基于井下螺旋涡轮输出水力性能优化研究
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作者单位:

1.中国石油大学华东石油工程学院 非常规油气开发教育部重点实验室 山东青岛 西部钻探工程有限公司吐哈钻井公司 新疆维吾尔自治区 中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司油气工程研究院 新疆库尔勒;2.西部钻探工程有限公司吐哈钻井公司;3.中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司油气工程研究院

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

TE924

基金项目:

中国石油天然气集团有限公司重大科技项目(ZD2019-183-005),山东省自然科学基金(ZR2019MEE120)项目资助。


Analysis of the hydraulic performance of variable-thickness helical turbineLu Ming1, Liao Hualin1*,xia Ping2 , Wei Jun1, Niu Wenlong1, Liu Jiansheng1, Liang Hongjun3, Lou Erbiao3
Author:
Affiliation:

1.School of Petroleum Engineering, China University of Petroleum;2.MOE Key Laboratory of Unconventional Oil &3.Gas Development

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    摘要:

    为提升轴流式螺旋涡轮钻具的输出性能,亟需对涡轮的结构及水力性能进行研究。首先采用微积分思想,建立了等厚度翼片和变厚度翼片两种螺旋涡轮输出水力特性的解析计算模型;其次构建了翼片的型线方程,分析了螺旋角对涡轮输出水力性能的影响规律;然后基于某井下螺旋涡轮发电机设计实例,分析了两种螺旋涡轮的输出性能参数及螺旋角的影响;最后基于螺旋涡轮优化分析结果加工了泥浆脉冲发电机,研究了不同排量对发电性能的室内实验。研究结果表明,①在给定条件下,变厚度螺旋涡轮的输出水力性能明显高于翼片厚度不变的螺旋涡轮;②随翼片螺旋角的增大,涡轮输出特性曲线急剧下降,当螺旋角超过某一值(约为30°)后,涡轮的输出特性下降不显著。 螺旋涡轮的叶片数为7,螺旋角为38°,井下涡轮发电机负载为8Ω时,发电机达到最大功率300W,通过室内测试,发电机功率符合井下工具要求。该研究可为井下智能钻井设备提供可靠的电力来源。

    Abstract:

    In order to enhance the output performance of axial flow helical turbine drilling tools, it is crucial to conduct research on the structure and hydraulic performance of the turbine. Firstly, an analytical computational model for the hydraulic characteristics of two types of helical turbines, namely constant thickness blade and variable thickness blade, is established using calculus principles. Secondly, the blade profile equation is constructed to analyze the influence of helix angle on the hydraulic performance of the turbine. Finally, based on the design example of an underground helical turbine generator, the output performance parameters of the two types of helical turbines and the impact of helix angle are analyzed. Furthermore, a mud pulse generator is manufactured based on the optimized analysis results of the helical turbine, and indoor experiments are conducted to study the impact of different displacements on the power generation performance. The research findings indicate that: 1) Under given conditions, the variable thickness helical turbine exhibits significantly higher hydraulic performance compared to the helical turbine with constant blade thickness; 2) The turbine output characteristics curve sharply decreases as the helix angle of the blade increases. However, the decrease in turbine output characteristics becomes insignificant when the helix angle exceeds a certain value (approximately 30°). 3) With 7 blade counts and a helix angle of 38°, the underground turbine generator reaches a maximum power of 300W with a load of 8Ω. Through indoor testing, the power of the generator meets the requirements of underground tools. This research provides a reliable power source for underground intelligent drilling equipment.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

卢明,廖华林,夏萍,等. 基于井下螺旋涡轮输出水力性能优化研究[J]. 科学技术与工程, , ():

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  • 收稿日期:2024-03-05
  • 最后修改日期:2024-06-14
  • 录用日期:2024-07-09
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