螺杆钻具

螺杆钻具的使用方法与故障分析

螺杆钻具是油水井修井中常用的一种钻铣工具，它是以液体压力为动力，驱动井下钻具旋转的工具，可以用来进行钻进、磨铣、侧钻等作业。，由于它一方面对洗井液的要求比较高，另一方面我们在现场施工时，由于操作不当很容易造成螺杆钻具的损坏，这样既影响施工进度，又增加作业费用。为了提高螺杆钻具的使用率，就其原理、操作方法及故障分析做一简单阐述。

一、螺杆钻具的结构

螺杆钻主要由上接头、旁通阀、定子、转子、过水接头、轴承总成及下接头组成。

1、旁通阀的结构与作用

（1）结构：旁通阀主要由本体、阀套、阀芯、弹簧、弹簧挡圈、丝堵、筛板等组成。（2）作用：a、防止下钻或接单根时因环形空间液体密度较大，液体倒流到钻具内，造成转子倒转及松扣现象。b、防止含钻屑的洗井液进入定子腔内卡死钻具。c、防止钻具内的意外井喷。d、起钻时可泄出钻柱内的洗井液。

2、马达总成的结构与作用

（1）结构：马达总成由定子和转子组成。定子是经过精加工的钢筒内硫化一层具有双头或多头螺旋腔的刚体橡胶套。转子是一根单头或多头螺旋钢轴，用合金钢加工成形后，表面镀一层有利于防腐和耐磨的硬铬，并通过镀铬来控制定子和转子的配合间隙。

（2）作用：以泥浆泵泵入的修井液的液压能驱动转子转动，为钻头破碎岩石提供旋转机械能。马达总成是螺杆钻具的动力源。

3、传动轴总成

传动轴总成是螺杆钻具的重要部件之一，它的寿命决定了螺杆钻具总体寿命。传动轴总成用于传递钻压、扭矩和修井液。

二、螺杆钻具的工作原理

螺杆钻具通过转子和定子将高压液体的能量转变成机械能。当高压液体通过钻具内孔进入钻具后，阀球被推动下移，关闭旁通阀，从而进入转子与定子形成的各个密封腔。液体在各腔中的压力差推动转子沿定子的螺旋通道滚动。转子在沿自身的轴线转动的同时，还绕与转子轴线平行，并与之有一偏差心距e的定子中心线公转。这就是所谓的螺杆钻具的行星传动原理。由于转子和定子都采用螺旋线，因而转子绕定子轴线作逆时针转动，并以自身轴线作顺时针转动去带动钻具旋转。

三、螺杆钻具的使用方法

1、钻具配合

在套管内钻塞时自上而下钻具配合为：钻塞工具+螺杆钻具+提升短节+缓冲短节+井下过滤器+提升短节+油管钻柱

2、井眼及钻具的准备

（1）井眼畅通，保证螺杆钻具顺利下入井底。

（2）处理好洗井液。洗井液要求用清水或无固相（低固相）液体。机械杂质含量不大于0.5﹪，颗粒直径不大于0.3mm。

（3）用油管通井规对所用油管进形通径，防止钻具水眼中的杂物堵塞螺杆钻具或钻头水眼；

3、入井检查

（1）检查螺杆钻旁通阀活塞是否灵活；

（2）开泵。先小排量，然后逐渐增大到正常排量检查旁通阀是否关闭，芯轴转动是否灵活。（3）上提钻具检查旁通阀关闭情况，一切正常后，方可下钻。

（4）下钻过程中要平稳操作，要控制下放速度，一般10m/min为宜，以防止倒抽赃物堵死钻头和螺杆钻具。下钻途中可适当开泵顶通水眼，但时间不宜过长，或每下500米向钻柱内灌注清洁洗井液一次。

4、钻进操作

（1）下钻至水泥塞面5m开泵，记录循环正常之后的泵压，随后逐渐加压钻进。使用100型螺杆钻具时，钻压应以5-15KN为宜，洗井排量以500-600L/min为宜，最大不得超过1200L/min,待循环正常，转子启动后，缓慢下放钻具至塞面，进行正常钻进。

（2）排量必须保持设计值。

（3）钻进允许最大泵压等于悬空循环泵压与马达压降之和。

（4）在排量一定的条件下，工作压差和钻头扭矩随钻压增大而增加。所以，在钻进过程中可以通过立管压力的变化判断马达和钻头的工作情况。

（5）钻进中要认真掌握钻压和泵压的变化，防止钻压过大而压死钻具。若压死钻具应立即上提钻具，然后减压钻进。

（6）严禁压死循环，以防缩短工具寿命。

（7）每钻完一个单根后，要上提下放划眼两次并循环洗井一周。

4、使用过程中因注意的问题

（1）不得长时间悬空循环，不得压死循环。

（2）钻头遇卡时不得转动管柱，防止螺杆水帽倒扣，芯轴落井。

（3）井口应安装自封封井器，防止小件物品落井。

（4）上水池和回水沉淀池要分开使用，返出的洗井液应沉淀后方可使用。

（5）接单根前及完钻后应充分洗井，使井内无钻屑。

（6）钻进中泵压下降，排除地面因素之外，可能是钻具刺漏、旁通阀孔刺坏或螺杆壳体倒扣，应立即起钻。

（7）钻进中泵压突然升高，可能马达、传动轴卡死或钻头水眼堵，此时不能反洗井，应立即起钻。

四、螺杆钻具使用中的故障与排除方法

异常现象可能愿因处理方法

压力表压力突然升高

马达失速

上提钻具0.3-0.6m，核对循环压力，逐步加钻压，压力随之逐步升高，其它参数均正常，可确认是失速问题。

马达、传动轴卡死，钻头水眼堵钻头提离井底，若压力表读数仍很高，只能提出钻具检查

或更换。

压力表压力慢慢升高

钻头水眼被堵

钻头提离井底，检查压力，若压力仍燃高与正常循环压力，可试着改变循环流量或上下移动钻具，若无效，起出修理或更换。

钻头磨损可继续钻进，细心观察，若仍无进尺，则起出更换。

地层变化

钻具稍稍提起，如果压力与循环压力相同，则起出检查

压力表压力缓慢降低循环压力损失变化检查液体流量

管柱损坏稍提钻具，若压力表读数低于循环压力，则起出检查

没有进尺

地层变化适当改变钻压和循环率

马达失速压力表读书增高，钻具提离井底，检查循环压力，小幅增加钻压

旁通阀处于“开”位压力表读数偏低，稍提钻具，启、停泵车两次仍无效时，则需起出检查旁通阀

钻头损坏起出换新钻头