螺杆钻在华3X井钻塞中的应用与研究

摘要： 螺杆钻是一种理想的井下工具，在油田修井作业中主要用来钻可钻桥塞、水泥塞及大修、侧钻的。螺杆钻在钻塞中有它的优点，也有它的缺点，施工过程中稍微不注意，就会钻塞失败，造成钻塞无进尺，甚至造成井下复杂。只要能够认真总结分析钻塞作业失败的原因，找出螺杆钻在钻塞作业过程中的关键所在，就能够找到改进的方法，避免工程事故的发生，减少作业时间，较好的节约作业成本，获得可观的经济价值。

Abstract： Screw drilling is a kind of ideal downhole tool， mainly used to drill drillable bridge plug， cement plug and heavy repair， sidetrack drilling in oil field workover. Screw drilling has its advantages， it also has disadvantages in the process of construction， a little attention will cause failure， cause the drill plug has not footage， and even cause underground complex. As long as we can conscientiously sum up analysis of drilling operation failure， find out the screw drilling operation process of the key， we will find the best method to avoid engineering accident， to reduce the operation time， save the operation cost， obtain considerable economic value.

关键词： 螺杆钻；钻塞作业；成本；分析

Key words： screw drilling；drilling plug operations；costs；analysis

中图分类号：TE358 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）11-0037-02

1 螺杆钻的结构特点及基本原理

螺杆钻作为油田修井施工中最常用的钻具之一，主要包括旁通阀、马达总成、万向轴总成以及传动轴总成等几个部件。

旁通阀主要包括阀体、阀芯、阀套弹簧以及密封圈，主要是在起下钻（停泵）时由旁通口提供钻柱内外作业液的通道。马达包括转子和定子两部分。定子在常规的螺杆钻中是不动的，而转子和定子腔共同组成了许多不间断的互不相通的密封腔。当作业液的马达内液能转化为机械能的时候，就能促使转子在定子腔内做行星运动。

万向轴总成由万向轴壳体及万向轴构成，主要是使马达产生的扭矩及转速传递到轴承总成的主轴和钻头上面。使转子的行星运动转换成传动轴的定轴转动，由线切割加工制成的万向轴，不但使得驱动更加圆滑，并且由于恒速减小了摩擦而使得振动也减小。由于这一组成形成有效的完成了能力传递、运动转换和能量这三个重要环节，因此，传动轴是螺杆钻最重要的部件之一。

外壳体上部和万向轴壳体连接，传动轴导流下水帽和万向轴连接，下部连接钻头。多列推力球轴承负担钻压产生的轴向载荷，传动轴的上、下两个部位的合金负担钻具偏斜力矩产生的径向载荷。由大多数作业液马达排出后流过传动轴内孔经钻头水眼喷出，同时产生冷却清洗钻头的效果。而少量作业液则通过上下径向轴承及多列推力向心轴承组经传动轴外侧流出，冷却并轴承系统。

2 螺杆钻的特殊性能

螺杆马达决定了螺杆钻的性能。首先，由于转矩和马达进出口间的压差成正比，螺杆钻的输出扭矩和消耗的作业液压降大致成正比，因此，可以通过钻台上立管压力表的数据推断井下螺杆钻的扭矩情况，作业液压降随着钻压的增大而变大，增加扭矩的同时也增加了井底切削力矩；如果井口立管的压力表突然增加则表示井下切削力矩也突然增加，此时为了避免超载，应当适时减小钻压至减小切削力矩。

但是理论转速和通过的流量却与钻压没有关系。由于在作业过程中，流进螺杆钻里面的作业液排量是不变的，因此，螺杆钻的转速与流量相关，但是受到钻压的影响却不大。因此，螺杆钻的转速不会因为加大钻压而使得钻头转速明显减小，从而说明螺杆钻具有优秀的过载性能和硬性机械特征。

3 螺杆钻现场作业中遇到的问题

螺杆钻虽具有很优秀的过载性能和硬性机械特性，在实际作业中也经常出现问题，造成钻塞失败，不但浪费人力物力，更有可能使螺杆钻报废或造成油水井大修，严重的情况则会因无法打捞出落井的螺杆钻而使油井报废。现场作业中螺杆钻主要遇到的问题有：①钻塞无进尺；②泵压过高，出口无返出；③壳体折断；④壳体脱落；⑤传动轴折断；⑥钻塞过程卡钻。

4 钻塞失败的原因及改进方法研究

①当钻塞的泵压和钻压没有异常，而没有进尺的时候，导致这种情况有多方面原因。如果这种情况发生在刚开始作业时，则可能存在螺杆钻质量问题；如果出现在钻塞过程中，则可能由于螺杆钻本质质量问题使得时间过长致使磨损；如果钻塞过程中泵压正常，稍微增加钻压就发生蹩跳和无进尺，则在桥塞和水泥塞等上班存在硬度较大的落物，也可能损坏套管造成的；再如在钻塞过程中出现钻压正常、泵压增大的情况，可能是钻头磨损比较严重造成。

②井筒液不干净，含有较多大颗粒杂质，作业液循环后被污染，若管柱未按要求接单流阀，流入油管内的杂质就会下沉，最终流入螺杆钻内，使得螺杆钻堵塞。因此在钻磨作业前应清洁井筒，对作业液的循环罐彻底清洁，及时去除钻磨循环出的碎屑，严格控制作业液的机械杂质含量小于0.5%并按要求安装过滤器；选择携砂性能更好的修井液。

③有以下几方面原因可导致壳体折断：第一，误操作以及钻压过大；第二，由于钻具连接螺纹磨损老化而降低了抗扭矩的强度；第三，由于没有检测出来螺纹自身的伤，从而在使用过程中折断了旁通阀接头或壳体螺纹，造成钻具落井。总结得出，高钻压操作会使钻头合金快速磨损，让磨铣产生较大铁屑或碎皮，以至磨铣工况恶劣，使得磨鞋中心穿孔及镜面现象的出现。经作业实践得出钻压控制在30KN-35KN时钻磨速度最快。

④壳体脱落的原因主要有以下几方面：螺杆钻为液体驱动式液压马达，高压液体向转子施加正向扭矩，同时转子向定子壳体施加等值的一个反向扭矩。在钻具频繁滞动和复合钻进时，这种反扭矩更大，特别是在传动轴串轴承憋卡及完全卡死时，脱扣风险更大。旧壳体重复使用时，螺纹牙型磨损厉害。若没按规定扭矩紧扣，过大会胀扣，过小会松扣。

⑤在现场作业过程中，传动轴是容易发生事故的部位，经常从传动轴上部和水帽连接螺纹退刀槽处折断，或者从下径向轴承内圈上面变径过渡处折断。以下因素都可能引发传动轴的折断：第一，由于操作不当导致钻压和钻进速度不均匀，从而超出传动轴受本身结构强度限制以及交变应力而折断；第二，由于传动轴选材不当以及不合理的热处理造成本身强度较低而折断；第三，传动轴长时间由于交变荷载作用出现疲劳裂纹而折断。

⑥在钻塞过程中，如果出现卡钻致使钻塞失败的原因主要是人为因素。如果钻塞作业过程中由于换单根速度和钻进速度太快，从而导致钻屑不能及时返出井筒；在塞钻透前，洗井不充分，钻透后作业液面突然下降而卡钻；套管出现异常后由于没有及时采取措施而造成卡钻。

5 现场应用实例

华港油田华3X井磨水泥塞161.54米，一次完成，并且施工结束后螺杆钻运转正常；现场使用“三牙轮钻头+螺杆钻+加压油管+伸缩节”的底部钻具结构，同时使用两台水泥车施工，保证排量达到40m3/h以上；每磨铣一根结束接单根前进行充分的循环洗井。Z18井及B1-2井分别在130米及98.5米钻塞作业中成功使用了螺杆钻，而且有的井还多次重复使用同一只螺杆钻。由此说明，只要现场认真按照螺杆钻操作规范严格执行，采用合理的钻压，排量以及使用携砂性较好的修井液就能很好的预防螺杆钻钻塞作业的失败，提高磨铣速度，能够较好地节约成本，避免工程事故的发生，减少作业周期，获得经济效益。

通过现场实际作业并且总结作业成败的经验教训，就能够对螺杆钻在修井作业中的技术要求和维修要点进行充分的掌握，因此，在钻塞作业过程中，能够有效增加螺杆钻的成功率，这对降低现场作业成本以及增加单井作业的经济效益具有十分重要的意义。

参考文献：

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