高速涡轮钻具支承节分析研究

作     者：王海娟 

作者单位：西南石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张晓东

授予年度：2011年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：涡轮钻具 支承节 轴承材料 失效机理 PDC轴承 动压滑动轴承 

摘      要：高速涡轮钻具作为井下动力钻具应用于油气钻探在提高机械钻速,减少钻井事故,降低钻井成本,提高经济效益方面有着显著的优势,近年来得到了广泛的推广应用,在国内外石油钻探领域已经占领了相当重要的地位。特别是深井、超深井以及复杂地层钻井领域有着不可替代优势。但高速涡轮钻具亦存在转速高、扭矩小、支承节轴承寿命短等的不足,孕镶钻头与高速涡轮钻具配合充分利用了其转速高、扭矩小、钻压小的特点,解决了诸多钻井问题,而支承节寿命短却严重影响了高速涡轮钻具应用范围及钻井优势。 为了开展对高速涡轮钻具支承节失效破坏的探索,总结出支承节轴承磨损机理以及对支承节轴承损伤的影响因素,本文完成了针对高速涡轮钻具支承节轴承失效机理展开研究,主要做了以下四方面的工作： 1.对涡轮钻具支承节结构进行分析,探讨高速涡轮钻具工况、工作性能以及受力情况,确定适合高速涡轮钻具支承节结构。 2.分析了各类型推力轴承特点以及应用于高速涡轮钻具支承节的优势,对轴承材料,轴承钢、金刚石(PCD)、工程陶瓷、硬质合金以及复合材料的性能特点进行总结和对比分析,得出了PCD和陶瓷材料做摩擦片的滑动推力轴承性能优良,能满足高速涡轮钻具对支承节轴承的极高要求。 3.分析研究了支承节轴承的失效机理及影响因素,根据滑动轴承磨损计算方法,推导出推力滑动轴承的磨损量以及寿命计算式,且通过计算机模拟仿真验证了工作参数对轴承摩擦生热的影响效果。 4.分析了动压推力滑动轴承以及支承节结构,研究了动压滑动轴承动压油膜形成机理和动压油膜承载能力,最后得出了扇形摩擦片推力滑动轴承动压油膜承载能力计算方程。 通过本文研究,确定了适合高速涡轮钻具的轴承类型及性能特点,且得出了高速涡轮钻具支承节轴承失效形式和各参数的影响效果,为高速涡轮钻具现场应用提供了依据和参考。