperatura del fondo del pozo, lo que puede ser una mejor opción. Cambie el material del revestimiento del motor de tornillo por caucho butílico y haga que el rotor del motor de tornillo sea hueco. Puede resolver el problema de perforación de herramientas de perforación con tornillo 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 práctica del pozo con 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 condiciones de trabajo de ajuste, cargas pesadas, bajas temperaturas y sin lubricación en entornos hostiles en la industria de defensa. Son una combinación perfecta de nuevos materiales, nuevos procesos y nuevas estructuras. Al transformarlos en tecnología civil, los rodamientos cerámicos pueden cubrir completamente todos los campos de aplicación de los rodamientos actuales de precisión, velocidad media y, sobre todo, de acero. La relación rendimiento-precio 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 actuales. En comparación con el rendimiento del acero para rodamientos, el peso propio es de 30 a 40 veces mayor que el del acero para rodamientos, lo que puede reducir el aumento de la carga del cuerpo en movimiento 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 de la ranura 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 bajo tensión es pequeña, lo que puede reducir la deformación causada por cargas elevadas. La dureza es 1 veces 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 a 20 del acero para rodamientos. El coeficiente de fricción es inferior a 30 del acero del rodamiento, lo que puede reducir el calor generado por la fricción y reducir la falla prematura por pelado del rodamiento causada por la alta temperatura. La resistencia a la tracción y la resistencia a la flexión son las mismas que las del metal.
Dado que los rodamientos cerámicos tienen las características de resistencia a altas temperaturas, resistencia al frío, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, electricidad antimagnética, aislamiento, autolubricación sin aceite, alta velocidad, etc., aplicándolos a la perforación de tornillos. Las herramientas mejorarán en gran medida el rendimiento del eje y la vida útil. El eje universal, el estator del motor y el rotor también son piezas que se dañan fácilmente en las herramientas de perforación de tornillos. Dado que actualmente los rotores están hechos de acero, la mayor parte del peso del rotor se presiona contra el eje universal y la parte plástica del estator durante la perforación. , lo que hace que el eje universal, el estator. El plástico soporta demasiada presión y es más probable que se desgaste. El rotor y el eje universal se empapan en lodo y el rotor también se corroe fácilmente.
(4) Rotor de aleación de aluminio
Aleación de aluminio se refiere al término general basado en aluminio. Los principales elementos de aleación son cobre, silicio, magnesio, zinc y manganeso, y los elementos de aleación secundarios son níquel, hierro, titanio, cromo, litio, etc. La aleación de aluminio tiene baja densidad, pero resistencia relativamente alta, cercana o superior al acero de alta calidad. Tiene buena plasticidad y puede procesarse en varios perfiles. Tiene excelente conductividad eléctrica, conductividad térmica y resistencia a la corrosión. , y su uso es superado sólo por el acero. Algunas aleaciones de aluminio pueden tratarse térmicamente para obtener buenas propiedades mecánicas, propiedades físicas y resistencia a la corrosión. Las diferentes marcas de aleaciones de aluminio tienen diferentes usos. Seleccionar el material de aleación de aluminio apropiado como rotor del motor (la superficie está cromada) según el modelo y la aplicación de la herramienta de perforación de tornillos puede reducir efectivamente el peso del rotor y reducir el impacto. el plástico del estator y la presión del eje cardán, al tiempo que mejora la resistencia a la corrosión del rotor, aumentando así la vida útil del motor del taladro de tornillo y del 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 cambiar la forma cónica de las roscas. Sin embargo, a medida que aumenta la profundidad de perforación, las herramientas de perforación El par de apriete por seguridad es cada vez mayor. El par de apriete de rosca original, el rendimiento de sellado y los materiales utilizados no pueden satisfacer las nuevas necesidades. Se debe reconsiderar el diseño y la selección de roscas y materiales. . El disparo de rosca de las herramientas de perforación con tornillo en pozos ultraprofundos es más probable que ocurra cuando las herramientas de perforación con tornillo producen el torque máximo. Para evitar accidentes por tropiezo de las herramientas de perforación con tornillo en pozos ultraprofundos, los perforadores deben ejecutar la broca sin problemas. preste mucha atención a los cambios en la presión del fondo del pozo y siempre mantenga estable el proceso de perforación de las herramientas de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos, de modo que el par inverso generado cuando las herramientas de perforación de tornillo para pozos ultraprofundos giren sea menor que el par mínimo de disparo de rosca. .