Φ102涡轮钻具井下喷射器设计(3)

Φ102涡轮钻具井下喷射器设计

地描述振荡腔内流体流动压力和速度的大小及其分布。所以，首先采用实验的方法，用有机玻璃模型定性的观察了振荡腔内流体流动的规律，同时在腔室的同一个面上开孔6个，用压力传感器定量地测试了振荡腔内流体的压力。 （2）井下水力它激振荡增压探讨

井下水力增压是以钻井环空流体液柱压力作为它激的激励源以自增流量来实现井下增压的。当具有一定压力（流速）的流体进入共振腔后，在腔室的上游区域，由于紊流射流强烈的卷吸作用，以及环空液柱压力的激励作用，引入部分环空流体，实现自增流量，这部分流体（自增流量部分）与振荡腔室内的紊流射流发生着复杂的动量和能量交换。流体到达腔室的下游区域时，大部分流体经由腔室出口喷出，小部分流体经过碰撞后，沿腔室内壁返回到腔室上游区域。由于在这一区域的负压作用，驱使着环空流体被引入共振腔室。由此可见，井下水力增压主要依靠3种作用方式：①振荡腔内的卷吸作用；②振荡腔内反馈负压区的形成作用；③环空流体压力的它激作用。

4.5主攻方向

1.喷射器的机构整体布局和方案的合理选择；

2.喷射器结构的设计，高压泥浆的形成，高压泥浆的喷出方案设计； 3.液压增压原理的改进和创新。

五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路 5.1工作原理

对高压水射流或高速水滴冲击下物体的破坏进行描述形成了多种理论学说, 如气蚀破坏作用、水射流的冲击作用、水射流的动压力作用、水射流脉冲负荷引起的疲劳破坏作用、水楔作用等, 但目前大部分学说尚停留在假说阶段。其中, 拉伸水楔破岩和密实核劈拉破岩学说因定性解释相对全面, 且有部分宏观现象支持, 在水射流破岩理论研究中获得较多认可。

带喷射器的涡轮钻具是一种结构特殊的井下动力钻具，它的主要元件是由定子、转子和喷射装置组成。工作时，涡轮钻具利用高压高速的钻井液冲击涡轮定转子，反向的定转子叶片将高压液的动能转变成机械能；通过了涡轮节的高压液流向下一级的喷射装置，然后通过喷射器将液体变成高压液喷射出去。其主要特点是将能量集中在井底直接驱动钻头联合破岩，能量利用充分，机械钻速较高，井身质量好。其工作原

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开题报告

理如图：

图1 射流式井下增压器（downhole boost compressor）总装图 1—上接头 2—射流元件 3—二位三通阀 4—中心杆 5—下活塞缸 6—增压缸 7—节流阀 8—旁通阀 9—外缸 10—下接头

井下液压增压器液压结构 井下液压增压器原理图

1-马达液缸 2-超高压泵 3-超高压喷嘴 4-普通喷嘴 5-节流阀 6-换向机构

5.2主要研究内容

1.钻具的总体结构和力学性能 2.喷射器在涡轮钻具中的结构布局

串联式井下增压器的马达液缸与普通喷嘴串联, 来自地面泵的钻井液到达井下率先进入增压

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Φ102涡轮钻具井下喷射器设计

器马达液缸,推动马达活塞运动。马达液缸流出的钻并液大部分进入钻头上的普通喷嘴,以较低的速度喷出, 清洗井底、携带岩屑小股钻井液进入超高压泵,泵排出的超高压钻井液被引入钻头上的超高压喷嘴, 高速射出, 冲击井底、破碎岩石。马达活塞杆与超高压泵活塞杆联为一体, 马达活塞杆带动超高压泵活塞一起作直线往复运动, 并用自动换向阀实现马达活塞的自动换向。钻井液循环系统的其余部分仍和常规钻井一样。

并联式井下增压器为马达液缸与普通喷嘴并联, 来自地面泵的钻井液分为三股, 第一股流量 , 进入马达液缸, 出来后直接进入环空;第二股流量 :引入普通喷嘴, 与常规钻井一样循环;第三股流量 :引入超高压泵, 超高压泵排出的钻井液引入钻头上的超高压喷嘴 ;马达活塞杆与超高压泵活塞杆直接相联;自动换向阀控制马达活塞自动换

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开题报告

3.连接头在涡轮钻具中的结构和布局设计

5.3重点研究的问题

1.喷射器的方案选择及结构设计；

2.涡轮节、蜗轮副、支承轴承结构设计； 3.喷射器在钻具中的位置布置； 4.喷射液的蓄能方式及其控制；

六、完成毕业设计所必须具备的工作条件 6.1已有条件：

1.《机械设计手册》 2.CAD制图软件

3.经验丰富的指导老师

4.查阅到的大量的与设计相关的资料和书籍

6.2尚缺条件：

1.对设计概念理解不透彻，对相关领域了解不全面； 2.图纸较少，还需进一步查找；

七、工作的主要阶段、进度与时间安排

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Φ102涡轮钻具井下喷射器设计

7.1准备阶段

6周：根据导师给的设计题目，去学校图书馆，学校机房查阅相关书籍，搜集相关文

献，找到与之相关的英文文献，中文书籍等。

7周：根据老师提供的资料和自己准备的资料完成外文翻译和工作计划及准备开题报 告

8周：根据已有的资料完成文献综述。

7.2设计阶段

9周：确定尺寸参数，进行喷射器结构方案对比；

10周：涡轮节蜗轮副结构设计，支承轴承结构设计； 11周：喷射器结构设计计算及绘图； 12周：液体循环系统损失的计算；

13周：钻头的结构型式设计计算，部分零件图和装配图的完善等； 14周：整理零件图检查并修改；

15周：完成毕业设计初稿，并做修改；

16周：复查前期完成情况，并全部录入电子档案，准备毕业设计答辩。

八、指导老师审查意见

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