目前,随着深部钻探计划的实施,定向钻探技术的应用越来越广泛,各种定向孔、水平孔,以及具有一定顶角的倾斜孔越来越多,钻孔深度也越来越大。钻孔深度的增加必将导致孔底温度的增加,按照正常的平均地温梯度(3/100 m)计算,当钻至3000-5000 m深孔孔底时,其底部温度高达170左右,在地温梯度异常的地区,深孔孔底的温度将会更高。螺杆钻具作为一种孔底动力工具,直接承受着深孔孔底高温环境的影响,但是由于螺杆钻具的特殊结构,高温环境将会极大地影响构成其定子部分的橡胶衬套,使其严重膨胀,同时,金属材质的螺杆钻具在高温情况下也会产生微小的变化,这些变化将会导致螺杆钻具的工作性能发生极大地改变,从而使其输出功率急剧降低,使用寿命迅速变短,甚至直接损坏。为了改善螺杆钻具在深孔孔底高温环境中的工作性能,提高其输出功率,并延长其使用寿命,需要通过试验装置采集螺杆钻具在高温情况下的性能参数,本文对此展开研究:第一章阐述了课题研究的背景及意义,并对国内外试验装置的研究现状做出了文献调研,提出了课题研究的内容及方法;第二章分析了螺杆钻具各项性能参数之间相互影响的关系,确定了试验装置的检测参数项及其量程范围,并以此对试验装置进行了总体结构设计;第三章则根据试验装置的技术参数指标选取了相应的传感器,并介绍了各种传感器的工作原理及其功能;第四章在传统试验装置的基础上专门设计了高温温度场模拟功能模块,分别从高温温度场模拟方法、热传导介质选取以及热传导方式、模拟温度的电路控制和自动调节、保温隔热材料的选择、保温层厚度的确定等方面对高温系统进行了完整的设计。同时运用ANSYS Workbench对高温系统的径向温度分布进行了有限元分析,计算得出50 min时高温系统的径向温度场分布,钻具工作环境温度成功达到了202.32,通过软件模拟的方法验证了高温系统的可行性和可靠性;第五章是实验室试验,主要测试了该试验装置及其高温系统的可靠性。结果表明高温系统升温至205用时55 min,与有限元分析计算结果基本一致,验证了高温系统的可靠性。同时,通过调节泥浆泵的不同档位测试了该试验装置的各大功能模块,分别检测了不同流量下螺杆钻具的出入口压力和流量、输出转速、输出扭矩和输出功率等性能参数,结果表明试验装置的各大系统全部工作正常,验证了试验装置的可靠性。本文研究的模拟高温温度场螺杆钻具性能参数检测试验装置采用正向检测试验原理进行设计和研制,在传统的螺杆钻具性能检测试验装置的基础上增加了高温温度场模拟功能模块,与目前大多数采用逆向检测试验原理进行设计和研制并且只能够实现常温情况下螺杆钻具性能检测试验的,结构简单、功能有限的试验装置相比,本文研究的试验装置与当下的深部钻探孔底高温情况联系紧密,可以在地表模拟螺杆钻具位于深孔孔底高温环境中的实际工况,为螺杆钻具的性能检测试验提供了所需要的高温环境条件,完成了模拟螺杆钻具在深孔孔底作业时的高温环境要求,所测得的性能参数真实准确,基本可以直接反映出螺杆钻具的工作性能。