螺杆钻具马达砂卡原因分析及预防措施_王荣教

螺杆钻具马达砂卡原因分析及预防措施
王荣教1 , 李日光2 , 何 刚1 , 汪学忠1
(1.长庆石油勘探局 钻井一公司 , 陕 西 甘泉 716100;2.兰州石油机械研究所 油田设备部 , 甘肃 兰州 730050)
摘要 :在钻井施工作业中 , 螺杆钻具常因砂卡导致螺杆马达工作失效 , 导致螺杆钻具报废 , 严重 影响了正常钻井作
社 , 1993.66-143.
业 。 现文结合螺杆钻具结构原理及钻井作业过程 , 分析了 砂卡原因 。 提出了预防砂卡的措施 。
关键词 :螺杆钻具 ;结构 ;原理 ;分析 ;预防措施 中图分类号 :T E921.202 文献标识码 :B
Failure analysis and precaution measures of sand jamming for screw drill motors
4) 做好清理井底工作 。注意不可顿钻 , 螺杆 钻具在接近井底 时 , 应开 泵对井底进行循 环清理 。 因为井底堆积物或沉积的岩屑不仅影响正常钻井转 速或造斜 , 也是螺杆马达砂卡的潜在因素 。如果螺 杆钻具已处于井底位置 , 必须先提起 0.3 ～ 0.6 m , 然后开动钻井泵用钻井液对井底进行循环清理 。
WA NG Rong-jiao1 , LI Ri-guang2 HE Gang1 , WAN G Xue-zhong1
(1 .N O .1 Drilling Engineering Company , Changqing Petroleum Exploration Bureau , Ganquan 716100 , China ;
2 .Department of Oil Field Equipment , Lanz hou Petroleum Machinery Research I nstitute , Lanzhou 730050, China)
Abstract :During drilling process , screw drill mo tor sometimes doesn' t work properly or even seriously damaged because of sand jamming .It affects seriously drilling operat ion .According t o the st ructure principle and drilling operation process of drill mo rtors , this paper gives t he reason and precaution measures of for sand jamming . Key words:screw drill mo tor ;structure ;principle ;analysis;precaut ion measures
王荣教 , 等 :螺杆钻具马达砂卡原因分析及预防措施
达 、万向轴 、传动轴 4 部分组成 。 1.1 旁通阀总成
旁通阀总成有旁通和关闭 2 个位置 。在钻井起 下钻作业过程中处于旁通位置 , 使钻柱中钻井液循 环不经过螺杆马达由旁通孔进入井眼环空 , 防止起 下钻上卸螺纹作业时泥浆飞溅 。当钻井液流量和压 力达到标准设定值时 , 阀芯下移 , 旁通阀处于关闭位 置 。 钻井液流经马达 , 螺杆钻具开始工作 。 1.2 马达总成
措施 , 对提高螺杆钻具的使用寿命 , 提高钻井速度 , 降低钻井成本具有重要的意义 。
1 结构原理
螺杆钻具是一种液力机械 , 它是将流体的能量 转变为机械能的装置 。 螺杆钻具主要由旁通阀 、马
型号 IHF250-200-315 吸入口径 250 mm
输入转速 1 480 r/ min 排出口径 200 mm
万向轴总成由万向轴和万向轴壳体组成 。万向 轴壳体是马达与传动轴中间的连接体 , 万向轴可将 马达转子的行星运动转变为传动轴的定轴转动 , 将 马达产生的扭矩及转速传给传动轴至钻头 。 1.4 传动轴总成
传动轴的作用是将马达的旋转运动传 递给钻 头 , 同时承受钻压和螺杆马达转子所产生的轴向和 径向负荷 。
1 .9
8 .6
连续运转 70 min
转速 n/ r·min -1 瞬流 q/ m3·h -1
备注
1 #螺杆泵
98 0
1 .60
连续运转 30 min
2 #螺杆泵
1 250
2 .02
连续运转 40 min
通过上井酸化压裂施工证明 , 该车的参数和性 能均达到了设计及施工要求 。
收稿日期 :2002-06-28 作者简介 :王荣教(1970-), 男 , 甘肃镇原人 , 工程师 , 1994 年毕业于西南石 油学院石油 工程系 , 从事石 油钻井工具 研究 、应 用和管理 。
3 矿场工业试验
该车通过试验后 , 2002-08 在新疆克拉码依油
田进行工业性试验 , 试验结果如表 1 。
表 1 离心泵及 2 台螺杆泵满负荷试验
发动机转速 1 900 r/ min
汽车挡位 Ⅵ
发电机电压 390 V
发电机频率 48 Hz
离心泵
压力 p/ kP a 排量 Q/ m3·h -1 备 注
囊1鼻心曩置2囊簟棒舞一点番斌发动机椿薄1900r口弧度电机电压390v汽车挡位h发电机颤率48hzjt6m压119dkfa矩絮岫转建hr?min漶口m?h1秆幕980160z杆幕1250202t备注连续运转70min1备注连续运转30rain连续运转40win通过上井酸化压裂施工证明该车的参数和性能均迭列了设计及施工要求
2 螺杆钻具钻井作业过程
根据井眼的钻井作业计划 , 通常根据钻井任务 结合地层结构 、井眼孔径 、深度和机械转速 , 选定螺 杆钻具及组合方案 , 使用螺杆钻具完成所需的钻井 作业 。
螺杆钻具选定后 , 下井作业前进行必要的地面 检查 。目的是看钻头是否旋转 , 停开钻井泵时 , 旁通 阀是否打开和关闭 。 检查正确无误后 , 按钻具组合 , 依次接入弯接头 、无磁钻铤 、稳定器及钻杆下入井眼 准备作 业 。 开 动螺 杆 钻具 前 , 将 钻具 提升 0 .3 ～ 0.6 m 。开动钻井泵 , 清理井底堆积物 。 同时校正钻 井泵压力值 , 以备司钻了解钻具的工作情况 。 由泥 浆泵泵出的钻井液依次经立根 、水龙头 、方钻杆 、进 入钻杆 、钻铤 、无磁钻铤 、螺杆钻具马达 、钻头水眼进 入环空而返回地面 。
3 螺杆钻具砂卡原因分析
根据笔者多次上井服务观察与操作人 员的交 流 , 螺杆钻具砂卡通常发生在螺杆钻具下井作业 1
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～ 2 h 之间。现场调查表明, 钻井作业人员均按操 作规程使用螺杆钻具 。 而且对钻井液所含的硬颗粒 物进行泥浆净化处理(≤1 %)。 拆检失效螺杆钻具 , 发现传动轴水眼和万向轴 、马达 、旁通阀总成容腔内 均积有不规则的砂积物 , 尤其在旁通阀与马达联接 处容腔内积聚有大量沉砂 , 直径最大有 8 mm 。这 些砂积物甚至充满了马达定转子容腔 。由上述螺杆 钻具结构原理可知 , 螺杆马达是容积式液压马达 , 只 有当定量流体通过液马达容腔时 , 螺杆钻具才能正 常工作 。 因此 , 马达容腔内的砂积物是造成螺杆钻 具不能正常工作的主要原因 。
从发生砂卡失效螺杆钻具的使用时间上看 , 螺 杆钻具内部积砂是在钻具下井过程中产生的 。 其主 要原因是钻具下放速度过快 , 井眼环空中的流体迫 使螺杆钻具马达反转 , 尤其当螺杆钻具通过复杂地 层 、过砂桥等井段时 , 井眼中的沉砂随流体“倒灌”进 螺杆钻具内各容腔 。这是螺杆钻具内部积砂的主要 原因 。
马达总成由定子和转子组成 。 定子是在钢管内 壁上压注橡胶衬套而成 , 转子是一根表面镀有硬铬 层的螺杆 。定子头数比转子多 1 。 当具有一定能量 的液体通过马达定转子组成的各密封腔时 , 转子受 液体推动沿定子内壁行星运动 , 完成能量转换 。 因 此 , 螺杆马达实际上是一种容积式液力马达 。 1 .3 万向轴总成
额定流量 600 m3/ h 自吸高度
5m
ห้องสมุดไป่ตู้
扬程 32 m 效率
73 %
2 .4 螺杆泵
型号 GF 15-2-1 .1T 排量 0 .05 ～ 0 .9 m3/ h
排出压力 1 .2 M Pa 转速 125 ～ 1 230 r/min
配套电机型号 YCT 132-4A/ 1 .1kW
4 预防措施
1) 要求现场操作人员不仅能熟悉螺杆钻具结 构原理和使用参数 , 而且能选好 、用好 、维护好钻具 。
2) 操作人员下放钻具时 , 应控制下放速度以 防螺杆 马达反转 。 建议下 放速度不 应大于 20 m/ min 。
3) 下钻过程中要周期性地开钻井泵循环钻井 液 。尤其在螺杆钻具通过某些复杂地层 、过砂桥 、井 眼台阶 、套管鞋这样的井段时 , 应周期性地开泵中途 循环 。这样既可以防止螺杆钻具马达砂卡 , 又可以 防止钻具组合卡钻 。
随着钻井工艺的发展和钻井技术水平的不断完 善 , 螺杆钻具在定向井 、丛式井和水平井作业中得到 了较广泛的应用 , 现已成为造斜 、侧钻及扭方位等钻 井作业的主要井底动力工具 。 现场调查表明 , 马达 砂卡事故 的螺杆钻 具数量 约占总 修理量 的 20 %。 因此 , 弄清螺杆钻具砂卡的主要原因 , 采取相应预防
5) 做好螺杆钻具作业完后钻具内部泥浆的清 理工作 。 螺杆钻具定向作业完后 , 提出地面使旁通 阀露出钻台 , 然后往旁通阀内注入清水冲洗旁通阀 及钻具内部 。清洗完后 , 提起钻具 , 顺时针转动钻具 的传动轴接头处数圈 , 钻具内液体自然流出 。
参考文献 : [ 1] 万帮 烈 .单 螺杆 水力 机械[ M] .东营 :石油 大学 出 版
2003 年 第 32 卷 石 油 矿 场 机 械 第 2 期 第 46 页 OIL FIELD EQUIPMENT 2003, 32(2):46～ 47
文章编号 :1001-3842(2003)02-0046-02