井下动力钻具

井下动力钻具

2007-07-27 16:19:37| 分类：Drilling | 标签：directional drilling |字号订阅

井下动力钻具是定向井，水平井的必备工具。开始人们用它配合弯接头进行定向作业，和扭方位做业。目前已发展到配合高效能钻头连续钻进。

井下动力钻具最早使用的是涡轮钻具，大约70年代末和80年代初我国开始引进美国的耐维钻具（NaVil Drill）和代钠钻具（DiNa Drill），进而引进了生产线。经过我国科技人员的研究和改造，已形成具有我国特色的螺杆钻具，目前，已有很多品种和系列，能够满足不同钻井工作的需要。

一，螺杆钻具的组成

螺杆钻具有四大部分组成，他们是旁通阀，马达总成，万向轴和传动轴总成，下面分别介绍

1，旁通阀

旁通阀安装在螺杆钻具的最上端，它的作用是下钻过程中，允许钻井液从环空流入钻具内，起钻过程中允许钻井液从钻具内流入环空。钻进过程中旁通阀是关闭的。

旁通阀的打开和关闭靠的是内部的活塞移动，循环时，钻井液流经活塞，由于流道的变化，在活塞上产生一定的压降，这个压降推动活塞下移，进而关闭旁通阀。停止循环后，活塞处于自由状态，弹簧推动活塞上移，旁通阀打开。

2，马达总成

马达总成包括转子和定子两部分：

（1），转子是一根加工成螺旋形的钢轴，转子的上端是自由的，其下端与万向轴相连。

单头马达转子的轴截面是圆的，整个转子象一个拉直的弹簧是螺旋状的。多头马达转子的轴截面是梅花瓣形的，有几个梅花瓣就称为几头。目前见到最多的是九头。

（2），定子内是一个模压成型的橡胶套筒，它的内部是螺旋通道，包容转子。橡胶套筒固定在马达的钢制本体上一起成为定子。单头马达定子的橡胶套筒截面是长圆型的（两头是半圆，中间是长方形），多头马达定子的橡胶套筒截面也是梅花瓣形的，但它比与之配合的转子多一个梅花瓣，就是通常说的多一个头。

当转子装入定子后，这两个零件的几何形状的差异形成了一系列空腔。当钻井液在泵的驱动下通过马达时，它流经转子与定子间的空腔，推动转子旋转。

单头马达的转速很高，多头马达的转速低，但多头马达的扭矩大，单头马达的扭矩小。

3，万向轴

由于马达的转子工作时做的是偏心旋转运动，而传动轴总成工作时做的时同心运动，要把这两个部件的运动联合起来，就需要万向轴接头。螺杆钻具的万向轴采用的是两个万向接头组成一个万向轴。

4，传动轴总成

传动轴总成的作用是将马达转子的能量传给钻头，通过外壳与定子相连控制钻头的钻进方向。

传动轴总成是螺杆钻具中最要害的部位，因为传动轴总成内的轴承常常决定螺杆钻具的工作寿命，轴承组合的功能主要有以下两个。

（1），把轴向载荷传递到钻头上，这是通过止推轴承实现的，止推轴承由钢球和包容钢球的弹性承载滚道组成。为了提高螺杆钻具的轴向承载能力，采用的是多组止推轴承。

（2），使传动轴居中，以确保主轴平稳运转。这是通过使用径向轴承实现的。径向轴承是用弹性合成材料制成的套筒型轴承。在传动轴总成中，通常装有两个径向轴承，称为上径向轴承和下径向轴承。轴向轴承装在上下径向轴承之间。上径向轴承兼做限流器，控制一定的钻井液流过，就是靠这些少量的钻井液来润滑径向轴承和轴向轴承的，这就是为什么使用螺杆钻具时要求钻井液的含砂量越小越好。

二，螺杆钻具型号的表示方法

新出厂的螺杆钻具它的型号都喷在定子上，这里以大港螺杆钻具标牌为主介绍如下：

G：代表高温定子

K：代表可调弯壳体

S：代表水平井专用

0：代表空心转子

1：代表改进型

2：代表短马达（挠轴）

3：代表单弯壳体

4：代表双弯壳体或弯接头

5: 代表扶正器

6：代表扶正器加单弯壳体

7：代表扶正器加双弯壳体或加弯接头

C：径向轴承是船用橡胶轴承

Y：径向轴承是硬质合金轴承

J：径向轴承是CC合金轴承

钻头最大水眼压降（Mpa）

钻具的外径尺寸（mm）

螺杆钻具的标志

马达转子头数（单头省略）

三，螺杆钻具的现场使用

1，地面检查

钻具下井前，应在钻台上按下述方法进行试验：

a．用提升短节将螺杆钻具提起坐入转盘卡瓦内，卡好安全卡瓦后携去提升短节。

b．检查旁通阀：用木棒下压旁通阀阀芯，从上部注满水，此时旁通阀应不漏，水面无明显下降，然后松开阀芯，阀芯能自动复位，部分水从旁通阀筛网中流出，这说明旁通阀完好，转子和定子的配合也完好。

c．接上方钻杆，卸去安全卡瓦，提出卡瓦，下放钻具式旁通阀筛孔处于转盘下易于观察的位置。

d。开泵：逐渐提高排量直到旁通阀关闭、马达启动为止，记下此排量（马达的最小工作排量）。不停泵上提钻具至能看见驱动接头（主轴）转动为止，观察钻具的运转情况，此时，应有少量的钻井液从驱动接头和压紧短节间隙流出。增大排量至本井准备使用排量（推荐排量内），记录下排量和泵压。停泵前应将旁通阀筛孔位于转盘以下，停泵后片刻钻井液应从旁通阀筛网流出。

e。检查轴承间隙，待钻井液从钻具中全部流出后将螺杆钻具提出转盘面检查轴承间隙。通过将螺杆钻具提起和立着压在转盘上来测量驱动短节的上下移动值，若该值超过制造厂家所推荐的最大许用值时，应更换轴承。

2，钻具下井

a．下放钻具及其组合应小心地控制下放速度，以防撞到砂桥、井壁台阶和套管鞋上使钻具损坏。下钻遇阻，应开泵循环，慢慢地转动钻具划眼通过。

b。对于深井和高温井，在下钻过程中要分段循环钻井液，这样可以防止钻具堵塞，或因高温造成对定子的损坏。

c。不可顿钻和将钻具座入井底。

3，启动和钻进

a．钻具下到预先计划的井深位置，可以开泵循环，开始的排量要小，逐渐增大至准备使用排量，此时的循环泵压（又称离井底泵压）应等于地面实验泵压加上循环压耗。

b。钻进：螺杆钻具是一种容积式马达，它的特性之一，马达所产生的扭矩与马达两端所产生的压力降成正比，钻头钻进时，随着钻压的升高，工作扭矩的增大，马达两端的压力降液成正比例的增加，循环系统压力表能反映出该压力的增值。通过监视地面立管压力，便可以判断钻头的钻压；

钻进时的立管压力=循环泵压+钻具钻压压力降

送钻要均匀，严禁钻压大幅度变化，如遇泵压突然上升很多，是螺杆钻具被压死，应立即停泵，然后上提钻具重新启动。

4，起钻

螺杆钻具正常时起钻与常规起钻相同，如出现钻杆内钻井液满管，是旁通阀未打开，此时应及时向环空灌满钻井液，上下活动钻具，打开旁通阀。

四，螺杆钻具的故障分析与排除

使用任何一种井下工具，总会出现一些影响工具使用的问题，在使用螺杆钻具时，注意观察立管压力的变化，可发现和判断钻进过程中出现的许多问题。正确分析和采取适当的措施，往往可节省起、下钻所耗费的时间和费用。

1，钻进时地面压力突然升高通常表示马达制动停转，如果马达处于制动状态，钻井液在高压下强行通过转子和定子间的空隙，对定子产生严重的刺坏，时间稍长，就会破坏转子和定子间的正常密封，造成马达失效。如果发现这种情况，必须立即停泵，上提钻具使钻头处于自由状态。