3.1.1 초심공 스크류 드릴링 공구의 성능 매개변수 최적화 방안에 관한 연구
기존 스크류 드릴링 공구의 성능 매개변수는 드릴링에 매우 중요합니다. 마찬가지로, 매우 깊은 유정 나사 드릴링 도구의 성능 매개변수는 매우 깊은 유정의 드릴링 비용, 심지어는 매우 깊은 유정 드릴링의 성공 또는 실패와도 관련이 있습니다. 기존의 스크류 드릴링 도구의 성능 매개변수 방정식을 바탕으로 매우 깊은 유정 조건에서 매우 깊은 유정 스크류 드릴링 도구의 성능 매개변수 방정식을 구하면 다음과 같습니다.
과학적 초심유정 시추 기술 프로그램 사전 연구 특별 결과 보고서(1권)
p>위 공식에서 AG는 유동 면적, mm2, q는 회전당 변위, mm3/r은 이론적인 출력 토크입니다. 스크류 모터, N·m, n은 스크류 모터의 출력 속도, r/s, G는 로터에 의해 생성된 축 합력, Fg는 로터가 회전할 때 생성된 원심력, N입니다. 회전자와 고정자 사이의 최대 슬라이딩 속도, mm/s Ls는 고정자와 회전자 밀봉 라인의 총 길이, N은 회전자 헤드의 수, mm는 등거리입니다. 반경, mm, Ts는 고정자 리드, mm, h는 고정자 및 회전자 피치, mm입니다. k는 스크류 모터 단계의 수, 일반적으로 3~6 레벨입니다. ΔP는 스크류 모터의 각 레벨에 권장되는 작동 압력입니다. , 일반적으로 0.6~0.8MPa입니다. 매우 깊은 우물 조건에서는 압력 강하가 변하지 않을 수 있습니다. Q는 드릴링 도구 액체 유량을 통해 흐르는 전력 시스템입니다. μ는 축방향 힘 계수, 그 값은 실험에 의해 결정되며 설계 시 1.0~1.1로 사용됩니다. ρ는 로터 질량 밀도(kg/cm3)입니다.
위 수식으로부터 다변수 매개변수 방정식이라는 결론을 내릴 수 있다. 관계가 복잡하기 때문에 단순한 선형 관계가 아니며, 위 수식과 관련된 문제의 매개변수를 최적화하려면 체계적인 방법을 사용하여 문제를 해결해야 합니다. 이러한 이유로 매우 깊은 유정 스크류 드릴링 도구 세트의 매개변수 최적화 방법을 구체적으로 연구할 필요가 있습니다.
초심공 나사 드릴링 공구 매개변수의 최적화 과정은 수학적 모델링과 해결 과정입니다. 이 수학적 모델은 제한된 조건에서 다목적 함수의 극값 문제입니다. 다중 목표 최적화 문제를 해결하려면 단일 목표 최적화 문제로 변환해야 합니다. 여기서 분석 계층 구조 프로세스는 다중 목표 최적화 문제를 단일 목표 최적화 문제로 변환하는 데 사용됩니다. 구성된 전체 목적함수에서 각 단일 목적함수의 가중치에 따라 단일 목적함수를 구성하고 다중 목적함수 최적화 문제를 단일 목적함수 최적화 문제로 변환하는 아이디어입니다. 이는 궁극적으로 실질적인 엔지니어링 문제를 해결합니다. 위의 방법은 그림 3.1에 요약되어 있습니다.
그림 3.1 깊은 유정 나사 천공 도구 성능 매개변수 최적화 흐름도
분석 계층 프로세스를 사용하여 깊은 유정 나사 천공 도구 매개변수 최적화 문제를 해결합니다.
첫 번째 단계는 그림 3.2에 표시된 것처럼 나사 드릴링 도구 매개변수 최적화를 위한 계층 구조 모델을 설정하는 것입니다.
그림 3.2 나사 드릴링 공구 매개변수 최적화 계층 구조 모델
두 번째 단계는 판단 매트릭스를 구성하는 것입니다. 각 계획의 평가지표는 표 3.1과 같다.
표 3.1 나사 드릴링 공구 매개변수 최적화를 위한 다양한 옵션의 평가 지표
구조 모델에 따라 O 레이어에 대한 C 레이어의 각 요소에 대한 비교 매트릭스가 설정됩니다. :
초심공 굴착 기술 계획의 사전 연구 결과에 관한 과학 특별 보고서(제1권)
P층의 각 원소에 대한 쌍별 비교 행렬 C 레이어는 다음과 같습니다.
과학적인 초심공 시추 기술 계획 결과 보고서(1권)에 대한 사전 연구의 특별 주제
세 번째 단계에서는 matlab을 사용합니다. 행렬 A의 고유값을 해결하는 소프트웨어. 구체적인 계산과정은 생략합니다. 행렬 A의 최대 고유값은 λmax=5.1561이고 해당 열 벡터는 다음과 같습니다. 정규화: 해당 정규화된 고유벡터를 얻습니다. 다음으로, B1, B2, B3, B4, B5의 최대 고유값과 이에 상응하는 정규화된 고유벡터를 계산합니다.
B1, B2, B3, B4, B5의 최대 고유값과 이에 해당하는 열 벡터는 각각
과학적 초심유 시추 기술 프로그램 사전 연구 특별 결과입니다. 보고서(1권)
(표준화된 열 평균 방법을 사용하여) 이를 정규화하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
과학적 초심공 시추 기술 프로그램 사전 연구 특별 성과 보고서(1권) )
아니요. 네 번째 단계에서는 일관성 테스트를 실시합니다.
n=4, RI=0.90, 수치를 대입하면 다음과 같은 결과를 얻습니다.
과학적 초심공 시추 기술 프로그램 사전 연구 특별 결과 보고서(1권) )
위 지표는 만족스러운 일관성을 가지고 있습니다.
AHP 목록 3.2에 따르면 다음과 같습니다.
표 3.2 AHP 나사 드릴링 도구 매개변수 최적화 및 각 매개변수의 가중치
위 표에서 우리는 알고 있습니다 P1, P2, P3, P4는 각각 26.1163%, 15.5163%, 32.8938%, 25.4735%의 가중치를 차지합니다.
다음에서는 Lingo 최적화 소프트웨어를 사용하여 스크류 모터의 관련 매개변수를 최적화합니다.
먼저, 초심공 나사 천공 공구의 매개변수 최적화 문제에 대한 수학적 모델이 확립되었습니다. 매우 깊은 우물 나사 드릴링 도구의 성능은 주로 깊은 우물 나사 모터의 성능과 밀접한 관련이 있습니다. 이러한 이유로 스크류 모터의 성능이 최적화되면 스크류 드릴링 공구의 성능도 자연스럽게 최적화됩니다. 울트라 딥 웰 스크류 모터의 성능 매개변수는 주로 회전 속도와 출력 토크입니다. 유동면적은 모터의 구조를 결정한 후 유동면적을 결정한다. 링고 문제 해결의 일반적인 단계에 따라. 수학적 모델은 다음과 같이 수립된다.
과학적 초심공 시추 기술계획에 관한 사전연구 특별결과보고서(제1권)
제약사항이 너무 많을 수 있으며, 충돌이 발생할 수 있으며, 수가 너무 적으면 올바른 해결 방법을 찾지 못할 수 있습니다. 이를 위해서는 제약 조건을 합리적으로 선택해야 합니다. 구체적인 문제 해결 과정은 생략합니다.
스크류 드릴 로터 헤드 수, 출력 토크 및 출력 속도 간의 관계. 얻은 데이터는 표 3.3에 나와 있습니다.
표 3.3 스크류 드릴링 공구의 출력 토크 및 출력 속도와 스크류 모터 로터 헤드 수의 관계
모터 로터 헤드 수를보다 직관적으로 얻으려면, 모터 출력 토크와 모터 회전 속도의 관계에 대해 꺾은선형 차트를 만드십시오. 3.3. 그림 3.3에서 모터의 회전자 헤드가 많을수록 모터 출력 토크는 커지고 모터 출력 속도는 작아지는 것을 분명히 볼 수 있습니다.
최적화 후 얻은 결과는 로터 헤드 수가 5개라는 것입니다. 분석 후 로터 헤드의 수는 주요 요소가 아닙니다. 실제 상황에서는 적은 수부터 많은 수까지 시추 현장에 사용할 수 있는 기성 제품이 있습니다. 로터 헤드. 이는 로터 헤드 수가 스크류 모터 매개변수 최적화의 주요 요소가 아니라는 점을 충분히 보여줍니다. 여기서는 모터 회전자 헤드 수를 5개로 취한 결과를 사용한다. 나머지 3개 매개변수에 대해서는 모터 편심률은 2.5819mm, 등거리 반경은 4.008579mm, 로터 피치는 46.47916mm이다. 이때 모터의 출력 토크는 100N·m, 모터의 출력 속도는 다음과 같다. 5.7296r/s입니다.
그림 3.3 스크류 드릴 공구의 출력 토크 및 출력 속도와 스크류 모터의 로터 헤드 수 사이의 관계
로터가 생성하는 축력은 7045.6N입니다. , 회전자의 원심력은 27.6333N 이고, 회전자와 고정자 사이의 최대 미끄럼 속도는 1073.8mm/s이며, 고정자와 회전자 2차 실링라인의 총 길이는 2011.3mm이다. 얻은 값은 문헌의 대부분의 최적화 결과보다 낫습니다.
초심공 나사 천공 공구의 매개변수 최적화 결과, 실제 요구 사항을 충족하는 초심공 나사 천공 공구의 구조 매개변수를 얻었습니다. 매우 깊은 우물 나사 드릴링 도구의 구조적 매개변수의 주요 표현은 매우 깊은 우물 나사 모터의 선형 모양입니다. 아래에서는 울트라 딥 웰 스크류 모터의 선형 프로파일에 대한 체계적이고 심층적인 연구를 생생하고 생생하게 수행할 것입니다.
심공 나사 천공 공구의 성능 매개변수 최적화에는 심공 나사 천공 공구의 작동 원리와 실제 천공 작업 조건이 포함됩니다. 이 시스템 문제를 해결하려면 체계적인 접근 방식이 필요합니다. . 이 장에서는 기존 스크류 드릴링 도구의 성능 매개변수 방정식에서 시작하여 분석 계층 프로세스를 사용하여 전체 목적에서 각 목적 함수의 가중치를 계산하고 목적 최적화를 사용하여 해결하기 쉬운 단일 목적 함수 최적화 문제를 구성합니다. 소프트웨어를 사용하면 최종 결과가 나왔습니다. 결과를 실제 값과 비교한 결과, 얻은 최적화 결과가 비교적 이상적인 것으로 나타났습니다. 매우 깊은 유정 스크류 드릴링 공구의 성능 매개변수를 최적화하는 이 방법이 실용적이라는 것이 측면에서 입증되었습니다.
이 방법에는 몇 가지 단점도 있습니다. 두 번째로 이 최적화 방법에는 여러 소프트웨어가 사용됩니다. 운영자 컴퓨터용.
3.1.2 울트라 딥 웰 스크류 모터의 선형 형상에 대한 시각적 연구
울트라 딥 웰 스크류 모터는 울트라 딥 웰 스크류 드릴링 도구의 동력 메커니즘입니다. 매우 깊은 우물 나사 드릴링 도구의 성능은 주로 동력 메커니즘의 성능에 따라 달라집니다. 울트라 딥 웰 스크류 모터는 고정자와 회전자로 구성됩니다. 초심공 스크류 모터의 성능에 대한 재료 및 가공 기술의 영향을 제외하면 초심공 스크류 모터의 품질을 결정하는 나머지 요소는 주로 초심공 스크류 모터의 선형 형태입니다. 초심공 스크류 모터의 선형 프로파일 연구의 주요 내용은 초심공 드릴링 작업에 적합한 초심공 스크류 모터의 선형 프로파일을 도출하는 것입니다. 기존의 선 유형 연구 방법에 대한 아이디어는 그림 3.4에 나와 있습니다.
그림 3.4 모터 선 유형 연구의 일반적인 방법
이 모터 선 유형 연구 방법은 또한 역해법. 그 핵심은 먼저 조건에 맞는 모터 라인 유형을 찾은 다음 계산과 비교를 통해 점차적으로 최적화하고 최종적으로 적합한 모터 라인 유형을 찾는 것입니다.
기존 모터라인 타입은 고정된 원의 내부와 외부에서 움직이는 원을 굴려 형성된 뼈선을 만들고, 이 뼈선을 등거리 선으로 만드는 방식이다. 모터 라인 생성 과정을 직관적이고 시각적으로 만들기 위해. 눈금자 및 나침반 그리기 소프트웨어의 기하학적 스케치패드를 사용하여 다양한 모터 라인 유형을 동적으로 생성합니다. 주로 기존 하이포사이클로이드 모터 라인 유형, 긴 폭 하이포사이클로이드 라인 유형, 짧은 폭 하이포사이클로이드 라인 유형 및 해당 등거리 라인 유형 및 일반 에피사이클로이드 라인 유형, 긴 폭 에피사이클로이드 라인 유형, 짧은 에피사이클로이드 라인 패턴 및 해당 아이소메트릭 라인 패턴이 있습니다. 생기 있는. 우선, 다양한 라인 종류의 장단점을 직관적으로 판단해보세요. 그런 다음 정성 분석에서 정량 분석까지 정량화하여 최종적으로 실제 사용 요구 사항을 충족하는 가장 합리적인 모터 라인 모양을 얻습니다.
보통 하이포사이클로이드 등거리 라인타입은 실제로 사용되는 초기 라인타입입니다. 일반 하이포사이클로이드 등거리 선 유형은 일반 하이포사이클로이드를 기반으로 한 등거리 선입니다. 아이소메트릭 선을 만드는 방법은 뼈선을 기준으로 한 점을 무작위로 선택하고, 이 점을 원의 중심으로 삼고, 지정된 길이를 반지름으로 하여 무수히 많은 원을 그리는 것입니다. 하이포사이클로이드 등각선. 일반 하이포사이클로이드의 골격선 방정식은 다음과 같이 매개변수 형태로 표현될 수 있다.
과학적인 초심공 시추 기술 계획 사전 연구 결과 보고서(제1권)
수식에서 : R은 가이드 원 반경이고, r은 롤링 원의 반경입니다. θ는 라운딩 각도입니다.
주기적인 규칙을 갖는 닫힌 하이포사이클로이드를 얻으려면 가이드 서클의 반경과 롤링 서클의 반경 사이에서 특정 요구 사항을 충족해야 합니다. 이 요구 사항은 가이드 원의 반경이 롤링 원 반경의 정수배여야 한다는 것입니다. 문제 연구의 편의를 위해 롤링 원의 반경을 1로 하고 안내 원의 반경을 N으로 가정합니다. N을 2에서 4로 취하면 얻은 일반적인 하이포사이클로이드가 그림 3.5에 표시됩니다.
그림 3.5 머리 개수가 다양한 일반적인 하이포사이클로이드 선 유형
Geometry Sketchpad는 눈금자와 나침반 그리기를 기반으로 하는 소프트웨어입니다. 이론적으로 모든 유럽 기하학적 도형은 Geometry Sketchpad를 사용하여 그릴 수 있습니다. 기하학적 스케치패드의 애니메이션, 추적 및 기타 기능은 그래픽 생성 프로세스에서 요소 간의 기하학적 관계를 더 잘 이해하고 파악할 수 있는 강력한 수단을 제공합니다.
위 그림에서 볼 수 있듯이, 위의 일반적인 하이포사이클로이드는 모두 날카로운 모서리 부분이 충분히 둥글게 처리되지 않아 모터의 회전자(또는 고정자)의 선형 형상으로 사용할 수 없습니다. 이 문제를 해결하기 위해 그림 3.6 ~ 그림 3.8과 같이 등거리 선 유형을 사용합니다. 우리는 반경이 0.5인 등거리 선을 사용합니다(특정 등거리 반경은 특별히 계산되어야 함).
그림 3.6 하이포사이클로이드 등거리 선 패턴
그림 3.7 하이포사이클로이드 등거리 선 패턴
그림 3.8 하이포사이클로이드 등거리 선 패턴
p>
위의 일련의 그림에서 일반 하이포사이클로이드의 일부 변곡점의 곡률이 너무 크다는 것을 알 수 있습니다. 과도한 곡률은 일반 하이포사이클로이드가 등거리에서 이동할 때 로터의 밀봉에 도움이 되지 않습니다. 선의 변곡점 곡률이 크게 개선되었습니다. 즉, 등거리 라인 패턴은 스크류 모터 라인 패턴에서 매우 중요한 라인 패턴이다.
회전자의 선형 모양을 결정한 후 모터 선형 모양의 기본 요구 사항에 따라 회전자의 유성 운동 매개변수만큼 회전자와 고정자 선형 모양이 서로 결합됩니다. 주어진다면 고정자의 선형 모양을 고유하게 결정할 수 있습니다. 로터의 선형 형상은 일반적인 하이포사이클로이드를 사용합니다. 로터의 운동 매개변수가 주어지면 로터의 궤적이 추적되고 파란색 곡면의 외부 윤곽은 그림 3.9에 표시된 대로 로터의 해당 요크 고정자 라인 유형입니다.
그림 3.9 로터가 유성 운동을 할 때 로터 궤적을 추적하여 얻은 고정자 선 모양
그림 3.10 기하학적 스케치 패드를 사용하여 짧은 하이포사이클로이드를 생성하는 애니메이션 스크린샷
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그림 3.11 긴 하이포사이클로이드를 생성하기 위해 기하학적 스케치패드를 사용하는 애니메이션 스크린샷
그림 3.12 긴 하이포사이클로이드 등각선을 생성하기 위해 기하학적 스케치패드를 사용하는 애니메이션 스크린샷
하이포사이클로이드 매핑을 통해 생성된 애니메이션(그림 3.10 ~ 그림 3.12)을 통해 모터 라인 유형으로는 일반 하이포사이클로이드 등거리 라인 유형과 단폭 하이포사이클로이드 등거리 라인 유형으로 하이포사이클로이드를 사용할 수 있다는 분명한 결론에 도달했습니다. . 긴 하이포사이클로이드와 등거리 선은 모터 정렬 후보로 사용할 수 없습니다.
에피사이클로이드와 하이포사이클로이드는 에피사이클로이드가 가이드 원 바깥쪽으로 둥글게 되어 있다는 점을 제외하면 비슷한 방식으로 형성됩니다. 다양한 형태의 에피사이클로이드가 그림 3.13에 나와 있습니다.
그림 3.13 긴 에피사이클로이드 유형(a), 긴 에피사이클로이드 등거리 선 유형(b), 짧은 에피사이클로이드 유형(c), 짧은 에피사이클로이드 등거리 선 유형 유형(d)
하이포사이클로이드 및 에피사이클로이드에는 고유한 장점과 단점이 있습니다. 두 가지 장점을 모두 갖기 위해 이 둘을 결합한 곡선을 채용한 것이 내부 사이클로이드 일반형과 외부 사이클로이드 일반형입니다. 내부 및 외부 사이클로이드 법선 형태는 조각별 함수입니다. 함수 그래프는 두 곡선의 중첩입니다. 함수의 방정식은 두 방정식의 중첩입니다.
울트라 딥웰 스크류 모터 라인 타입의 시각화를 통해 울트라 딥웰 스크류 모터 라인 타입을 선택하면 먼저 부분적으로 엉키거나 구조적으로 뾰족한 부분이 있는 부분을 시각적으로 제거할 수 있습니다. 각지고 불연속적인 곡선과 불충분하게 부드러운 울트라 딥 웰 스크류 모터 라인 모양이 먼저 제거됩니다.
또한 방정식을 통해 그릴 수 있는 모든 울트라 딥 웰 스크류 모터 라인 유형을 구동하여 모든 울트라 딥 웰 모터 라인 유형 곡선에 대한 특정 밀도의 데이터 포인트를 얻을 수 있습니다. MATLAB과 같은 수치 소프트웨어에서. 이러한 데이터 포인트를 기반으로 초심공 스크류 모터의 비교적 정확한 선형 곡선이 CAD 소프트웨어에 그려집니다. 또는 이러한 데이터 포인트를 사용하여 유한 요소 분석 소프트웨어 ansys에서 깊은 우물 스크류 모터의 평면 모델을 구축하고 다른 작업, 풀업 및 비틀기를 통해 마침내 현실적인 깊은 우물 스크류 모터 모델을 얻을 수 있습니다. 그런 다음 드릴링 매개변수가 주어지면 고온 및 고압 드릴링 조건을 설정하고 초심정 스크류 드릴링 도구의 핵심 구성 요소인 초심정 스크류 모터에서 초심정 드릴링 시뮬레이션을 수행합니다. 이 작업은 제한된 실제 테스트 조건에서 초심공 나사 드릴링 도구에 대한 체계적인 연구를 수행하기 위한 실용적인 수단입니다.
초깊은 우물 나사 드릴링 도구와 일반 나사 드릴링 도구의 차이점은 고온과 고압입니다. 매우 깊은 유정에서 일반 스크류 드릴링 도구의 적용을 제한하는 주요 요인은 고온입니다. 다음 장에서는 고온 조건에서 스크류 드릴링 공구의 성능과 서비스 수명에 중점을 둘 것입니다.
초심정 스크류 모터의 선형 프로파일 연구는 초심정 스크류 드릴링 도구 연구의 중요한 부분입니다. 울트라 딥 웰 스크류 모터에 대한 시각적 연구는 울트라 딥 웰 스크류 모터에 대한 선형 연구에 대한 직관적인 이미지를 제공합니다.
먼저, 울트라 딥 웰 스크류 모터의 라인 형상 연구도 이 방법을 따른다. 다음으로, 다양한 일반적인 초심정 모터 선 모양이 롤링 서클이 순수하게 롤링 서클 내부(또는 외부)에서 롤링될 때 롤링 서클 위(또는 내부 또는 외부) 지점에 의해 형성된 궤적을 시각화합니다. 고정된 원. 구현 과정에서 사이클로이드의 형성 메커니즘을 기반으로 모든 유형의 사이클로이드가 그려졌습니다. 결과를 도출함으로써 라인타입의 장단점을 직관적으로 얻을 수 있으며 이는 라인타입 선택의 기초를 제공하는 동시에 일부 사이클로이드를 사용하여 초고속 라인타입을 만들 수 없음을 알 수 있습니다. 결절로 인한 깊은 우물 나사 모터.
3.1.3 고온 및 고압 환경에서 나사 드릴링 도구에 대한 기술적 조치
(1) 미리 윤곽이 잡힌 고정자 나사 드릴링 도구
핵심 미리 윤곽이 잡힌 고정자 이 기술은 고정자 강철 본체에 미리 윤곽이 잡힌 고정자 선 모양을 처리하여 고정자 고무가 일정한 벽 두께 모양에 가까워지도록 하는 것입니다(그림 3.14 참조). 견고한 프레임을 사용하면 나사 드릴링 도구의 출력 성능이 변경됩니다.
그림 3.14 기존 고정자와 사전 윤곽이 형성된 고정자의 다이어그램
일반적으로 사전 윤곽이 잡힌 고정자 나사 드릴링 도구의 압력 지지 용량은 일반 고정자 나사 드릴링 도구보다 50%~100% 더 높습니다. 기존 나사 드릴링 도구, 표 3.4 동일한 헤드 수, 동일한 리드 및 간섭량에서 각각 0.5mm 및 0.2mm의 모터 압력 강하 벤치 테스트의 수치 비교가 제공됩니다. 표 3.4의 데이터에서 볼 수 있듯이 사전 윤곽이 잡힌 고정자 나사 드릴링 공구의 압력 베어링 값은 일반 나사 드릴링 공구의 압력 베어링 값보다 훨씬 높으며, 이는 압력을 기계 에너지로 변환하는 능력이 그보다 훨씬 크다는 것을 나타냅니다. 일반적인 나사 드릴링 도구.
표 3.4 동일한 설계 매개변수를 사용한 나사 드릴링 공구의 압력 값 비교
벤치 테스트에 따르면 동일한 설계, 동일한 길이에서 출력 토크 비율은 사전 윤곽이 잡힌 고정자 나사 드릴링 도구 기존 나사 드릴링 도구는 약 1배 증가합니다. 동시에 스크류 드릴링 공구의 효율성도 향상되었습니다.
사전 윤곽이 잡힌 오거 드릴은 히스테리시스 열의 축적을 줄이고 국부적인 가열을 방지하는 장점이 있습니다. 스크류 드릴링 공구의 고무는 고온의 진흙의 열을 흡수하면서 압력 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 과정에서 지속적으로 열을 발생시킵니다. 그 열은 꽃잎 뿌리에 집중되어 형성됩니다. 히스테리시스 열. 히스테리시스 열이 제때에 소멸되지 않으면 국부적인 가열이 발생하여 국부적인 고무 노화가 발생합니다. 미리 윤곽이 잡힌 고무 나사 드릴 공구는 동일한 벽 두께와 균일한 열 소산으로 인해 히스테리시스 열이 발생하지 않습니다. 그림 3.15는 사전 형상 고정자와 기존 고정자 사이의 온도 상승 테스트 비교 차트입니다. 사전 형상 고정자의 상대적으로 얇은 고무층이 열을 덜 발생시키고 열을 더 빨리 발산하여 히스테리시스 발생을 줄인다는 것을 보여줍니다. 열과 고정자 막힘 가능성을 줄여 스크류 드릴링 공구를 더 높은 온도에서 작동할 수 있습니다.
그림 3.15 기존 모터와 프리 프로파일 모터의 고정자 온도 상승 비교
(2) 내열성 고정자 고무
개발 측면에서 고온 방지 고정자 고무 공식, 베이징 석유 기계 공장은 획기적인 발전을 이루었습니다. 북경석유기계공장에서는 다른 물성에 영향을 주지 않고 210°C의 온도를 견딜 수 있는 고무 배합 개발에 성공했으며, 이를 기반으로 한 C5LZ172×7.0 Ⅱ-G형 고온 내성, 장수명 나사 드릴링 공구 개발에 성공했습니다. 현재 스크류 드릴링 공구는 6000m 깊이의 유정에서 성공적으로 사용되었으며 130°C 환경에서 155시간 동안 지속적으로 작업되었습니다.
매우 깊은 우물 나사 드릴링 도구에는 더 높은 온도 저항 상한이 필요합니다. 내열성이 더 높은 고무 제제를 찾아야 합니다. 먼저 일반 고무 중에서 고온에 강한 고무를 선택합니다. 일반적으로 사용되는 고무의 물리적, 기계적 특성은 표 3.5에 나와 있습니다.
표 3.5 일반적으로 사용되는 고무의 종류 및 특성
표 3.5에서 최대 사용 온도가 170°C인 니트릴 고무와 부틸 고무를 먼저 고려할 수 있으며, 지하 우물 조건에 따라 심공 굴착 과정에서 굴착 도구가 빠지는 것은 매우 시간이 많이 걸리는 작업이므로 굴착 도구가 빠지는 횟수를 줄이고 경제성을 향상시키십시오. 지하 나사 드릴링 공구의 수명은 가능한 한 길어질 수 있습니다. 이런 식으로 고온 조건에서 나사 드릴링 공구에 사용되는 병목 고무 재료는 단지 고온을 견딜 수 있는지에 대한 문제가 아니라 장기간의 작업 조건에서 견딜 수 있는 고온 정도에 대해 자세히 설명되어 있습니다. 이 아이디어에 따라 우리는 부틸 고무가 이러한 요구 사항을 충족하고 일반적으로 사용되는 경우 150°C의 고온을 견딜 수 있다는 것을 발견했습니다. 이 온도를 적절한 지층에 대응시키면 약 5000m가 되어야 합니다. 즉, 약 5000m 깊이의 깊은 우물의 경우 부틸 고무를 사용하여 이 깊이 굴착 문제를 해결할 수 있습니다.
5000~7000m의 경우 부틸고무만 사용하면 당연히 문제를 해결할 수 없습니다. 현재 스크류 드릴링 공구의 흐름 영역을 늘리고 드릴링 유체를 사용하여 바닥 구멍 온도를 낮추는 새로운 중공 스크류 모터가 있으므로 이것이 더 나은 선택일 수 있습니다. 스크류 모터 라이닝 재료를 부틸 고무로 변경하고 스크류 모터 로터를 속이 비게 만듭니다. 약 6000m의 나사 드릴링 도구의 드릴링 문제를 해결할 수 있습니다.
불소고무는 내열성, 내산화성, 내유성, 내화학성이 뛰어나 현대 항공우주, 미사일, 로켓 등 첨단 기술 분야 및 기타 산업에 적합한 특수 엘라스토머입니다. 표 3.6에서 볼 수 있듯이 불소고무를 사용하면 나사 천공 공구의 실제 우물 깊이를 더욱 늘릴 수 있지만 구멍 깊이 12,000m에는 여전히 일정한 간격이 있습니다.
표 3.6 불소 고무의 주요 특성
(3) 세라믹 베어링
구동축에 세라믹 베어링을 적용합니다. 세라믹 볼 베어링은 방위 산업의 열악한 환경에서 조정, 고하중, 저온 및 무윤활 작업 조건을 위해 개발되었으며, 이는 새로운 재료, 새로운 프로세스 및 새로운 구조의 완벽한 조합입니다. 이를 민간 기술로 전환하면 세라믹 베어링은 현재 정밀, 중속 및 모든 강철 베어링의 모든 응용 분야를 완전히 포괄할 수 있습니다. 세라믹 베어링의 성능-가격 비율은 전체 강철 베어링보다 훨씬 뛰어나며, 수명은 현재 베어링보다 3배 이상 길어질 수 있습니다. 베어링강의 성능과 비교하여 자중이 베어링강의 30~40%로 원심력에 의한 이동체 하중 증가 및 미끄러짐을 줄일 수 있습니다. 내마모성으로 인해 회전 속도가 베어링강의 1.3~1.5배에 달해 고속 회전으로 인한 홈 표면의 손상을 줄일 수 있습니다. 탄성계수는 베어링강의 1.5배이며, 응력하에서의 탄성이 작아 고하중으로 인한 변형을 줄일 수 있습니다.
경도는 베어링강의 1배로 마모를 줄일 수 있습니다. 압축 저항은 베어링강의 5~7배입니다. 열팽창계수는 베어링강보다 20% 적습니다. 마찰 계수는 베어링 강철의 30% 미만으로 마찰로 인해 발생하는 열을 줄이고 고온으로 인한 베어링의 조기 박리 실패를 줄일 수 있습니다. 인장강도와 굽힘저항은 금속과 동일합니다.
세라믹 베어링은 내열성, 내한성, 내마모성, 내식성, 항자성, 절연성, 무급유 자기 윤활성, 고속성 등의 특성을 갖고 있어 나사 드릴링에 적용하고 있다. 도구는 샤프트 성능과 서비스 수명을 크게 향상시킵니다. 유니버셜 샤프트, 모터 스테이터, 로터도 스크류 드릴링 공구의 손상되기 쉬운 부품입니다. 현재 로터는 강철로 만들어져 있기 때문에 드릴링 중에 로터 무게의 대부분이 유니버셜 샤프트와 스테이터의 플라스틱 부분에 눌려집니다. , 유니버셜 샤프트, 스테이터를 만드는 플라스틱은 너무 많은 압력을 견디고 로터와 유니버셜 샤프트가 진흙에 젖고 로터도 쉽게 부식됩니다.
(4) 알루미늄 합금 로터
알루미늄 합금은 알루미늄을 기반으로 하는 일반적인 용어를 의미합니다. 주요 합금원소는 구리, 규소, 마그네슘, 아연, 망간이며, 2차 합금원소는 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 리튬 등이다. 알루미늄 합금은 밀도가 낮지만 강도가 비교적 높아 고품질 강철에 가깝거나 우수한 가소성을 가지며 다양한 프로파일로 가공할 수 있으며 우수한 전기 전도성, 열 전도성 및 내식성을 가지고 있어 산업 분야에서 널리 사용됩니다. , 그 용도는 강철에 이어 두 번째입니다. 일부 알루미늄 합금은 열처리를 통해 우수한 기계적 특성, 물리적 특성 및 내식성을 얻을 수 있습니다. 다양한 브랜드의 알루미늄 합금은 용도가 다릅니다. 스크류 드릴링 공구의 모델 및 용도에 따라 모터 로터(표면은 크롬 도금)로 적절한 알루미늄 합금 재료를 선택하면 로터의 무게를 효과적으로 줄이고 충격을 줄일 수 있습니다. 고정자 플라스틱 및 카르단 샤프트 압력은 로터의 내식성을 향상시켜 스크류 드릴 모터 및 카르단 샤프트의 수명을 증가시킵니다.
(5) 고강도 연결 스레드
API 스레드는 일반적으로 과거에 설계된 나사 드릴링 도구에 대한 첫 번째 선택입니다. 유일한 차이점은 스레드의 테이퍼를 변경하는 것입니다. 그러나 드릴링 깊이가 증가함에 따라 드릴링 공구는 안전을 위한 조임 토크가 점점 더 커지고 있습니다. 원래의 나사 조임 토크, 밀봉 성능 및 사용된 재료는 새로운 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 나사 및 재료의 설계 및 선택을 재고해야 합니다. . 매우 깊은 유정에서 스크류 드릴링 도구의 나사산 트립은 스크류 드릴링 도구가 최대 토크를 출력할 때 발생할 가능성이 가장 높습니다. 매우 깊은 유정에서 스크류 드릴링 도구의 트립 사고를 방지하려면 드릴러가 드릴을 원활하게 전달해야 합니다. 바닥 구멍 압력의 변화에 세심한 주의를 기울이고 항상 깊은 우물 나사 드릴링 도구의 드릴링 프로세스를 안정적으로 유지하여 매우 깊은 우물 나사 드릴링 도구가 회전할 때 생성되는 역 토크가 최소 나사 트리핑 토크보다 작도록 합니다. .