螺杆钻具在大井眼钻井中的应用研究

0前言

随着现代工业的蓬勃发展，钻井工艺日趋完善，出现了许多新工艺、新技术。如；顶驱装置、欠平衡钻井、井下动力钻具。随着钻井科技创新，如长裸眼钻井技术、螺杆钻具在大井眼的应用，为石油开采提高质量，完善技术工艺奠定了基础。

1螺杆钻具

螺杆钻具是一种以钻井液为动力的井下动力钻具，是一种容积式马达，钻井泵泵出的钻井液从钻柱进入螺杆钻具的马达，在马达两端形成一定的压差，推动马达转子旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，达到破岩效果，它可以与牙轮钻头、金刚石钻头、以及其他特殊钻头配合使用，进行定向井和水平井钻井作业。

2螺杆钻具特点

螺杆钻具产生的扭矩只用来驱动钻头，减少钻杆磨损；

可以提供大造斜率的专用钻具组合，也可以提供用于连续控制的导向钻具组合；

螺杆钻具的输出扭矩与钻井液通过液压马达产生的压力降在一定范围内成线性关系；

中空转子螺杆钻具可大排量输入，提高上返速度和携砂能力；

适用于各种钻头的选配。

3螺杆钻具组成

螺杆钻具主要由旁通阀、马达、万向轴和传动轴等四个部件组成。

3.1旁通阀总成

旁通阀总成由阀芯、阀套、弹簧、阀口等零件组成。阀芯有两个位置，开启位置和关闭位。旁通阀的开启与关闭由钻井液的流量控制。在起下钻作业过程中，泥浆泵停泵或流量较小，旁通阀自动开启，将钻柱内孔与环空连通。起钻时，钻柱内的泥浆，经阀口流入环空，不会溢于井台上。下钻时，环空内的泥浆经阀口进入钻柱，减少钻柱内外的压力差。正常钻进时，旁通阀关闭。此时泥浆流经马达，把压力能转换为机械能。

3.2马达总成

螺杆钻具的马达由定子和转子两个零件组成。

转子的转速与马达的输入流量成正比，控制输入流量，就可以控制螺杆钻具的输出转速。为了增加马达的流量而又避免转速的升高，有的螺杆钻具的转子被做成中空形式，并在转子上安装喷嘴，使马达具有中空分流。这种结构的优点是可以增加螺杆钻具的流量，缺点是会使马达特性变软，即钻头的转速将随钻压的增加而减小。

3.3传动轴总成

传动轴的功能是将马达的扭矩和转速传给钻头，同时要承受钻进时地层作用于钻头的轴向力和径向力，因此，其主要结构是一组轴承。

常规螺杆钻具的传动轴总成，上、下径向轴承为硬质合金轴承，中间装有一组角接触推力球轴承，具有较高的承载能力和使用寿命。螺杆钻具工作时，少量泥浆从轴承间隙处通过，使轴承得到和冷却。

3.4万向轴总成

万向轴的上端连接马达的转子、下端连接传动轴的导流水帽，其作用是将做行星运动的转子和做定轴转动的传动轴连接起来，把马达的输出扭矩及转速通过传动轴传递到钻头。

4技术指标

4.1合理的钻具组合

4.2优化钻井参数

严格的检查与试运行

下钻前检查旁通阀开启与关闭状态无误，以免起钻喷浆或旁通阀短路而造成的时效损失。

4.4细致的起下螺杆操作规程

下钻：应平稳操作，控制下放速度，12柱/h，过快的下放速度不能使钻井液通过旁通阀灌满钻具内容，而导致井下负压差，缩径井段使钻头泥包或卡钻事故的发生。

起钻：打入一定量的重浆，钻具内外压差为1～2MPa为优。过低，压力不足，达不到旁通阀开启的流量而引起的反喷；过高，使旁通阀关闭，钻井液不能及时从钻头流出而导致反喷。

5螺杆钻具技术优势

普通钻具在12

1/4“的大井眼钻井中，需要三台190柴油机提供动力，每台柴油机日消耗柴油3000L，但螺杆钻具只需要两台柴油机来提供动力，日节约油2000L，大大节约成本消耗。

螺杆钻具的机械钻速是普通钻具的3-5倍，缩短了完井周期。

提高了井深质量，据YM32测井数据显示，最大井斜不超过1°，是直井防斜的有效措施，使井下更为安全，粘卡现象明显降低。

降低地面动力系统的磨损，转盘不再提供动力—扭矩.机修时间大幅度降低，延长了设备的使用寿命。

6结束语

螺杆钻具作为一种以钻井液为动力的井下动力钻具，主要由旁通阀、马达、万向轴和传动轴等四个部件组成，通过合理的钻具组合、钻井参数优化、严格的检查与试运行，以及细致的起下螺杆操作规程，使螺杆钻具具有明显的技术优势。同时，通过与牙轮钻头、金刚石钻头、以及其他特殊钻头配合使用，进行定向井和水平井钻井作业，特别是在大井眼的应用过程中，为石油开采提高质量，完善技术工艺奠定了基础。当然，使用螺杆钻具不仅能保证井身质量，井下更为安全，并节约钻井综合成本，延长了地面设备使用寿命，也使螺杆钻具成为大井眼钻井的高效技术保障措施。