大排量喷射马达关键结构优化与海试应用

张锐尧（中石化江钻石油机械股份有限公司）

摘要：为了解决深水钻井大排量条件下喷射马达关键部件易产生冲蚀磨损而引起刺漏、断裂风险的问题，重点针对防掉结构和TC径向轴承等关键部件的冲蚀失效问题进行系统研究，提出了类双曲线形防掉结构和无沟槽均匀导流式TC结构的优化方案。耦合Realizable湍流模型和DPM离散相模型，建立了防掉结构和TC结构的冲蚀磨损仿真模型，对比研究了入口流量为36～95 L/s条件下结构优化前后的内部流体流速、冲蚀速率和冲蚀区域分布规律，明确了防掉杆出现表面大范围冲蚀剥落、TC动套出现刺漏以及轴头出现凹坑状冲蚀的失效原因，同时对匹配优化结构的喷射马达在水深2 000 m以深YL10-6-4和YL5-1-1这2口井进行了应用测试。应用结果表明：类双曲线形流道结构降低了流体在转向时的湍流程度，且冲蚀区域从原防掉台阶面转变为出口附近壁面区域，流速峰值比原结构最高下降57%；无沟槽均匀导流式TC结构的速度峰值下降约77%，冲蚀区域也由原来的区域分布变为点状分布；喷射马达海试累计运行34. 34 h，防掉杆无大范围表面冲蚀、TC结构无刺漏且轴头处未出现冲蚀坑，测试结果论证了优化结构的可靠性。研究成果可为喷射马达防冲蚀性能提升和海试应用研究提供参考。

关键词：深水钻井；喷射马达；冲蚀磨损；防掉结构；TC轴承；海试应用