新材料提高螺桿鉆具使用壽命

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新材料提高螺桿鉆具使用壽命

作者: 發布時間:2020-7-13 16:27:21 文章來源: 點擊次數:

新材料提高螺桿鉆具使用壽命

定向井技術是當今世界石油勘探開發領域最先近的鉆井技術之一,它是由特殊井下工具、測量儀器和工藝技術有效控制井眼軌跡,使鉆頭沿著特定方向鉆達地下預定目標的鉆井工藝技術。定向井廣泛使用的井下工具主要有PDC鉆頭、...

  定向井技術是當今世界石油勘探開發領域最先近的鉆井技術之一,它是由特殊井下工具、測量儀器和工藝技術有效控制井眼軌跡,使鉆頭沿著特定方向鉆達地下預定目標的鉆井工藝技術。

 

  定向井廣泛使用的井下工具主要有PDC鉆頭、井下動力鉆具、無磁鉆鋌、井下測量儀器等。螺桿鉆具是最常用的井下動力鉆具,MWD(無線隨鉆測斜儀)則是最常用的井下測量儀器。目前使用壽命在十天以上的PDC鉆頭技術已比較成熟,而MWD的電池使用壽命也大多在十天左右,甚至帶井下發電機的MWD也開始應用。螺桿鉆具的使用壽命一般為80~200小時,這直接影響著鉆井進度(因為更換螺桿鉆具會頻繁起鉆),同時也制約著超長壽命鉆頭及井下測量儀器的發展。因此,加強研制與開發高壽命螺桿鉆具至關重要。

 

  螺桿鉆具及其短壽原因

 

  螺桿鉆具是一種以鉆井液為動力,把液體壓力能轉換為機械能的容積式井下動力鉆具。它主要由旁通閥、螺桿馬達(轉子和定子)、萬向軸、傳動軸幾部分組成,其核心是螺桿馬達與傳動軸。當泥漿泵泵出的泥漿流經旁通閥進入馬達,在馬達的進出口形成一定的壓力差,推動轉子繞定子的軸線旋轉,并將轉速和扭矩通過萬向軸和傳動軸傳遞給鉆頭,從而實現鉆井作業。鉆探時,螺桿鉆具直接帶動連接在其孔底傳動軸上的鉆頭回轉,整個鉆柱僅作為輸送高壓工作介質的通道和支撐鉆頭反扭矩的桿件,不作回轉運動。采用螺桿鉆探與常規鉆探相比有許多優點,如鉆桿磨損大幅度下降,鉆速高。它是打定向井的主要器具,在鉆探領域發揮著重要作用。

 

  影響螺桿鉆具使用壽命的薄弱部件主要是軸承易損壞,萬向軸不耐磨,定子橡膠容易脫落。因此,如何提高軸承壽命,減少萬向軸的磨損,增強定子橡膠的穩定性,對于提高螺桿鉆具使用壽命至關重要。目前螺桿鉆具傳動軸軸承主要使用的是推力軸承,也是最容易損壞的部件。由于鉆井時,整套軸承都浸泡在泥漿里,使得軸承滾珠很容易磨損,而目前使用的軸承材料主要為軸承鋼,鋼的特性決定其耐磨性及耐腐蝕性較差。

 

  陶瓷軸承在傳動軸的應用

 

  陶瓷球軸承針對國防工業中惡劣環境下的調整、重載、低溫、無潤滑工況而開發,是新材料、新工藝、新結構的完美結合。將其轉化為民用技術,陶瓷軸承可以完全覆蓋現在的精密、中速以上全鋼軸承的所有應用領域。陶瓷軸承的性能價格比遠遠優于全鋼軸承,壽命可比現在使用的軸承壽命提高3倍以上。與軸承鋼性能比較,自重是軸承鋼的30%~40%,可減少因離心力產生的動體載荷的增加和打滑。因耐磨,轉速是軸承鋼的1.3~1.5倍,可減少因高速旋轉產生的溝道表面損傷。彈性模量高于軸承鋼的1.5倍,受力彈性小,可減少因載菏高所產生的變形。硬度是軸承鋼的1倍,可減少磨損??箟菏禽S承鋼的5~7倍。熱膨脹系數小于軸承鋼20%。摩擦系數小于軸承鋼的30%,可減少因摩擦產生的熱量,可減少因高溫引起的軸承提前剝落失效??估?、抗彎與金屬同等。

 

  由于陶瓷軸承具有耐高溫、耐寒、耐磨、耐腐蝕、抗磁電絕緣、無油自潤滑、高轉速等特性,所以將其應用于螺桿鉆具會大幅提高傳動軸性能及使用壽命。

 

  萬向軸與馬達定子、轉子也是螺桿鉆具容易壞的部件,由于轉子目前都采用鋼材料,鉆井時轉子大部分重量都壓到萬向軸及定子塑膠部分,這就使得萬向軸、定子塑膠承受壓力過大,更容易磨損。轉子和萬向軸都浸泡在泥漿里,轉子也容易被腐蝕。

 

  鋁合金在馬達的應用

 

  鋁合金是指以鋁為基的總稱。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳,次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。

 

  鋁合金密度低,但強度比較高,接近或超過優質鋼,塑性好,可加工成各種型材,具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性,工業上廣泛使用,使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機械性能、物理性能和抗腐蝕性能。不同牌號的鋁合金有不同的用途,根據螺桿鉆具的型號及應用情況選擇合適的鋁合金材料作為馬達轉子(表面采用鍍鉻處理),可以有效減輕轉子重量,減輕對定子塑膠及萬向軸的壓力,同時提高轉子的耐腐蝕性能,從而提高螺桿鉆具馬達及萬向軸的使用壽命。


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