中成螺杆钻具使用手册20xx完整版

中成螺杆钻具使用手册20xx完整版内容摘要：

挥作用的几个因素中，钻头与钻具的匹配是最重要的了。 希望能引起现场使用人员的重视。 选择钻头与螺杆钻具配套使用的因素应是： a．钻井作业方案及计划。 b．针对地层需用什么样的刃部构造。 15 c. 钻井液流通通道的结构。 d．预先计划的机械钻速。 e．使用该钻头，钻井运转时间的估计。 f．钻头水眼压降的设计。 什么地层结构、地层软硬使用哪类钻头， 用什么样的刃部设计，请参考有关钻头的专业书籍。 这里仅就使用螺杆钻具完成各种钻井作业，对钻头的选择作些说明。 除钻头水眼造成的压降外，希望泥浆流经钻头底部时别再形成其他较大的压力损失，因为这对传动轴组件中的限流器十分不利。 尤其当钻头水眼压降已达钻具型号规定的压降值，更应注意。 这对牙轮钻头一般不必担心，但金 刚 石钻头端部液体通道的设计，就必须考虑通道过流面积是否可能造成额外过多的压力损失问题。 同时并能保证岩屑及时排出及钻头冷却问题。 牙轮钻头一般适用于钻井周期不长的作业，如定向造斜、侧钻等。 注意使用螺杆钻 具作业时，一般钻头转数提高 2～ 3 倍，因此钻头轴承寿命要因之而缩短。 这也提醒我们用牙轮钻头时，钻压不宜用很大，以维持牙轮钻头的寿命。 根据经验，由于转数提高 2～ 3 倍，牙轮钻头齿部可比用一般传统转盘钻选硬一个等级。 例如转盘钻时用“中硬”级钻头，而用螺杆钻具时，就选“硬”级钻头。 用螺杆钻具为防止钻头侧面的过速磨损，可在牙轮钻头侧面外径堆焊硬质合金予以保护。 金刚石钻头不仅适用于定向造斜等，更适用于钻井周期较长的作业，如打直井等。 在较长周期钻井作业中，最重要的因素就是钻头与钻具作为一个整体，不要由于其中哪一部 分出了问题，而造成不必要的起下钻。 大家已熟知：金刚石钻头较牙轮钻头寿命长，而且结构是整体的，具有很多优点。 金刚石钻头与 7Y 型钻具匹配是完全合适的。 进一步就是针对各种作业要求，合理选用什么样的钻头冠部形状、冠部表面的设计和布置、金刚石的尺寸大小和质量以及金刚石钻头端部泥浆通道系统的设计。 当然孤立地只着眼于钻头与螺杆是有些局限性，它终归不是决定寿命和钻井进尺的唯一因素。 其他如改善传动轴的稳定性，例如加稳定器对提高钻具寿命发挥钻头性能都是很有帮助的。 但无论如何应该了解：合理的金刚石尺寸、金刚石布置的方 位、每块金 刚 石的钻压负荷这三者与井下钻具转数高和所要求的钻压小两者是应该考虑合理匹配的。 总之，使用螺杆钻具不对所匹配的钻头进行认真选择，要想取得满意的结果是困难的，更有甚者，可能使螺杆钻具过早地损坏。 钻头水眼的大小将会影响到螺杆钻具传动轴总成的使用寿命。 选择钻头水眼大小要适宜，不能过大或过小。 如果水眼太小，泵压达到额定值时，排量可能相对过小，此时马达不易发挥出最大效能。 对于泥浆润滑的传动轴总成，水眼过小，而排量达到额定值时，系统压力增高，即造成轴承上、下液流压力过高，这将影响串轴承和径向轴承寿命，外观反映 为钻具悬空时，钻具壳体下端与驱动接头间隙增大（也就是驱动接头向外窜出）；水眼过大，钻具承受钻压能力降低，轴承得不到良好的润滑。 对于油密封传动轴总成，水眼过小，会使密封轴承的内外压差过大，从而损坏密封。 温度过高对螺杆马达性能十分不利，会使所有不利影响因素加剧作用。 使用油基泥浆，井底温度低于 95℃，马达可进行正常工作。 若温度达到 95℃～ 150℃时，苯胺点及其它不利因素均逐渐达到临界危害点，而当温度超过 150℃时，即使使用最佳的油基泥浆，甚至使用水基泥浆，马达定子寿命都会大幅度的缩短。 为使螺 杆在较高温度的油基泥浆下正常工作，可以采用分段下钻，间歇循环，使用带分流孔的空心转子，以加速泥浆循环或改善泥浆散热性及其它性能的方法，保证实际定子工作温度低于极限值。 16 我公司生产三 种类型的定子。 一种是耐温 120℃的常规定子，其额定工作温度 95℃，最高工作温度 120℃。 第二 种是耐温 150℃的耐高温定子，其额定工作温度 135℃，最高工作温度 150℃。 第三种 是耐温 165℃的耐高温定子，其额定工作温度 150℃，最高工作温度165℃。 螺杆钻具特性之一，输出转速与输入泥浆流量成正比。 每一种钻具都有一 定的有效工作流量范围。 当输入泥浆流量超过最大流量值，转子就会超速旋转，定子的疲劳负载就会大大增加，导致定子提前损坏。 如果输入泥浆流量小于最小流量值，马达的输出转速和扭矩就会降低，从而影响其使用效果。 因此建议按推荐参数进行操作，当实际使用的泥浆排量超过推荐的最大流量时，可使用中空转子以延长马达的使用寿命。 螺杆钻具进行空运转时，若保持泥浆流量不变，螺杆钻具与钻头产生的压降为一常数值，该值随螺杆 型号 和规格的不同而有所不同。 马达工作时，随着钻压逐渐增加，泥浆的循环压力逐渐上升，该压力的增 量与钻压或钻进所需的扭矩的增量成正比。 当达到最大推荐工作压力降时，产生最佳扭矩。 继续增加钻压，当循环泥浆在马达两端产生的压降超过最大设计值时，螺杆将发生制动。 正常工作时，表压随钻压的增减而升降。 如果泵压表突然增加了几兆帕，继续增加钻压，泵压不再增加这说明螺杆发生了制动。 此时马达定子与转子间密封被冲开，泥浆通过不转的马达从钻头水眼流出。 这是螺杆的紧急过载保护功能。 当钻头因故障遇卡时，钻井液在螺杆制动情况下仍可以继续循环流过螺杆。 但一旦螺杆发生制动，应迅速将其 提离井底降低钻压，因为泥浆长时间流过不转的马达会使 螺杆严重损坏，甚至出现倒扣落井事故。 另外，要使钻具获得最佳工作效率和工作寿命，应将螺杆两端压差控制在推荐参数范围内。 螺杆的输出扭矩与泥浆流过马达产生的压力降成正比，但对螺杆输出转速的变化几乎不产生影响。 实验表明，螺杆从空载状态到最大有效工作载荷区，速度降低一般不超过 10%。 螺杆进入工作状态，转子驱动钻头作顺时针转动，同时在钻具壳体上产生一反作用扭矩，该扭矩向上传递到整个钻柱上，会引起螺杆以上各联接丝扣紧扣或引起螺杆定子壳体以下联接丝扣松扣。 反扭矩随钻压增加而增加，当螺杆制动时，其值达 到最大值。 中成 螺杆钻具 在工作中轴向上存在如下各力（如图 12） F:转子、万向轴、传动轴及钻头重量 F△ pm：马达两端压降产生的轴向液压推力 F△ pb：钻头水眼压降所产生的轴向力 W：钻压 设向下作用力： F+ F△ pm + F△ pb =C 那么推力轴承负荷 Lb=F+F△ pm +F△ pb W=CW 推 力轴承设计用来承受轴向载荷的合力，并将其传递给螺杆壳体，理想状态，合力为零，轴承不受载，此时轴承寿命最长，用这种方法平衡钻压，可延长轴寿命。 图 12 17 负载分析状态： CW 离井底推力轴承受载 C=W 轴承不受载（平衡点） CW 坐井底推力轴承受载 现场经常有这样的情况，螺杆使用后，尚未回收经过维修中心修复或现场使用认为时间不长，想再次使用。 可遵循下列步骤，以确定钻具传动轴总成的寿命是否能满足不回修而再次使用的要求。 螺杆在使用之后，将它放在钻台上，进行下列工作。 第一步：用吊卡将螺杆吊起来，仔细测量并记录下短节和驱动接头之间的间隙尺寸 D1。 第二步：将钻具座在钻台上，用钻具自身重量压缩轴承总成，再次测量并记录下短节和驱动接头之间的间隙尺寸 D2。 表 3 为轴承所允许的间隙值，供用户参考判断螺杆可否重复使用。 表 3 轴承间隙 钻具规格（外径） 间隙 D1D2 80（ 31/8″） 3mm 89（ 31/2″） 3mm 95（ 33/4″） 3mm 102（ 4″） 3mm 105（ 41/4″） 3mm 120（ 43/4″） 159（ 61/4″） 4mm 165（ 61/2″） 4mm 172（ 63/4″） 4mm 185（ 71/4″） 4mm 197（ 73/4″） 4mm 203（ 8″） 4mm 210（ 81/4″） 216（ 81/2″） 244（ 95/8″） 286（ 111/4″） 5mm 18 六 、螺杆钻具的使用 螺杆钻具下井使用之前，应当进行细致的检查，确保下井后能正常工作，避免不必要的起下钻和由此造成的损失。 中成 — 钻具除提升短节和旁通阀外， 其它部分的壳体联接均涂以锁紧剂，并按规定的紧扣扭矩上紧。 在选择钻具及其组合方案时，应制订钻井作业计划，充分考虑井眼孔径、井眼轨道、钻头类型、规格、地层结构和水力计算等细节。 螺杆下井前，应在钻台上按下述方法进行试验： a．用提升短节将螺杆提起 ， 坐入转盘卡瓦内，装上安全卡瓦卸去提升短节。 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，阀芯复位，所注水应从旁通阀口均匀流出。 c．接上方钻杆，卸去安全 卡瓦，提出卡瓦，下放螺杆使旁通阀阀口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、马达起动为止（记下该排量值）。 不停泵上提钻具至能看见转动的驱动接头为止。 在此过程中可能有部分泥浆经轴承组流出，观察螺杆运转情况。 停泵前应再下放钻具，让旁通阀阀口位于转盘以下，检查停泵时是否泥浆经旁通阀阀口顺利流出。 e．地面检查结束后，用吊钳卡住驱动接头，用钻头盒把钻头和螺杆接上（大钳只可咬在旋转传动轴驱动接头上），紧扣扭矩见附录 7。 （注：应保证传动轴驱动接头相对于上面的壳体反时针转动，以防止内部螺 纹松扣。 ） 使用弯接头时，定向装置带的转盘套和定位键必须和工具面对正，如果要用回压凡尔，可直接安装在旁通阀上方。 如果在驱动接头和钻头之间还要加转换接头，建议不应超过250mm 长，以免产生过多的方位变化，降低轴承寿命或损坏传动轴。 a．下放钻具及其组合应小心地控制下放速度，以防撞到沙桥、井壁台肩和套管鞋上使钻具损坏。 下钻遇阻，应开泵循环，慢慢划眼通过。 若带有弯接头或弯壳体的螺杆遇阻时应周期性地转动组合，慢慢通过，以防止划出新井眼。 b．对于深井和高温井，下放螺杆建议周 期性地进行中途循环，这样可防止螺杆堵塞，或因高温造成的螺杆定子损坏。 c．在井内，泥浆若不能迅速通过旁通阀阀口流进钻柱中，应减慢下钻速度或不时停下来充灌泥浆。 下钻时，注意不可顿钻或将螺杆直接坐入井底。 a．螺杆达到预先计划的井深位置，可以开泵循环，由于钻头侧向力的影响，压力值可能超过计算值。 b．定向前应充分清洗井底，清除井底岩屑沉淀或堆积，消除循环不彻底对定向的影响。 具体方法是以正常的泥浆循环慢慢转动钻具（每次转 30176。 ～ 45176。 ）依次把堆积井底岩屑和沉砂清出，清理干净后 ，上提钻具 ～ 循环并记录，校对压力值。 a．螺杆悬离井底进行空循环时，立管压力表所显示的是整个系统的空载循环泵压，也称离井底泵压。 容积式马达特性之一，马达所产生的扭矩与两端所产生的压力降成正比，和整个系统压力变化成正比。 钻头钻进时，随着钻压升高，工作扭矩的加大，马达两端的压力降也成正 19 比例增加。 循环系统的压力表反应出该压力的增值。 通过监视地面立管压力表，便可以判断钻具压力和扭矩的变化（钻杆与井壁的摩擦可能会影响判断精度）。 在充分考虑钻头水眼压降和钻压的关系后，把表 压增值限制在所选钻具推荐值范围内就会产生最佳效能。 工作打钻泵压 =离井底泵压 +钻具负载压力降 离井底泵压不是一个常数，它随井深和泥浆的变化而变化，在实际操作中，一般取每次单根后的离井底泵压为近似值，这样做完全可以满足要求。 当泵压处于最佳工作状态时，停止增加钻压，泵压会产生波动稳定下降，直到再次调整钻压。 b．施加钻压不要太猛，钻压不是监视螺杆工作的指标，只是作为参考指标，判断螺杆工作情况的主要依据应该是泵压。 对于发生较大磨损的马达，还应以进尺速度为依据。 c．钻井方式采用导向钻进时，转盘转速 应不超过 75rpm，弯壳体角度在 1176。 30’ 以上的钻具，导向钻进时转盘不允许旋转。 另外，当采用导向钻进时，钻具的自身旋转（自转）和转盘的旋转（公转）必然产生一个叠加效应，但这个叠加存在一个正叠加和负叠加的效果 ，即给钻头转速产生一个增速或失速（也称丢转）的结果。 因此，由于此现象的存在，导向钻进时，钻压不宜过大，即转盘的旋转产生的扭矩应小于马达输出的扭矩。 这样，才能使两种旋转产生正叠加，最终达到提高机械钻速度效果。 螺杆起钻过程类似常规钻机起钻操作。 起钻时，旁通阀处于开位，允许钻柱中的泥浆泄入环空。 但螺杆本身不能快速地排除泥浆，通常在起钻前在钻柱上部注入一段加重泥浆，使钻杆内的泥浆顺利排出。 20 七 、 导向螺杆钻具的使用 导向螺杆钻具的使用，与常规螺杆钻具基本相同。 由于导向螺杆钻具具有弯壳体、扶正器等特殊结构，因而使用时需要注意以下问题。 由于导向螺杆钻具可以设计为各种不同的结构形式，用户在使用螺杆钻具时，又往往采用不同形式的钻柱组合，加之不同地层结构的影响，因此，往往难以简单地给。