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螺杆钻具工作原理

  螺杆钻具是以高压泥桨为动力的一种井下动力钻具。泥浆泵泵出的泥浆液流经旁通阀进入马达,在马达进出口处形成一定压差推动马达的转子旋转,并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。螺杆钻具的性能主要取决于螺杆马达的性能参数。

螺杆钻具的组成

螺杆钻具由旁通阀、马达、万向轴和传动轴四大总成组成。

螺杆钻具型号说明

钻具的使用方法

  在选择钻具及其组合方案时,应制定钻井作业计划,充分考虑井眼轨迹、钻头类型、规格、地层结构和水利计算等细节。
  4.1钻具下井前的地面检查:
  4.1.1钻具除提升短节与旁通阀连接外,其他部分的壳体连接均涂以锁紧剂。
  4.1.2用钻头装卸器把钻头装上,只许用链钳转动钻具传动轴头,而且只能逆时针旋转(俯视旋向,下同),以防止内部螺纹松扣。
  4.1.3吊起提升短节,把钻具放入转盘中,把旁通阀置于转盘中易于观察的位置。用卡瓦把钻具卡牢,卸去提升短节。
  4.1.4检查旁通阀:用锤柄或木棒向下压旁通阀阀芯,从上部向旁通阀注满水,此时旁通阀应不漏,水面无明显下降,然后挪走木棒。阀芯应被弹簧弹起复位。所注水应从侧面各孔均匀流出,即可认为正常。
  4.1.5接方钻杆并下放,使旁通阀位于钻杆下方便于观察的地方,开动钻井,逐渐提高排量直到旁通阀关闭,上提钻具,看钻头是否转动,此时旁通阀处于“关闭”位置。
  不应有钻井液从旁通孔流出,检查的目的仅是看钻头是否旋转,不必持续很长时间,操作过程中应避免钻头与井口防喷器、井口管线接触、碰撞。停泵后注意观察旁通阀是否再次打开,使钻井液从旁通孔排出。泵未完全停止之前,不要把旁通阀提到转盘以上,防止污染井台。
  4.1.6卸下方钻杆,按设计的钻具组合,分别把弯接头、无磁钻铤、稳定器等接好。将弯接头拧入旁通阀之前,如果用斜口管鞋座造斜。应检查造斜键,保证斜口管鞋座处于正常的工作位置,并保证与接头的弯头刻线对准。
  在所有钻具组合及钻杆连接过程中,注点防止粘扣错扣。为防止操作中移扣,建议装卸过程中应牢记:钻头接头相对于壳体的旋向为俯视反时针方向。违反此项规定,如反向转动转盘或用转盘旋紧马达以上的扣等,就会造成钻具内部零件的松扣或脱扣,请用户注意。


  4.2把钻具及其组合下到井眼里:
  尽管钻具本身外形简单,且有足够的刚性。司钻下放钻具时。仍需控制下放速度,否则易被井眼中的沙桥、井眼台肩、套管鞋所损坏。遇有这样的井段,往往需开动钻井泵。慢慢地扩大井眼再通过。
  如果用弯接头或弯壳体,钻头侧面就更容易碰上井壁的硬岩层和套管鞋等,因此要周期性的转动钻具组合,以消除侧钻的影晌。
  对于深井和高温井,下放钻具时建议周期性地进行中途循环,这样可以防止钻头堵塞、或因高温造成钻具定子损坏。
  在井内,钻井液若不能迅速通过旁通阀阀口,进钻柱中,应减慢下井速度,或不时停下来充灌泥浆,下钻时,注意不可墩钻或将钻具直接放进井底。
  4.3开动钻具:
  如果钻具处于井底,必须提起0.3-0.6m,开动钻井泵此时记下立杆压力表读数,与计算的压力值对比一下,如果超过水力计算的压力数值也是正常的,这是钻头侧钻引起的。
  清理井底。尤其是打斜井,井底必须足够“干净’,因为并、井底堆积或沉淀的岩屑影响转速或造斜。最好用正常的钻井液循环清理,清理时也可慢慢转动钻具或钻具分次转动(每次转动30°-40°),依次地把堆在井底的物体清理干净。清理干净后,再把钻其上提0.3-0.6m,校对压力值,记录下来。
  重新下入井底并逐步加井压,马达扭矩增加,立杆压力表压力值升高,这个升高的压力值应符合各型号钻具规定的马达压降值,此压力表增大的数值反映了马达的负载是否正常,也反映钻压加的是否合适,因此保持马达转速基本稳定,钻压基本稳定,只要把立杆压力表读数限制在所选钻具推荐范围内就可以了。它能使司钻及时了解钻具工作情况。
  钻头不在井底时,如果循环压力低于计算值,可能是旁通阀处与“开位”或钻杆损坏、井漏等造成的。
  如果循环压力高于计算值,而且侧钻造成压力升高的因素已排除,循环压力仍高于计算值,则可能是钻头水眼被堵或传动轴被卡死。此时循环压力要比计算压力高得多。
  4.4起钻:
  钻具起钻过程类似常规操作。起钻时,旁通阀处于开位,允许钻柱中的钻井液泻入环空。但是钻具本身不能排出钻井液,通常在起钻前在钻柱上部注入一段加重钻井液顺利排出,
  4.4.1在钻具提出到旁通阀位置后,卸下旁通阀口上各部件,先用清水从旁通阀顶部进行冲洗。然后使用木棒或锤柄等将阀芯按下、松开使其移动无阻。清洗完毕,拧上提升短节,提出钻具。
  4.4.2装好钻头装卸器,卡牢钻其外壳,反转钻头(俯视反旋)把马达中残存的泥浆从旁通阀排出,卸下钻头。
  4.4.3卸下钻具,从传动轴孔中冲洗钻头,将传动轴水帽及轴承清洗干净,然后平放钻具,
  正常维护保养待用。若暂停使用或长时间搁置不用,建议向钻具内注入少最矿物油防锈(注:不允许加入柴油)
  4.5用钻具井的故障分析:
  如前所述,钻井液循环压力变化反映在立杆压力表上,它可以帮助现场人员辨别井底发生的情况和问题,事实证明:正确的判断可以节省大量起下钻所耗费的时间和成本。综合考虑钻具使用过程中的各种因素,归纳为(表1)供用户参考。

 

定向井螺杆钻具的使用

  定向钻井就是沿着预先设计的井眼轴线钻到目的层的钻井方法。要实现这个目标除螺杆钻具还需要组成钻具组合的浮动接头、弯接头、钢钻铤、无磁钻铤、稳定器、钻头以及测量系统等配套工具和设备。我公司生产的螺杆钻具仅是完成这项工作的主要工具之一。

表1:钻具故障分析表

 

 

  5.1我公司生产的螺杆钻具可以满足定向钻井的需要。
  5.2反扭矩对定向钻井的影响:
  钻具组合,通过钻杆下到预定定向造斜深度,从预定深度到井台在反扭矩的作用下产生变形。施加钻压时,钻具输出一定的扭矩。那么大小相同方向相反的反扭矩就作用在整个钻具组合
及钻杆上,造成它们的扭转变形,因此必然影响定向的方位。在定向钻井工作中,为了保持正确的方向,必须考虑扭矩。由反扭矩造成的反扭角的大小取决于:
  ●钻压  ●钻杆的类型与长度  ●井斜角的大小  ●钻铤和重钻的类形和长度  ●装有扶正器时,扶正器的数量和长度
  5.3注意事项
  ●调整弯接头指向时,转盘应按右旋定位,调整完毕。钻柱需慢慢地提升和下放数次(上提高度应超过9m)消除井眼中的钻杆应力,使其处于自由放松伏态。
  ●所测得的井眼方位和井斜角不是钻头处的数据而是在钻头以上15米左右处,这是测斜装置距钻头的距离。
  ●连续造斜时。建议每钻一单根取一测量数据。
  为使造斜准确,所加钻压应稳定且不要过大。
  5.4导向钻井螺杆钻具
  ●导向螺杆钻具是我公司为水平钻井设计和制造的新型井下动力钻具,通常是指配有弯壳体和稳定器的钻具。
  ●用途:配合PDC钻头或牙轮钻头组成不同的钻具组合,用于导向钻井系列,完成造斜和在
不更换钻具组合而实现稳斜段(配合转盘低速旋转〕及水平井段的钻井作业。
  ●传动轴外壳带有不同直径和不同形状的稳定器,用户可根据钻井工艺的需要选择使用。
  ●弯万向轴壳体
  弯万向轴充体有单弯和双弯两种形式,并有不同角度的弯角供用户选择,双弯壳体还可选择同向双弯和反向双弯。(表2)为我公司常规钻具的弯角及造斜率供用户参考。
  ●为了解决水平钻井难以携屑上返的问题,马达转子设计有中心分流孔入口处装有喷咀,从而增加输入流量,可以进行高压喷射钻井。当需要排量较小时,可以封堵转子中孔。
  可根据用户要求,制造转子头数与定子头数比为5; 6,  7: 8,   9: 10等规格,和不同规格的扶正器,且可根据使用要求为用户提供钻头水眼压力降为14Mpa的产品。

 表2:弯外壳螺杆钻具造斜率

 

常规螺杆钻具打捞尺寸图

 

备注:相关尺寸数据见附表1

附表1:常规螺杆钻具打捞尺寸表

 

注: 1、图中所示钻具为新型(Ⅷ)结构,扶正筋为可换式;万向轴为齿瓣型。
   2、图中A*表示当钻具型号为203时,其值为Φ197,(只有扶正筋为可换式结构时A*值为ΦD 197;其余结构A*值为Φ203),
   3、表中提供尺寸仅供参考,如需要具体尺寸请与公司联系。
   4、扶正筋套筒的外径尺寸根据用户需求而定,表中不提供。

附表2:螺杆钻具技术参数表

  

 

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