涡轮增压器的设计过程？

（1）控制单元检测到气压力低于规定值时，控制单元断开释放电磁阀的负极，电磁阀关闭。由涡轮增压器出口引入的进气压力进入驱动气室，关闭旁通排气道，排入的废气进入驱动气室，使进气增压。

（2）控制单元检测到进气压力高于规定值时，就是相反.......

3.3.1 超深孔涡轮钻具适应性研究

（1）涡轮钻具选用建议

对于目标井深为13000m的超深井，终孔直径≥152mm，最高井底温度预计在400℃以下，压力在150MPa左右，国内高温高压井主要集中在南海北部大陆架边缘的莺琼盆地、西南部的四川盆地，塔里木盆地，以及其他地区，但万米超深井的具体孔中温度状况与深部钻探选址有关，也与地层特性有关。

涡轮钻具是全金属部件，是目前能适应高温井施工唯一的动力钻具，从工作特性方面考虑，螺杆钻具属于容积式涡轮钻具，比较适合于钻井作业，因此，建议涡轮钻具只是在较深的井段，或者高温井段使用，可在8000m～10000m以深选用涡轮钻具。

涡轮钻具的规格，根据钻井井深结构设计和钻头大小进行选择，确定10000m以深使用涡轮钻具，根据万米深孔初步的井深设计情况，选择相应的钻头直径，并在此基础上选择的涡轮钻具规格与钻头的匹配关系如表3.8所示。

表3.8 涡轮钻具与钻头的匹配关系

涡轮钻具技术目前最先进的是美国和俄罗斯的涡轮钻具，国产涡轮钻具总体技术水平与国外还有一段差距，关键部件（如减速器、平衡装置）的设计、制造，以及可靠性与国外相比，还有不少差距，建议我国以万米深孔为契机，研究适合我国超深孔钻探需要的涡轮钻具，研究目标主要以168mm和127mm的涡轮钻具为主。如需选用国外产品，则可选择美国Smith和俄罗斯NGT的涡轮钻具，具有比较好的可靠性。另外，具体型号的选择应该结合钻头参数相匹配进行选择。

（2）叶型设计与优化技术

涡轮定子、转子的曲线形状是涡轮钻具最关键的技术，不同的叶型具有不同的水力性能，叶片的形状对与其制造成型也十分关键。通过叶片形状的优化设计、制造工艺的优化设计解决小直径带来的功率急剧下降的难题。

涡轮叶栅的叶型设计是涡轮钻具水力设计和开发的关键技术，通过流场的优化设计，以达到涡轮叶片水力效率的最大化。在涡轮叶片型线设计中，叶片断面形状的设计最重要，不同叶片型线具有不同水力性能，对涡轮钻具性能影响很大。涡轮钻具的水力设计方法主要包括涡轮钻具水力性能设计的理论方法、计算机建模与仿真，以及水力性能的实验分析3个方面，目前，本实验室已经编写了水力部件设计程序，完成了外径为127mm的涡轮钻具水力部件设计，并开始进行制造，同时，正开展涡轮叶片相关仿真研究。

（3）减速器设计技术

涡轮钻具减速器形式多样，其中常用的行星齿轮减速器主要由行星齿轮、止推轴承、密封系统等组成，其作用是降低马达的转速、增加扭矩，与钻头匹配。在有限井下动力钻具空间内，设计新型、稳定、可靠的减速器满足涡轮钻具与涡轮钻井工艺要求。解决转速高、扭矩小的难题。本实验室分别完成了行星齿轮减速器和少齿差减速器的设计，见图3.16。

图3.16 减速器三维图

（4）长寿命高可靠轴承技术

轴承是涡轮钻具中最薄弱的环节，轴向轴承支撑涡轮部件，承受轴向力；径向轴承则承受径向力，保证部件同心。超深井钻探中，长寿命的涡轮钻具专用轴承可减少辅助 *** 作时间（图3.17）。

图3.17 设计的常规扶正轴承

设计主要从改善轴承的受力条件，提高轴承使用寿命，受力条件恶劣是轴向轴承损坏的主要原因，以及优选材料与结构，提高轴承本身强度和耐研磨能力。目前，实验室已经完成了扶正轴承设计，下一步开始开展PDC止推轴承设计，PDC止推轴承具有较高的耐研磨能力，可以在超高温下进行 *** 作，并能承受较大的轴向载荷；同时，PDC材质具有较小的摩擦系数，不受钻井中存在的化学物质的影响。

3.3.2 涡轮配套钻井技术研究

涡轮钻具的一个重要特性是转速较高，一般空转转速达600～1200r/min，超深井在较深井段一般为较硬的结晶岩，在此硬塑性难钻地层中采用涡轮钻具配合孕镶金刚石钻头以犁削方式破碎岩石，在钻极硬的粗晶粒地层时表现为磨削破岩，高转速强化钻井大大提高了深井机械钻速，降低钻井综合成本。

全面钻进时，五开采用钟摆钻具+184mm涡轮马达驱动+269.9mm牙轮钻头进行10000～8000m施工，六开采用钟摆钻具+168mm涡轮马达驱动+215.9mm牙轮钻头进行13000～10000m施工，并备用钟摆钻具+127mm涡轮马达驱动+165.1mm牙轮钻头进行13000～10000m施工。

取心钻进时，五开采用184mm涡轮马达驱动+269.9mm孕镶金刚石钻头进行10000～8000m施工，六开采用168mm涡轮马达驱动+215.9mm孕镶金刚石钻头进行13000～10000m施工，并备用127mm涡轮马达驱动+165.1mm孕镶金刚石钻头进行13000～10000m施工。

万米超深井较深井段施工时，全面钻进用牙轮钻头配合涡轮钻具钻进，取心钻进用孕镶金刚石钻头配合涡轮钻具钻进，如经费允许，建议全部改成孕镶金刚石钻头配合涡轮钻具钻进，虽钻头增加了成本，但减少了综合成本，总体可取，但特别重要的是应该根据地层选择配合钻头，再根据钻头使用条件配合选择相应的涡轮钻具，以发挥涡轮钻具的最大功效。

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