螺杆钻具应用现状及前景分析

螺杆钻具应用现状及前景分析

郝思源

大庆钻探工程公司钻井三公司 黑龙江大庆 163412

摘要：螺杆钻具在气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及其他特殊工艺井中发挥着重要作用。本文主要介绍了螺杆钻具的基本结构以及螺杆钻具的工作原理，并对螺杆钻具的应用前景就行了分析，旨在能够促进我国钻井技术的进一步发展。

关键词：螺杆 钻具 现状 前景

一 引言

随着我国钻井工程的快速发展,螺杆钻具也得到了长足的进步。我国钻具的发展历程经过了从无到有,从弱到强的过程。目前,在国内市场中,我国国产螺杆钻具已经基本占了主导地位,基本满足了我国钻井工程的需要。但由于某些原因,我国国内钻具还存在着许多不足的地方。因此,有必要对钻具的整体情况进行分析,促进我国国产钻具的再发展。

二 螺杆钻具工作原理

螺杆钻具作为一种专门研制的泵式定向钻井马达，其主要部件是为适应气体钻井环境而专门设计的。它的结构包括：可调弯接头、马达、万向节外壳/总成和轴承总成。

螺杆钻具的工作原理是：通过泥浆等介质挤压螺杆马达转子与定子之间的密封腔，推动转子绕定子轴线作偏心自转，通过转子下端的柔性轴即万向轴的转换，将偏心转动转化为定轴转动，由此将产生的扭矩和转速传递到传动轴，并带动钻头旋转，即把泥浆等介质的压缩能通过螺杆转换成机械能。

钻井时，螺杆钻具直接带动连接在传动轴上的钻头回转，整个钻柱（钻杆）仅作为输送高压工作介质的通道和支撑钻头反扭矩的杆件，不作回转运动，减小了常规钻井中钻杆对井壁的破坏。

目前市场上使用的多头螺杆钻具居多。多头螺杆钻具与单头螺杆钻具相比具有低速大扭矩、性能稳定的特点,但多头螺杆结构复杂,制造工艺要求高;另外,多头螺杆因其头数多,同一截面上的腔室也多,泄漏沿程长,摩擦损失大,故导致效率降低。许多研究者就如何提高多头螺杆效率做了很多研究,最后认为增大马达利用率的手段是提高螺杆效率的关键。基于此,发明了许多新型高效的马达,如串联马达、加长马达等。

三 螺杆钻具使用注意事项

1. 必须加入一定量的水、油、肥皂等润滑剂，以增加定、转子以及轴承的润滑，降低摩擦生热；

2. 钻进时应缓慢施加钻压，钻头提离井底时，应非常缓慢的减小钻压，并且钻头提离井底之前将排量减小５０％，以避免马达“飞车”，造成钻具损坏；

3. 由于空气的可压缩型，当马达制动时，立管压力不是立即上升而是缓慢上升，并且压力缓慢上升的过程会随着井深的增加而延长，因此很难从立管压力来判断马达制动，可通过机械钻速的突然降低来判断马达制动；

4. 由于空气螺杆不使用旁通阀，因此必须在空气管路中设有压力释放阀和单向阀，防止管路的压力过高和防止空气返流；

5. 下钻时无磁钻铤里倒４－５Ｌ９０号油或表面活性剂，每20柱钻杆内倒４－５Ｌ９０号油或表面活性剂，下到离井底３－５ｍ，建立循环，以２０Ｌ／ｈ启动雾化泵。

四 螺杆钻具应用前景

笔者通过大量的文献调研以为其发展前景主要体现在以下几个方面：

(1)出于提高螺杆钻具的钻井能力和机械钻速的提高,螺杆钻具在整体结构上逐步向大扭矩、高效率方向发展。

(2)出于常规螺杆提高工作寿命的考虑,许多新型耐用材料,对定子橡胶、轴承材料将需要改进;并研制有旁通孔结构的空心转子,使

用了闭式油柔滑支撑节和聚晶金刚石轴承,发展可带减速器的低速大扭矩螺杆。

(3)非油气井用螺杆钻具具有很大发展潜力。如:煤层气井抗腐蚀螺杆、地热井抗高温螺杆等。非油气井的井下工作环境更加恶劣,值得进一步研究和探讨。

(4)应大力发展取心用井下动力钻具。德国已研制出螺杆钻具取心系统,但在可靠性方面有待进一步完善。

(5)钻水平井有待进一步提高。在国外,径向井的井下动力钻具已十分成熟。但小井眼水平井中的小尺寸螺杆的研究中,还有许多薄弱环节,还需要在提高制造工艺精度,加强材质性能等方面做进一步努力。

(6)重视井下动力钻具实验设施的建设,这是保证螺杆钻具使用安全的有效手段。

五 总结语

螺杆钻具的发展主要体现在二方面:一是螺杆钻具内部结构改进和性能提高, 二是满足钻井新工艺的需求。本文主要阐述了螺杆钻具的构成以及原理，重点分析了螺杆钻具在使用过程中需要注意的事项以及未来的发展前景，通过笔者的阐述螺杆钻具将成为钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必需工具, 应用前景广阔, 将带来巨大的经济效益。

参考文献

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