摘 要:本文通過螺桿鉆具實(shí)際工作特性和螺桿鉆具試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)原理及組成部分分析，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞:螺桿鉆具 工作特性 試驗(yàn)臺(tái) 組成 分析

中圖分類號(hào):TB47文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(a)-0057-01

1 引言概述

隨著鉆井大提速的進(jìn)行和油田中后期的開采，螺桿鉆具起到了無可替代的作用，對(duì)其性能要求提出了更高要求的同時(shí)，對(duì)檢驗(yàn)試驗(yàn)工作也提出了更高的要求。為此，在充分了解螺桿鉆具工作特性的的基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，并考慮到螺桿鉆具本身的工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的基于計(jì)算機(jī)的螺桿鉆具試驗(yàn)系統(tǒng)，是未來螺桿鉆具必不可少的檢測(cè)方法。

2 螺桿簡(jiǎn)介

螺桿鉆具，又稱定排量馬達(dá)(PDM)是一種容積式井下動(dòng)力鉆具，由旁通閥總成，馬達(dá)總成，萬向軸總成，傳動(dòng)軸總成組成。

3 螺桿鉆具的工作特性

理論上螺桿鉆具的出輸出扭矩(M)與馬達(dá)壓降成正比;輸出轉(zhuǎn)速(n)與輸入泥漿流量成正比。隨著負(fù)荷的增加，轉(zhuǎn)速降低很少，地面控制容易，只要控制地面上壓力表的數(shù)及泵的流量就控制住了井下鉆具的轉(zhuǎn)矩M及轉(zhuǎn)速N。

事實(shí)上，螺桿馬達(dá)存在轉(zhuǎn)子與定子間的摩擦阻力和密封腔間的漏失，其它部分(如傳動(dòng)軸的軸承節(jié))也存在機(jī)械損失和水力損失，因此，螺桿鉆具存在機(jī)械效率ηm和水力效率ηv，其總效率為:η=ηmηv，因此螺桿鉆具實(shí)際特性與理論特性間存在差異。受水力效率ηv的影響，導(dǎo)致實(shí)際轉(zhuǎn)速n隨△p的增大而降低，△n=nT-n是由于馬達(dá)定子橡膠襯套在△p作用下的變形和漏失所引起的，同時(shí)，轉(zhuǎn)矩M仍與△p成線性關(guān)系，M隨△p的增大而線性增加，表明螺桿鉆具實(shí)際上仍有良好的過載能力，當(dāng)鉆壓PB變大時(shí)，導(dǎo)致鉆頭阻力矩增加，此時(shí)馬達(dá)壓降△p增大導(dǎo)致馬達(dá)轉(zhuǎn)矩M增大，以克服阻力矩，但同時(shí)引起相應(yīng)的轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)△p增大到臨界值△pc時(shí)n=0，即鉆頭轉(zhuǎn)速為零出現(xiàn)制動(dòng)，此時(shí)轉(zhuǎn)矩M達(dá)到Mmax，稱為制動(dòng)力矩。

4 螺桿鉆具試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)原理及組成系統(tǒng)

4.1 整機(jī)試驗(yàn)原理

從模擬螺桿鉆井的實(shí)際使用工況出發(fā)，高壓液體驅(qū)動(dòng)螺桿鉆具運(yùn)轉(zhuǎn)，在額定流量范圍內(nèi)，通過電磁剎車加載，完成對(duì)螺桿鉆具的性能測(cè)試，并對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量(MT，nT，Q，△p)，再通過試驗(yàn)分析軟件，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，得出試驗(yàn)結(jié)論。

4.2 整機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)組成

試驗(yàn)臺(tái)的組成部分可以分為包括動(dòng)力、加載系統(tǒng)，水路系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，電控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。

當(dāng)試驗(yàn)開始后，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)設(shè)定的合理采樣頻率及數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)采樣，并通過二次儀表在控制室內(nèi)顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)情況，最后通過軟件加處理系統(tǒng)加以處理，并輸出試驗(yàn)報(bào)告。

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

圖1為某165加長(zhǎng)螺桿的試驗(yàn)曲線

試驗(yàn)過程中，采集的參數(shù)包括出入口壓力(pi，po)，轉(zhuǎn)速(N)，扭矩(M)，流量(Q)，輸入、輸出功率(Pi，Po)和總效率(η)。

輸入功率:

Pi=△p·Q=(pi-po)…………………(2)

輸出功率:

Po=1.04691×10-4M·N……………(3)

總效率:

η=Pi/Po……………………………(4)

由式(2)(3)(4)可以得出

η=Pi/Po=1.04691×10-4M·N/(△p·Q) ……………………………………………(5)

由式(5)可以看出，總效率(η)與M，N和△p，Q有關(guān)。試驗(yàn)中當(dāng)流量(Q)，出口壓力(po)基本不變時(shí)，總效率(η)只與扭矩(M)，轉(zhuǎn)速(N)和入口壓力(pi)有關(guān)。由圖1可以看出，加載過程中，轉(zhuǎn)速(N)逐漸降低，而扭矩(M)和輸入功率(Pi)逐漸增大，而效率(η)有一個(gè)先增后降的過程，在鉆具的額定扭矩附近達(dá)到最高點(diǎn)。所以我們可以看出總效率是判定螺桿鉆具的性能重要依據(jù)，再結(jié)合螺桿鉆具的額定扭矩和轉(zhuǎn)速來對(duì)螺桿鉆具作出判斷。

圖中△p-M，△p-n，△p-P，△p-η4條曲線和螺桿鉆具的實(shí)際工作曲線相吻合。這表明整機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)結(jié)果符合實(shí)際使用要求，而且通過能量之間的關(guān)系很好的解決了馬達(dá)的效率測(cè)量的問題。

6 結(jié)論

該螺桿鉆具試驗(yàn)臺(tái)具有以下特點(diǎn):

(1)流量通過變頻電機(jī)頻率控制，調(diào)節(jié)方便，可以在25L/S的流量范圍內(nèi)對(duì)螺桿鉆具進(jìn)行整機(jī)檢驗(yàn)。

(2)通過二次儀表，在操作室內(nèi)顯示扭矩(M)，轉(zhuǎn)速(N)，流量(Q)，溫度(T)等重要參數(shù)，便于觀察試驗(yàn)情況和及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)、實(shí)時(shí)記錄所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)，便于查詢和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

(3)加載系統(tǒng)采用電磁渦流剎車原理，加載過程容易控制;加載調(diào)節(jié)范圍廣，可實(shí)現(xiàn)從空載運(yùn)轉(zhuǎn)到鉆具制動(dòng)(n=0)，最大可實(shí)現(xiàn)20000N·m的扭矩加載。

(4)整個(gè)試驗(yàn)過程可按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5383-1999螺桿鉆具的檢驗(yàn)要求實(shí)現(xiàn)螺桿鉆具的性能測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)表格和圖標(biāo)的輸出，試驗(yàn)結(jié)果清晰明了。

但是，螺桿鉆具試驗(yàn)臺(tái)和實(shí)際使用中也存在一定的差異，試驗(yàn)中存在一些問題需要我們改進(jìn):

循環(huán)介質(zhì)為水，與泥漿的粘度存在一定差別。由于泥漿的粘度比水大，使得漏失量減小，所以實(shí)際測(cè)得的效率相比實(shí)際使用效率偏小。

溫度受限，螺桿的試驗(yàn)溫度為常溫試驗(yàn)，而實(shí)際使用溫度比試驗(yàn)溫度要高很多，溫度對(duì)定子橡膠的影響很大，在實(shí)際工作中，特別是深井、超深井的鉆探中這也是值得我們考慮的。

參考文獻(xiàn)

[1]SY/T 5383-1999 螺桿鉆具.

[2]蘇義腦.螺桿鉆具研究及應(yīng)用.

[3]胡三恩，等.螺桿鉆具動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的研制.