减速器涡轮钻具的工业结构

国 外 石 油 机 械 � � � 年 ! 月 减速器涡轮钻具的工业结构 姜义忠 译 ∀石 油 大学 ∀山东 #机械 系 # 摘要 减速器涡轮钻具结构的不 断更新 , 使其工 作寿命延长 , 并可 用于超深钻井 。 同时提 出进 一 步改进减速器涡轮钻具 工 作的方向是提高工 作可 靠性 、 完善使用性能 、 降低材料和劳动量 、 增加 品种规格 。 主题词 涡轮钻具 减速 器 结构设计 研制高效能涡轮钻具的方向之一是在其结构中采用减速机械 。 苏联早在本世纪三十年代 开始研制减速器涡轮钻具 。 由于当时齿轮传动 、密封 、轴承等技术水平 以及耐磨涂层工艺等方 面的水平不高 , 减速器不能达到应有的工作能力 。 因此 , 在长久的岁月里 , 非减速涡轮钻具始终 是占优势地位 。但这种非减速涡轮钻具特性参数方面的缺陷∀转速高 、扭矩相对较小 #迫 使苏联 以及国外的一些设计和研究工作者多次从事减速器的研制工作 , 企图研制 出具有较高工作能 力的涡轮钻具减速器 。 「’∃ 八 ∃ %&∀# 加∋( 。 在五十一六十年代提出过一系列 “开式 ”齿轮传动 的减速 器涡轮钻具结构 。 由于在泥浆 中齿轮传动的寿命不超过 �) 小时 , ∋ ∃ ∗ ∃ +”∋ , − 企图用增加传动的数 目的办法降 低传 动元件上的比载荷 , 每 一级齿轮 传动只转换 �) 级涡轮的功率 , 而总扭 矩作用在公共轴 上 。 . ∃ 八 ∃ �� ∀!, %�− 、 / 日 等研制大尺寸的偏心行星齿轮 。 已有一 系列其它能工作于泥浆中的减速器 结构 。 但所有这些研制工作都没能使传动寿命增加到最低限度的必要值 。 孔古尔机器厂如 0 川川侣∗∀ 全苏钻井科学技术研究院 #彼尔姆分院的 『】’. 1%2% 一 � � 3 型减速器 涡轮钻具结构是靠最大限度地减少每一列传动上的功率而使开式齿轮传动得到最长使用寿 命 。 其作为 4 ∃ − ∃ &&5 ( , 日∀#− 等利 用了最简单的行星摩擦减速器 , 在每一 级涡轮 中均有 一级摩擦滚 子减速器 , 在一节涡轮节 中可放 6) 多级涡轮— 减速级 , 并获得足够高的性能参数和 7) 小时中等的工作周期 。结构上不复杂 , 可以在孔古尔机器厂组织成批生产 , 并在过去几年 , 在秋明油 田用于造科 。 但是研制减速器涡轮钻具的方 向过去和现在仍然还是在于完善充油密封减速器 , 改进其 齿轮 传动 、轴承 、 润滑油保护 系统等 , 即 ∋ ∃ 8 ∃ &9, &&: 二。&&2 −& &。。 当年开始并 由 ;& ∃ �� ∃ ��� , ∋ , �加。 发 展了的工作 。 这是 由于传动机构的受力元件和轴承在润滑油中的工作能力和寿命要 比在泥浆 中工作高 �一 < 个数量级 。制成井底发动机密封件的原理上的可能性 已在五十一六十年代的电 钻钻井中得到证实 。带密封 电机和轴承节的充油 电钻 , 以及后来的减速器插入节可不间断工作 � ) 。。小时以上 , 并 已可组织成批生产 。 但是在 电钻 中减速器的工作条 件和在涡轮钻具中不一 样 ∃前者的工作条件要好些 。 首先 , 电钻减速器是装在充油电机和轴承节之间 , 工作在油一油界面间的密封的工作条件 大大改善 。 其次 , 和减速器邻接的轴部件在电钻中实际上没有什么径向间隙 , 而轴承节的轴向间隙也 第 3 卷 第 � 期 减速器涡轮钻具的工业结构 不超过 � = 1> > ∀为了比较 , 涡轮钻具涡轮和轴承节的径 向间隙每边可达 ! > > , 而轴承节的轴 向间隙为 7一 %?> > # 。 其三 , 电钻电机的轴转速实际上是恒定的 , 没有象在涡轮空转工况下的那种过份高的转速 值∀� 3 ) ); ≅ > 或更大 # 。 五十一七十年代 , 在苏联和国外均多次地进行过研制充油密封 涡轮钻减速器的试验 。 可以 做出关于减速器涡轮钻具工业应用结论的第一个成果是 由莫斯科石油学院在六十年代初获得 的 , ∗ +一 � < 7 减速器涡轮钻具可工作 63 一 � <3 小时 。 在国外 , 六十年代中期 , 英国工程师富兰克 · 惠特进行了大量工作 。 他拟 定了一系列具有 独创性以减速器涡轮钻具 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 , 新的密封结构 、给进调节器 , 试验是在专门的试验 钻机上进行 的 。 但 由于马达寿命 ∀7) 小时以内 #和可靠性不够而没有得到工业应用 。 美国 、法国和其它国家也取得某些井下马达减速器结构的专利权 , 在八十年代 , Α9 ∃ 0Β − !凹 在加拿大研制成井下马达减速器 , 目前这种减速器配用螺杆钻具用于钻井 。但当利用涡轮驱动 试验时 , 减速器机油保护系统不可靠 。 在研制和改进涡轮钻具减速器方面 , 以��� 工粥∗ 彼尔姆分院进行了 <3 年多的工作 。 他们首 先制成涡轮钻具用的充油密封减速器工业结构 。 为此 , 在研制行星传动 、机油保护系统 、轴承和 完善涡轮钻具动力特性等方面进行 了大量科学研究和设计试验工作 。 在 寻求最好的行星齿 轮传动方 案时发现 , 在井底发动机工作条件下 , 最 优方案是 −, ≅ ≅Β∗ 传动 , 这证明 ∋ ∃ 入 ∃ 帅、、。二# ��/ Χ&& &&:∀# 。 , + ∃ 8 ∃ 汗涌 � ,、 。。 和 Δ ∃ Δ ∃ &&& , ∋& &二#。 所进行的传动 型式选择的 正确性 。 ’ 为了提高传动机构的承载能力 , 在结构中进 行了一 系列改进 。其中 , 传动做成双列的 , 每列 中有四个行星轮 。 由斜齿啮合保证每列中载荷的均 匀分布 , 而且在两列中的齿轮 牙齿倾斜方 向载荷作用下 自动调整 。 大模数诺维柯夫啮合比渐开线啮合有一系列优点 。 其中包括提高啮 合的接触强度 、减少齿高等 。带轴承的行星轮装在导架中 , 可以径向移动 , 这可改善每列中行星 轮间的载荷分布 。行星轮带轴承的壳 ∀轴瓦 #做成独特型式 , 当行星轮轴线倾斜时能减少滚子上 的载荷 。 这些改进 , 可使传动副在强烈动载和高静载条件下 , 具有长期工作的能力 。 各种润滑油保护系统的方案的试运转也证 实了所选择的减速器润滑油保护 系统基本方案 的合理性和适宜性 , 包括端面密封和补偿器的采用 。 在此 , 三个基本问题得到解决 / � ∃ 密封件 的耐磨性 Ε < ∃ 密封和润滑油保护器整体的耐振性 / ! ∃ 在泥浆脉动压力作用下工作的可靠性 。 端面摩擦副的耐磨蚀性是 由于采用了粉末冶金 法强 化 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面工艺达 到的 ∀氏川 川 , , 川。帅怕 Φ Γ、 ∗。电钻钻井 # 。 �� ∃ Δ ∃ 川、 ∋ , ,二〔#。曾研究过端面密封的耐磨性 , 并 己给出在该条件下的密封结构推荐型式 。 井底发动机的振动 ∃ 以及泥浆的压力脉动 , 还导致一种效应— 即密封压降的波动和变化 。作者在本 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 中对在交变压降下上述因素对密封压降特性和端面密封的工 作影响的数字 模型进行了研究 。 解释清楚密封压降的波动和变化 , 除上述干扰因素的特性外 , 还受密封室的 几何参数 、 润滑油粘度特性和其它因素影响 。 改变这些 因素可以达到密封的最佳工作条件 。 同 时确定了密封的结构尺 寸关系 , 在压降波动条件下提高密封的耐磨性和使用寿命 。 在压力和漏失补偿器结构方面进行了一系列改进 。 改进了轴承在减速器中的布置方案 。装 在油浴中的轴承做成球型的铰接型式 , 并装在密封近旁 。 上述列举的一 系列改进研究 ∃ 使得 「!Η&& &&& 片; 彼尔姆分院可能制成独立的部件一 尸∋ 一 国 外 石 油 机 械 � � � 年 ! 月 � �3 减速插入节 , 它和两个支承节 ∀承受涡轮轴和钻头的轴向载荷 #和成批生产涡轮钻具的涡 轮节配套 , 在西西 伯利亚乌柱 尔一 一 波沃尔升油矿 , 在 助几0: 。。 的 Γ&’ 一 ! 超深井中进行 了广 泛的工业试验 , 并被推荐成批生产 。 减速器涡轮钻具的方案如图示 , 其动力特性见下表 。 ! ∗ Γ%Ι&& &一 � � 3 ! 『「Γ川 & 一 � � 3 8 7 ϑΙ%& ! ∗ Γ川 8 一 � � 3∗ 25 ! � ’Γ&&&8 一 � � 3∗ 几 !了, Γ ϑ Η% 8 一 � � 3下。5 扭矩 , Κ > ! 7< ) 3 3 Λ∀# ! ! ) ) ! 7 Λ) < 3 < 6 � 7 涡涡轮钻具型 一号号 涡轮节数数 减速 比比 排量 ∋ ! ΜΝΝΝ 工作工况况 扭扭扭扭扭扭矩 , Κ >>> 赤轰 呜母犷 ΟΟΟ 压降 , ∋ . ,,,年年年年年年年气二还 一 ∗ ≅ 】∗ 互互互 !!! ∗ Γ%Ι&& &一 � � 333 <<< ! ∃ 6 ��� ) ∃ ) ! <<< ! 7< ))) � ���� ‘ !!! 『「Γ川 & 一 � � 333 !!! ! 6 ��� ) ) ! <<< 3 3 Λ∀### � � ��� 3 ∃ ��� 888 7 ϑΙ%&&& ��� ! ∃ 6 ��� ) ∃ ) ! <<< ! ! ) ))) �6 ��� 6 ∃ ))) !!! ∗ Γ川 8 一 � � 3∗ 2555 ��� ! ∃ 6 ��� ) ∃ ) ! <<< ! 7 Λ))) <∀5666 3 ∃ !!! � ’Γ&&&8 一 � � 3∗ 几几 <<< ! ∃ 6 ��� ) ∃ ) < < 3 <<< � 3 333 6 ∃ ��� !!!了, Γ ϑ Η% 8 一 � � 3下。555 ) ∃ 333 � ! ∃ 6 <<< ) ∃ ) ! <<< 6 � 7 3 666 ! ∃ ΛΛΛ 在低于 1) ) ) > 的井段 中减速 器涡轮 钻具的钻井工作量从几万米增加到 � � Λ � 一 � � � ) 年的 3) 一 6) 万米 。 由于钻头进尺 增 加 3。为。以 上 , 机械 钻速略有下 降 , 起下 钻操作时间减少 , 因而行程钻速 比非减速 器涡轮钻具增加 �) 丸 <) Π 。 用 ;尸∋一 � �3 和 +八 Θ 系列牙轮钻头 ∀封密滑动轴承 #试 验钻井表明 , 钻井效果大大提高 。 由于上述减速器涡轮钻具热稳定性的 改进 ∀可达 < 3 ) 一 ! )) Γ # , 使它成为能够成 功地用于 :&一 ! 超深井钻井 , 并达到 � 万 < 千米以上的破纪录深度 。 . ∋ 一 �� 3 型减速器是 用于 涡轮钻 井 的最早一批结构 。 但现在已经明确进一步 改进减速器工作的方向是提高其工作可靠 性 ∃扩大使 用性能 , 降低材料和 劳动量 , 增 加品种和规格 。 这些方向归结为 / � 研制短的充油密封减速 支承节 , 在 其充油密封腔内装以承受涡轮和钻头轴 向 载荷的轴承 , 这可减少功率损失 、金属耗量 和修理用备件耗量 � 研制短的 、高速的 、能量饱合的涡轮 节 , 可以与上述短的减速支承节结合成有 效的定 向钻井的水平钻 井用井下马达 , 以 适应现代要求 � !!!」」厂一 ∀∀∀############### ∃∃∃∃∃∃∃∃∃ %‘‘暴暴暴镬镬镬 ###子子子子子子&&&&&&&&&&&&&&& 北北∀∀∀∀∀∀∀∀∀∀∀十十飞习琴琴琴琴人人人人人人人∋ ‘‘巨巨巨二二二二二二二二((( 一一))))))))) �������������������������������###∗∗∗ +++++++++++++++++++++++++++++++ 巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨,,,,,,,,,,∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃ 一一一一一一一一一一一一 −一 −−−−− 〕〕,,,,,,,..... )))))))))))))))))厂厂厂 ∋ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃ ���雀雀雀))))))))))) #################/////////////////// 箍箍))))))) 一沙沙沙沙沙 ...,,,,,,,,,,,, 呼呼呼呼呼呼)))))「一下下下下下下下下))))) 广∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃ 厂厂一尸尸尸尸 ######翻翻翻翻翻翻翻翻黔黔黔黔黔黔黔黔 巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨巨,,,+ +++ ))))))) 飞飞飞 000 片片三三于气气 ∗∗∗ 第 3 卷 第 � 期 减速器涡轮钻具的 工业结构 1 研制 具有各种不同传动 比的行星齿轮传动副 , 以便能在各种型号尺寸的涡轮钻具中进 行互换使用 , 并能以一种或少数 几种型号的涡轮满足各种不同钻井条件的要求 � 2保证减速器涡轮钻具有各种配套部件 3造斜器 、稳 定器 、校正器等 % , 以提高井眼轨迹 的 控制能力 � 4 研制能完成专门的减速器涡轮钻具 � 5提高减速器涡轮钻具 的可靠性和使用寿命 。 6川 ∃∃∃ 助’ 彼尔姆分院的减速器涡轮钻具研究室的工作囊括了所有这些方 向 。 研制成直径 ∃78 9 9 减速器涡轮钻具试验样机 , 长 8 : 7 一 ;9 , 而特性超过 甲<= 一 ∃7 8 的相 应参数 , 6川∃,/ 曰’ 涡轮试验室为它研制了高速涡轮 ∃> ? ∃ >一 ∃7 8 、 ∃8 ? ∃≅ 一 ∃78 ·胡 。 在不同试验 阶 段得到直径 ∃Α 8 、 ∃>≅ 和 ΒΑΧ 9 9 的减速器涡钻具 。 为了不起钻柱钻深井 , 还成功地进行了 / <6 一 ∃7 8 型减速器涡轮钻具的试验 。 进一步提 高了减速器热稳定性 、 使用寿命的工作可靠性的工 作 。 Δ, ,, Δ 侣/ 彼 尔姆分院研制的新型减速器涡轮钻具的技术特性见下表 Β 。 减减速涡轮轮 传动 比比 钻 头直径径 涡轮咧式式 涡轮轮 排量量 气笋笋 工作工 况参数数 最高工作温度度钻钻具型 号号号 ∃,, Ε ,,,,, 级数数 川ΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦ 3 ’’扭扭扭扭扭扭扭扭扭矩 , Γ 999 转速 : Η Ι999 压 )曝 , = <ϑϑϑϑϑ 尹尹Η<6 一 工ΑΒΒΒ Κ : ≅ ΚΚΚ Β ∃8 : 777 / <6 ∃Α户户 生Χ ΧΧΧ ∃≅ − ΒΑΑΑ ≅ : ΧΧΧ > 8 Χ − ∃ΚΧ ΧΧΧ ∃巧Β − Β 8≅≅≅ Α ∃− > , ΚΚΚ Β 8 ΧΧΧ ∃∃∃、<一 ∃生Λ/// Κ : ≅ ΚΚΚ ∃ ;三− ∃7 Χ : 888 / < 玛一 ∃Α之之 ∃Χ日日 ∃Β − 艺ΒΒΒ ≅ : ΧΧΧ 8Χ Χ − ∗ Μ%Χ ΧΧΧ 』Β ; − Β ΒΒΒΒ Α : ≅− ≅ : ∃∃∃ Β弓ΝΝΝ /// <一 ∃ > ≅≅≅ Κ ≅ ;;; Β工Α一 ΒΒ Β : 万万 尸 Η,〕一 ∃ > ≅≅≅ Α ΝΝΝ Β魂− Β≅≅≅ ≅ : ;;; ∃ ∃Χ Χ − ∃ ≅ Χ ΧΧΧ Κ7 Χ − Α Β;;; ; ∃ − ≅ : ≅≅≅ ∃Β3 %%% ΗΗΗ<一 ∃> ≅≅≅ ∃Α ≅ ≅≅≅ Β ∃Α一 ΒΒ乞 888 ∗ <一 ∃ >只只 Α ΧΧΧ Β生− Β≅≅≅ ≅ : ;;; Κ Χ Χ丈〕− 生Χ Χ ΧΧΧ ∃Β Χ − ∃Α生生 Ο : ∃ − 已: 吕吕 ∃ΒΧΧΧ ΗΗΗ<= Κ一 ∃7 888 ∃Κ : ; 之之 Β工8 : 7一 Β 7 8 : ΚΚΚ∃8 ? ∃ ≅ 一 ∃7 8 Η ∋∋∋ Α ΧΧΧ ΒΑ − Κ ΧΧΧ 8 : 777 Α Χ。自− 口川 ΝΝΝ 3%Ν − Π 3 % ≅≅≅ Β: Α − Κ: ≅≅≅ ∃ΒΧΧΧ /// < 一 ∃7 8 Θ/// Κ: ;777 Β ∃8 : 7 一Β 7 8 : ΚΚΚ ∃8 ? ∃ ≅一 ∃ 7 8 / ∗∗∗ ; ΧΧΧ ΒΑ − Κ ΧΧΧ 7 : ΒΒΒ ∃ ≅ Χ Χ − Κ ; Χ ΧΧΧ ΒΚ Α − Β , ΑΑΑ Κ: ; − 8 : 888 ΚΧ ΧΧΧ /// < 一 Β ΑΧΧΧ Κ: Χ 888 Β。8 , 。一 Α。。⋯⋯#Ρ ∀丫 : !,Ρ 一 Β、。。 ∃Χ 888 ΚΑ − Α 888 ∃ ∃ ,, Β ≅自Ν − Α 8 Χ ΧΧΧ ∃Α Α − Β ∃ΧΧΧ Β: Α − Α : ΒΒΒ ∃Β ΧΧΧ 虽然在组织批量生产和现场服务方面的劳动量大 , 但由于应 用减速器涡轮钻具不仅在超 深井钻井条件 3在此由于其高的热稳定性 , 是没有竞争对手的 % ,还 是在钻下部最难钻的井段 , 均实现了具有工业意义的钻井工作量 。进一步完善技术工艺 , 可以提高减速器的使用寿命和工 作可靠性 , 扩大其应 用范围 。 译 自33∗ ∀Σ 中 / 只∗ ∗Τ 只 ,, Υ东们 6 八只 Ε 护Ν= ς, 川几Σ Δ, ,Ω Ξ / 书》 本文编辑 崔珊