浮動(dòng)定子240渦輪鉆具渦輪節(jié)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】

浮動(dòng)定子240渦輪鉆具渦輪節(jié)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,浮動(dòng),定子,渦輪鉆具,渦輪,設(shè)計(jì),cad,圖紙,說明書,仿單 開題報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 題目名稱 浮動(dòng)定子240渦輪鉆具渦輪節(jié)設(shè)計(jì) 院 （系） 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 輔導(dǎo)教師 開題報(bào)告日期 1 題目來源 題目類型：畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目來源：生產(chǎn)實(shí)踐 2 研究的目的和意義 渦輪鉆具在深井、超深井鉆井以及非直井中的推廣應(yīng)用，顯示出良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，因此越來越引起鉆井界的重視。目前，對(duì)于開式渦輪鉆具由于工作環(huán)境極其惡劣，直接制約著渦輪鉆具的工作壽命。渦輪鉆具在工作時(shí)，金屬球軸承組直接浸泡在鉆井液中，受到鉆井液中磨粒磨損作用，造成軸承內(nèi)外圈道和球的磨損，結(jié)果導(dǎo)致軸系零部件隨著軸承的磨損而向下運(yùn)動(dòng)，最終使得渦輪節(jié)定子、轉(zhuǎn)子軸向下間隙逐漸減小。當(dāng)下間隙為零時(shí)，渦輪定轉(zhuǎn)子端面發(fā)生相碰，出現(xiàn)事故性磨損而損壞。因此，渦輪定子和轉(zhuǎn)子軸向間隙是整過渦輪鉆具工作壽命的決定因素。 浮動(dòng)定子( 轉(zhuǎn)子 ) 渦輪鉆具的結(jié)構(gòu), 改變了一直沿用的軸流渦輪裝配原則, 把渦輪間的軸向間隙從止推軸承組的裝配和工作狀況的制約下解脫出來。渦輪節(jié)中的每一級(jí)定子或者轉(zhuǎn)子在軸向方向上均可自由移動(dòng),通常采用進(jìn)入外殼鍵槽中的鍵銷來防止定子本體的轉(zhuǎn)動(dòng), 每一級(jí)轉(zhuǎn)子均作為相應(yīng)定子的支撐, 定子不需要?dú)は捣较蛏系膲壕o; 或者采用扁平主軸的平行面防止轉(zhuǎn)子本體與主軸的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng), 每一級(jí)定子可作為另一轉(zhuǎn)子的支撐, 轉(zhuǎn)子在軸系方向上不需要再壓緊。這種渦輪鉆具可以最大限度地增加渦輪定子、轉(zhuǎn)子的平均直徑, 可以把每級(jí)定子、轉(zhuǎn)子之間的軸向間隙壓縮到最小, 這樣在同樣長度外殼內(nèi)可組裝比常規(guī)渦輪鉆具更多的渦輪級(jí)數(shù)。渦輪軸向間隙與止推軸承組之間沒有相互關(guān)系, 可避免發(fā)生定子、轉(zhuǎn)子之間的端面相互碰撞磨損。 3 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 [1] 劉慶江. 渦輪鉆具在俄羅斯的應(yīng)用及發(fā)展方向研究[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2012，31（5）. 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Society of Petroleum Engineers Inc,2004. 4 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向 4.1 國外減速渦輪鉆具的發(fā)展概述 4.1.1 蘇聯(lián)減速渦輪鉆具的發(fā)展 前蘇聯(lián)的井下動(dòng)力鉆具使用最早、發(fā)展最快、技術(shù)水平也最高。五十年代至七十年代推廣應(yīng)用復(fù)式渦輪鉆具和帶支承節(jié)的減速渦輪鉆具。其在井下渦輪鉆具的發(fā)展方面，一直處于世界的前列，60 、70 年代中期，渦輪鉆具的鉆井工作量曾一度占全蘇聯(lián)的鉆井總量的 80% 以上。渦輪鉆具自 1923 年由前蘇聯(lián)研制成功以來，得到了迅速發(fā)展，到 20 世紀(jì) 50 年代以后，渦輪鉆井技術(shù)已成為前蘇聯(lián)基本的鉆井方法，在全井段使用渦輪鉆具鉆井。目前俄羅斯的渦輪鉆具已發(fā)展到減速器渦輪鉆具階段。減速器渦輪鉆具是在普通渦輪鉆具的下方連接一個(gè)減速比為 i 的充油齒輪減速器，使渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速降低至 1 ／ i ，而渦輪鉆具的扭矩增加 i 倍，從而實(shí)現(xiàn)大扭矩、低轉(zhuǎn)速的動(dòng)力性能。目前俄羅斯西西伯利亞 地區(qū)幾乎全部采用減速器渦輪鉆具鉆井，使用俄羅斯國產(chǎn)或進(jìn)口的牙輪鉆頭。 4.1.2 美國西部和 Mobile 灣地區(qū)渦輪鉆井作業(yè) 1994 年 Neyrfor 渦輪鉆具公司在美國得州、路州和 Mobile 灣等地區(qū)的渦輪鉆井作業(yè)就達(dá) 5149h ，總進(jìn)尺 3 萬余米。其中Mobile 灣有減速渦輪鉆井達(dá) 2846h ，比1993 年提高了 489%，總進(jìn)尺 15758 米，用戶數(shù) 17。預(yù)計(jì)，1995 年僅在 Mobile 灣地區(qū)減速渦輪鉆井可超過 4200h 。 4.1.3 阿拉斯加的北 Slope 地區(qū)的渦輪鉆井 1992 年阿拉斯加的北 Slope 地區(qū)Kuparuk 河油田便用減速渦輪鉆井，創(chuàng)造了多次新記錄。包括：在 2M — 09 井創(chuàng)造了日進(jìn)尺 1675.75m 的新記錄。Neyrfor 公司的一臺(tái) T2 184 可控減速渦輪鉆具在一口井的一次行程中鉆了 2393m ，平均機(jī)械鉆速達(dá) 69m/h 。另一臺(tái) T2 184 渦輪鉆具在 9 月份創(chuàng)造了一次行程鉆進(jìn) 2472m 的新記錄。 1992 年11 月， 在2M —32 井(φ216mm井眼）中用可控減速渦輪鉆具在一次行程中創(chuàng)造了井尺最長的世界記錄，即以機(jī)械鉆速 76.4m/h 鉆了 2550m，打破了 1982 年在北海 Conoco's Murchison 油田的 2545m記錄。減速渦輪鉆具顯示了以下優(yōu)越性：其一，帶金屬推力軸承(AMB ) 的支承節(jié)提高了減速渦輪鉆具整體工作壽命。其二，減速渦輪鉆具鉆井可以大大減少套管的磨損。 4.1.4 渦輪鉆井技術(shù)在北海油田的應(yīng)用 自 1980 年以來，渦輪鉆具在北海油田的深井和定向井中已廣泛應(yīng)用。1993~1994兩年中，在北海南部地區(qū)氣田的 27 口開發(fā)井上，使用了 SBS168 可控減速渦輪鉆在φ216mm 井眼中鉆進(jìn)了 30497m（10 萬英尺）。在 Clipper 油田的一口井上，減速渦輪鉆具在一次行程中就鉆了 1839m 。 4.1.5 渦輪鉆具在英國的應(yīng)用 英國 Drilex systems 總公司的 DrilexTurbines產(chǎn)品系原美國Grant oil Tool 公司的 Redi-Dill 渦輪鉆具。 Grant oil Tool公司合并到該公司后，原 Redi-Dill 渦輪鉆具仍分為直井和定向井兩大類，只在直井中新增了一種名義直徑φ 184.1 外殼上帶扶正器的渦輪鉆具（渦輪 120 級(jí)，長 14.1m ），仍屬高速高效葉型，適于配天然金剛石鉆頭或 PDC 鉆頭，該公司聲稱渦輪節(jié)在小流量時(shí)也能提供足夠大的扭矩，支承節(jié)對(duì)徑向載荷和軸向載荷的吸振性較好，徑向軸承和推力軸承可使用于高轉(zhuǎn)速。渦輪鉆具整機(jī)壽命為 200h 。 4.1.6 渦輪鉆具在法國的應(yīng)用 法國尼爾畢克(Neyrpic )公司的尼爾福渦輪鉆具有很高的技術(shù)水平，其功率居市場上各型減速渦輪之冠，轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)均與金剛石或 PDC 鉆頭匹配。軸承節(jié)工作可靠，能耐 176 度高溫，工作壽命在 200小時(shí)以上。目前北海油田 90% 的減速渦輪鉆具是這家公司的產(chǎn)品。1982 年法國 Total 石油公司公布了1968---1981 年間渦輪 / 金剛石鉆井經(jīng)驗(yàn)。1976 年 PDC 鉆頭出現(xiàn)后，該公司就及時(shí)把它用于渦輪鉆井，并在阿布扎比、北海、印尼、安哥拉和法國本部進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)。證明這種鉆井技術(shù)不僅機(jī)械鉆速快，鉆頭進(jìn)尺高，每米成本低，而且由于減少起下鉆操作時(shí)間，減輕了設(shè)備磨損和人員疲勞，減少了對(duì)井眼的抽汲和喘振作用，提高了油井質(zhì)量。 4.2 國內(nèi)減速渦輪鉆具的發(fā)展情況 80 年代后期，新型渦輪鉆具（包括減速渦輪鉆具）的研制列入國家“七五”科研承擔(dān)研究任務(wù)的有石油大學(xué)北京研究生院和江漢石油學(xué)院機(jī)械系。經(jīng)過“七五”攻關(guān)我國研制成功了新型 195 型深井和定向井渦輪鉆具，這一期間還完成了取芯渦輪鉆具的設(shè)計(jì)，研制成帶滾動(dòng)軸承的獨(dú)立支承節(jié), 工作壽命達(dá) 150h ，平均機(jī)械鉆速為4.7m/h ，比轉(zhuǎn)盤鉆井提高 1.5-2 倍。近幾年對(duì) 195 型進(jìn)行多次改進(jìn)，研制出了多種不同型號(hào)的帶浮動(dòng)定子和獨(dú)立支承節(jié)的渦輪鉆具。渦輪節(jié)分別采用小排量中、高速小扭矩和低速大扭矩兩種規(guī)格，經(jīng)反復(fù)的室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)和 11 次現(xiàn)場試驗(yàn)，已取得可喜的成果。尤其是 175 型無橡膠元件的渦輪鉆具采用了新材料和新結(jié)構(gòu)，具有中速大扭矩較低壓的技術(shù)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，軸承組壽命長，現(xiàn)場對(duì)接方便和高溫條件下作業(yè)，其更適應(yīng)深井，超深井。其機(jī)械鉆速是轉(zhuǎn)盤鉆井的 1.6-4 倍?？山档椭苯鱼@井成本 30%-40%,具有極好的經(jīng)濟(jì)效益。1998年 11 月,175 型全金屬無橡膠元件渦輪鉆具通過了部級(jí)鑒定。專家們一致認(rèn)為，這種渦輪鉆具的結(jié)構(gòu)性能, 壽命以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平, 為推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。此項(xiàng)成果是完全依靠我國自己的技術(shù)力量來實(shí)施，它為定向井和縱向井的鉆井技術(shù)的發(fā)展提供了有力的技術(shù)裝備, 對(duì)我國鉆井技術(shù)的發(fā)展起著重要作用。我國井下減速器的發(fā)展雖然起步較晚，1988 年以來我們也取得了有關(guān)渦輪鉆具及減速器的 5 項(xiàng)專利，設(shè)計(jì)開發(fā)了兩種類型的井下減速器。一種是固定行星架式的行星齒輪傳動(dòng)減速器；另一種是具有國際先進(jìn)水平的同步減速器。目前這兩種減速器都已進(jìn)入臺(tái)架及工業(yè)性試驗(yàn)。 4.3 渦輪鉆具的新發(fā)展 以前，渦輪鉆具主要是配用牙輪鉆頭打井，存在著渦輪鉆具轉(zhuǎn)速高，牙輪鉆頭壽命低，進(jìn)尺少的缺點(diǎn)，隨著高轉(zhuǎn)速低鉆壓的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的推廣應(yīng)用，以及隨鉆測量技術(shù)的普及，渦輪鉆具的作用越來越大，而且有了以下一些方面的研究和發(fā)展。 4.3.1 低速大扭矩渦輪鉆具的突出發(fā)展 為了提高牙輪鉆頭的進(jìn)尺，并把渦輪鉆具成功地應(yīng)用于深井鉆井，應(yīng)設(shè)法降低 渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速，增加其軸向的力矩。目前已成功的采用了具有低速降壓渦輪的渦 輪鉆具、帶水力制動(dòng)級(jí)的渦輪鉆具和帶有行星減速器的渦輪鉆具。 一．具有低速降壓渦輪的渦輪鉆具 降低渦輪鉆具轉(zhuǎn)速，提高工作扭矩，保證渦輪鉆具在低速下能穩(wěn)定工作的較好 辦法，是采用特殊葉片結(jié)構(gòu)的低速降壓渦輪。當(dāng)渦輪鉆具的環(huán)流系數(shù) Cu>1 時(shí),即 為這種低速降壓渦輪,其壓力降隨渦輪鉆速下降而下降,無沖擊工況偏于低轉(zhuǎn)速一 邊。這類渦輪鉆具能在20—40噸鉆壓下以180—360r/min 的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定工作，在同樣的流量下，其輸出力矩比同尺寸地其它渦輪鉆具大。 二．具有水力制動(dòng)級(jí)的渦輪鉆具 水力制動(dòng)級(jí)是一種特殊的葉型的渦輪級(jí)，它和普通的渦輪同裝在一根主軸上。 這類渦輪鉆具軸上部裝有驅(qū)動(dòng)渦輪，下部裝平直葉片的葉輪，葉輪定轉(zhuǎn)子與垂直于軸線的平面形成相同的傾角，轉(zhuǎn)子葉片就象定子葉片的延長。其扭矩曲線隨轉(zhuǎn)速成正比地增加，該曲線與驅(qū)動(dòng)渦輪扭矩曲線交于一點(diǎn)，該點(diǎn)就決定了渦輪鉆具的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。這種葉片可以是垂直的，如果它們向旋轉(zhuǎn)的相反方向傾斜，則制動(dòng)扭矩曲線的角度減小，否則該角度增大，也就是說從制動(dòng)定子流出的液體將對(duì)制動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，對(duì)渦輪主軸產(chǎn)生制動(dòng)扭矩，從而使主軸的轉(zhuǎn)速有所降低。改變渦輪鉆具所裝渦輪級(jí)與制動(dòng)級(jí)的級(jí)數(shù)比例，可以獲得不同的渦輪鉆具力矩及轉(zhuǎn)速。 采用水力制動(dòng)級(jí)會(huì)引起渦輪鉆具就、效率的降低，但在深井條件下，主要任務(wù) 不是為了獲得渦輪的最高效率，而是獲得能保證鉆頭高效率工作的力矩及轉(zhuǎn)速。且 采用水力制動(dòng)級(jí)后能獲得陡的力矩曲線，即 M/n 比值較大，從而保證了渦輪鉆具在 低速下工作的穩(wěn)定性。 三．帶減速器的渦輪鉆具 由于渦輪鉆具轉(zhuǎn)速高，為使渦輪鉆具能夠減速使用，各國一直在研究帶減速器 的渦輪鉆具，在這項(xiàng)技術(shù)方面，俄羅斯處于領(lǐng)先的地位，并且近年研制出了一些先 進(jìn)的減速器，在現(xiàn)場應(yīng)用后效果不錯(cuò)。采用多節(jié)式渦輪鉆具及采用低速降壓和水力制動(dòng)級(jí)的渦輪鉆具，更能提高扭矩，并可使轉(zhuǎn)速降低到 100r/min 以下，對(duì)新型牙輪鉆頭更為適用。所以隨著結(jié)構(gòu)、材料及工藝的改進(jìn)?它還是很有發(fā)展前途的。 4.3.2 帶浮動(dòng)定子的渦輪鉆具 這種新型渦輪鉆具的每級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子都坐在定子上?實(shí)際上構(gòu)成獨(dú)立的滑動(dòng)軸 承，其比壓很小，不超過 0.04Mpa，故摩擦損失不大。 浮動(dòng)定子渦輪鉆具的結(jié)構(gòu)，改變了一直沿用的軸流渦輪裝配原則，把渦輪間的 軸向間隙從止推軸承的裝配和工作狀況的制約下解脫出來。使渦輪軸向間隙與軸承 間隙之間互不相關(guān)，從而帶來了一系列優(yōu)點(diǎn)，渦輪軸向間隙減少，提高了渦輪鉆具 軸向尺寸的利用率，消除了組裝渦輪鉆具時(shí)調(diào)節(jié)渦輪間隙及檢查等繁重的勞動(dòng)，大 大簡化了安裝工序，提高了工作的可靠性，當(dāng)每級(jí)軸向軸承磨損時(shí)，軸向間隙的變 化不會(huì)造成渦輪葉片互相碰壞的事故，有利于延長渦輪和支承節(jié)在井下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的 時(shí)間，因?yàn)檗D(zhuǎn)子置于定子之間，其間隙達(dá)到了 3~4mm，故渦輪零件的制造精度不是 要求很高，各節(jié)渦輪鉆具可以互相換，不需要專門調(diào)節(jié)，在井上組裝方便。 這種渦輪鉆具由于轉(zhuǎn)子與軸有間隙，可相對(duì)滑動(dòng)和擺動(dòng)在井下惡劣的受力情況 下，轉(zhuǎn)子與軸之間有沖擊，時(shí)間一長就會(huì)在軸上形成深槽，使軸報(bào)廢。從而增加了 維修成本。但對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)及海上等運(yùn)輸成本高的地區(qū)還是一種很有前途的鉆具。 5 主要研究內(nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 5.1 主要研究內(nèi)容 渦輪定子和轉(zhuǎn)子葉柵設(shè)計(jì)，渦輪軸設(shè)計(jì)，間隙密封設(shè)計(jì)，主要零件強(qiáng)度校核。 5.2 需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題 加強(qiáng)低壓降、大扭矩渦輪鉆具的研究，增加現(xiàn)有渦輪鉆具的尺寸系列和品種，以滿足提高深井、難鉆底層鉆井機(jī)械鉆速的要求。投資工藝較先進(jìn)的長軸、深孔加工廠，以解決渦輪鉆具的批量生產(chǎn)問題。在渦輪與螺桿同時(shí)發(fā)展的基礎(chǔ)上，加大渦輪鉆具的開發(fā)力度，特別是開發(fā)小尺寸渦輪鉆具用于老井側(cè)鉆，在國外已成功應(yīng)用。加強(qiáng)渦輪鉆具軸承等易損件使用壽命的研究，提高鉆具使用壽命，以滿足鉆井技術(shù)不斷發(fā)展的需求，降低鉆井綜合成本。完善渦輪鉆具鉆井工藝，開發(fā)渦輪鉆具鉆井配套工具，改善渦輪鉆具鉆井條件，降低渦輪鉆具制造成本，以提高渦輪鉆具鉆井的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 5.3 解決思路 240浮動(dòng)定子渦輪節(jié)的設(shè)計(jì)包括：渦輪節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，渦輪定子和轉(zhuǎn)子葉柵設(shè)計(jì)，渦輪軸設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核，止推軸承和扶正軸承的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核。 6 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及解決辦法 要完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，就必須在圖書館或網(wǎng)上查閱大量的有關(guān)資料。《石油工程流體機(jī)械》，《石油鉆采機(jī)械概論》（李繼志，陳榮振主編）。能夠熟練用AutoCAD繪圖。同時(shí)還要保證足夠的上機(jī)時(shí)間，至少要100小時(shí)才能基本達(dá)到要求。最重要的是在設(shè)計(jì)周期中自己能夠認(rèn)真學(xué)習(xí)，加強(qiáng)實(shí)踐，勤于思考，虛心向老師請(qǐng)教。 7 研究計(jì)劃和預(yù)期進(jìn)展 第5、6周 查閱資料和翻譯外文資料 第7周 根據(jù)查的文獻(xiàn)及相關(guān)資料撰寫開題報(bào)告， 第8周 開題報(bào)告答辯； 第9周 總體設(shè)計(jì)方案的確定； 第10周 渦輪節(jié)主要零部件尺寸的初步確定； 第11-14周 渦輪節(jié)設(shè)計(jì)及主要零部件強(qiáng)度計(jì)算與校核； 第15、16周 計(jì)算機(jī)繪制的設(shè)計(jì)裝配圖及主要零部件圖； 第17周 整理論文和準(zhǔn)備答辯 8 指導(dǎo)老師審查意見 第9頁(共10頁)