【文章內(nèi)容簡介】 揮作用的幾個因素中，鉆頭與鉆具的匹配是最重要的了。希望能引起現(xiàn)場使用人員的重視。選擇鉆頭與螺桿鉆具配套使用的因素應(yīng)是： a．鉆井作業(yè)方案及計劃。 b．針對地層需用什么樣的刃部構(gòu)造。 15 c. 鉆井液流通通道的結(jié)構(gòu)。 d．預(yù)先計劃的機械鉆速。 e．使用該鉆頭，鉆井運轉(zhuǎn)時間的估計。 f．鉆頭水眼壓降的設(shè)計。 什么地層結(jié)構(gòu)、地層軟硬使用哪類鉆頭， 用什么樣的刃部設(shè)計，請參考有關(guān)鉆頭的專業(yè)書籍。這里僅就使用螺桿鉆具完成各種鉆井作業(yè)，對鉆頭的選擇作些說明。 除鉆頭水眼造成的壓降外，希望泥漿流經(jīng)鉆頭底部時別再形成其他較大的壓力損失，因為這對傳動軸組件中的限流器十分不利。尤其當(dāng)鉆頭水眼壓降已達(dá)鉆具型號規(guī)定的壓降值，更應(yīng)注意。這對牙輪鉆頭一般不必?fù)?dān)心，但金 剛 石鉆頭端部液體通道的設(shè)計，就必須考慮通道過流面積是否可能造成額外過多的壓力損失問題。同時并能保證巖屑及時排出及鉆頭冷卻問題。 牙輪鉆頭一般適用于鉆井周期不長的作業(yè)，如定向造斜、側(cè)鉆等。注意使用螺桿鉆 具作業(yè)時，一般鉆頭轉(zhuǎn)數(shù)提高 2～ 3 倍，因此鉆頭軸承壽命要因之而縮短。這也提醒我們用牙輪鉆頭時，鉆壓不宜用很大，以維持牙輪鉆頭的壽命。根據(jù)經(jīng)驗，由于轉(zhuǎn)數(shù)提高 2～ 3 倍，牙輪鉆頭齒部可比用一般傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤鉆選硬一個等級。例如轉(zhuǎn)盤鉆時用“中硬”級鉆頭，而用螺桿鉆具時，就選“硬”級鉆頭。用螺桿鉆具為防止鉆頭側(cè)面的過速磨損，可在牙輪鉆頭側(cè)面外徑堆焊硬質(zhì)合金予以保護(hù)。 金剛石鉆頭不僅適用于定向造斜等，更適用于鉆井周期較長的作業(yè)，如打直井等。在較長周期鉆井作業(yè)中，最重要的因素就是鉆頭與鉆具作為一個整體，不要由于其中哪一部 分出了問題，而造成不必要的起下鉆。大家已熟知：金剛石鉆頭較牙輪鉆頭壽命長，而且結(jié)構(gòu)是整體的，具有很多優(yōu)點。金剛石鉆頭與 7Y 型鉆具匹配是完全合適的。 進(jìn)一步就是針對各種作業(yè)要求，合理選用什么樣的鉆頭冠部形狀、冠部表面的設(shè)計和布置、金剛石的尺寸大小和質(zhì)量以及金剛石鉆頭端部泥漿通道系統(tǒng)的設(shè)計。 當(dāng)然孤立地只著眼于鉆頭與螺桿是有些局限性，它終歸不是決定壽命和鉆井進(jìn)尺的唯一因素。其他如改善傳動軸的穩(wěn)定性，例如加穩(wěn)定器對提高鉆具壽命發(fā)揮鉆頭性能都是很有幫助的。但無論如何應(yīng)該了解：合理的金剛石尺寸、金剛石布置的方 位、每塊金 剛 石的鉆壓負(fù)荷這三者與井下鉆具轉(zhuǎn)數(shù)高和所要求的鉆壓小兩者是應(yīng)該考慮合理匹配的?？傊?，使用螺桿鉆具不對所匹配的鉆頭進(jìn)行認(rèn)真選擇，要想取得滿意的結(jié)果是困難的，更有甚者，可能使螺桿鉆具過早地?fù)p壞。 鉆頭水眼的大小將會影響到螺桿鉆具傳動軸總成的使用壽命。選擇鉆頭水眼大小要適宜，不能過大或過小。如果水眼太小，泵壓達(dá)到額定值時，排量可能相對過小，此時馬達(dá)不易發(fā)揮出最大效能。對于泥漿潤滑的傳動軸總成，水眼過小，而排量達(dá)到額定值時，系統(tǒng)壓力增高，即造成軸承上、下液流壓力過高，這將影響串軸承和徑向軸承壽命，外觀反映 為鉆具懸空時，鉆具殼體下端與驅(qū)動接頭間隙增大（也就是驅(qū)動接頭向外竄出）；水眼過大，鉆具承受鉆壓能力降低，軸承得不到良好的潤滑。對于油密封傳動軸總成，水眼過小，會使密封軸承的內(nèi)外壓差過大，從而損壞密封。 溫度過高對螺桿馬達(dá)性能十分不利，會使所有不利影響因素加劇作用。使用油基泥漿，井底溫度低于 95℃，馬達(dá)可進(jìn)行正常工作。若溫度達(dá)到 95℃～ 150℃時，苯胺點及其它不利因素均逐漸達(dá)到臨界危害點，而當(dāng)溫度超過 150℃時，即使使用最佳的油基泥漿，甚至使用水基泥漿，馬達(dá)定子壽命都會大幅度的縮短。 為使螺 桿在較高溫度的油基泥漿下正常工作，可以采用分段下鉆，間歇循環(huán)，使用帶分流孔的空心轉(zhuǎn)子，以加速泥漿循環(huán)或改善泥漿散熱性及其它性能的方法，保證實際定子工作溫度低于極限值。 16 我公司生產(chǎn)三 種類型的定子。一種是耐溫 120℃的常規(guī)定子，其額定工作溫度 95℃，最高工作溫度 120℃ 。第二 種是耐溫 150℃的耐高溫定子，其額定工作溫度 135℃，最高工作溫度 150℃。 第三種 是耐溫 165℃的耐高溫定子，其額定工作溫度 150℃，最高工作溫度165℃。 螺桿鉆具特性之一，輸出轉(zhuǎn)速與輸入泥漿流量成正比。每一種鉆具都有一 定的有效工作流量范圍。當(dāng)輸入泥漿流量超過最大流量值，轉(zhuǎn)子就會超速旋轉(zhuǎn)，定子的疲勞負(fù)載就會大大增加，導(dǎo)致定子提前損壞。如果輸入泥漿流量小于最小流量值，馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩就會降低，從而影響其使用效果。因此建議按推薦參數(shù)進(jìn)行操作，當(dāng)實際使用的泥漿排量超過推薦的最大流量時，可使用中空轉(zhuǎn)子以延長馬達(dá)的使用壽命。 螺桿鉆具進(jìn)行空運轉(zhuǎn)時，若保持泥漿流量不變，螺桿鉆具與鉆頭產(chǎn)生的壓降為一常數(shù)值，該值隨螺桿 型號 和規(guī)格的不同而有所不同。 馬達(dá)工作時，隨著鉆壓逐漸增加，泥漿的循環(huán)壓力逐漸上升，該壓力的增 量與鉆壓或鉆進(jìn)所需的扭矩的增量成正比。當(dāng)達(dá)到最大推薦工作壓力降時，產(chǎn)生最佳扭矩。 繼續(xù)增加鉆壓，當(dāng)循環(huán)泥漿在馬達(dá)兩端產(chǎn)生的壓降超過最大設(shè)計值時，螺桿將發(fā)生制動。正常工作時，表壓隨鉆壓的增減而升降。如果泵壓表突然增加了幾兆帕，繼續(xù)增加鉆壓，泵壓不再增加這說明螺桿發(fā)生了制動。此時馬達(dá)定子與轉(zhuǎn)子間密封被沖開，泥漿通過不轉(zhuǎn)的馬達(dá)從鉆頭水眼流出。這是螺桿的緊急過載保護(hù)功能。當(dāng)鉆頭因故障遇卡時，鉆井液在螺桿制動情況下仍可以繼續(xù)循環(huán)流過螺桿。但一旦螺桿發(fā)生制動，應(yīng)迅速將其 提離井底降低鉆壓，因為泥漿長時間流過不轉(zhuǎn)的馬達(dá)會使 螺桿嚴(yán)重?fù)p壞，甚至出現(xiàn)倒扣落井事故。 另外，要使鉆具獲得最佳工作效率和工作壽命，應(yīng)將螺桿兩端壓差控制在推薦參數(shù)范圍內(nèi)。 螺桿的輸出扭矩與泥漿流過馬達(dá)產(chǎn)生的壓力降成正比，但對螺桿輸出轉(zhuǎn)速的變化幾乎不產(chǎn)生影響。 實驗表明，螺桿從空載狀態(tài)到最大有效工作載荷區(qū)，速度降低一般不超過 10%。 螺桿進(jìn)入工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)子驅(qū)動鉆頭作順時針轉(zhuǎn)動，同時在鉆具殼體上產(chǎn)生一反作用扭矩，該扭矩向上傳遞到整個鉆柱上，會引起螺桿以上各聯(lián)接絲扣緊扣或引起螺桿定子殼體以下聯(lián)接絲扣松扣。反扭矩隨鉆壓增加而增加，當(dāng)螺桿制動時，其值達(dá) 到最大值。 中成 螺桿鉆具 在工作中軸向上存在如下各力（如圖 12） F:轉(zhuǎn)子、萬向軸、傳動軸及鉆頭重量 F△ pm：馬達(dá)兩端壓降產(chǎn)生的軸向液壓推力 F△ pb：鉆頭水眼壓降所產(chǎn)生的軸向力 W：鉆壓 設(shè)向下作用力： F+ F△ pm + F△ pb =C 那么推力軸承負(fù)荷 Lb=F+F△ pm +F△ pb W=CW 推 力軸承設(shè)計用來承受軸向載荷的合力，并將其傳遞給螺桿殼體，理想狀態(tài)，合力為零，軸承不受載，此時軸承壽命最長，用這種方法平衡鉆壓，可延長軸壽命。 圖 12 17 負(fù)載分析狀態(tài)： CW 離井底推力軸承受載 C=W 軸承不受載（平衡點） CW 坐井底推力軸承受載 現(xiàn)場經(jīng)常有這樣的情況，螺桿使用后，尚未回收經(jīng)過維修中心修復(fù)或現(xiàn)場使用認(rèn)為時間不長，想再次使用。可遵循下列步驟，以確定鉆具傳動軸總成的壽命是否能滿足不回修而再次使用的要求。 螺桿在使用之后，將它放在鉆臺上，進(jìn)行下列工作。 第一步：用吊卡將螺桿吊起來，仔細(xì)測量并記錄下短節(jié)和驅(qū)動接頭之間的間隙尺寸 D1。 第二步：將鉆具座在鉆臺上，用鉆具自身重量壓縮軸承總成，再次測量并記錄下短節(jié)和驅(qū)動接頭之間的間隙尺寸 D2。 表 3 為軸承所允許的間隙值，供用戶參考判斷螺桿可否重復(fù)使用。 表 3 軸承間隙 鉆具規(guī)格（外徑） 間隙 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 、螺桿鉆具的使用 螺桿鉆具下井使用之前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行細(xì)致的檢查，確保下井后能正常工作，避免不必要的起下鉆和由此造成的損失。 中成 — 鉆具除提升短節(jié)和旁通閥外， 其它部分的殼體聯(lián)接均涂以鎖緊劑，并按規(guī)定的緊扣扭矩上緊。 在選擇鉆具及其組合方案時，應(yīng)制訂鉆井作業(yè)計劃，充分考慮井眼孔徑、井眼軌道、鉆頭類型、規(guī)格、地層結(jié)構(gòu)和水力計算等細(xì)節(jié)。 螺桿下井前，應(yīng)在鉆臺上按下述方法進(jìn)行試驗： a．用提升短節(jié)將螺桿提起 ， 坐入轉(zhuǎn)盤卡瓦內(nèi)，裝上安全卡瓦卸去提升短節(jié)。 b．檢查旁通閥：用木棒下壓旁通閥閥芯，從上部注滿水，此時旁通閥應(yīng)不漏，水面無明顯下降。然后松開閥芯，閥芯復(fù)位，所注水應(yīng)從旁通閥口均勻流出。 c．接上方鉆桿，卸去安全 卡瓦，提出卡瓦，下放螺桿使旁通閥閥口處于轉(zhuǎn)盤下易于觀察的位置。 d．開泵：逐漸提高排量直到旁通閥關(guān)閉、馬達(dá)起動為止（記下該排量值）。不停泵上提鉆具至能看見轉(zhuǎn)動的驅(qū)動接頭為止。在此過程中可能有部分泥漿經(jīng)軸承組流出，觀察螺桿運轉(zhuǎn)情況。停泵前應(yīng)再下放鉆具，讓旁通閥閥口位于轉(zhuǎn)盤以下，檢查停泵時是否泥漿經(jīng)旁通閥閥口順利流出。 e．地面檢查結(jié)束后，用吊鉗卡住驅(qū)動接頭，用鉆頭盒把鉆頭和螺桿接上（大鉗只可咬在旋轉(zhuǎn)傳動軸驅(qū)動接頭上），緊扣扭矩見附錄 7。（注：應(yīng)保證傳動軸驅(qū)動接頭相對于上面的殼體反時針轉(zhuǎn)動，以防止內(nèi)部螺 紋松扣。） 使用彎接頭時，定向裝置帶的轉(zhuǎn)盤套和定位鍵必須和工具面對正，如果要用回壓凡爾，可直接安裝在旁通閥上方。如果在驅(qū)動接頭和鉆頭之間還要加轉(zhuǎn)換接頭，建議不應(yīng)超過250mm 長，以免產(chǎn)生過多的方位變化，降低軸承壽命或損壞傳動軸。 a．下放鉆具及其組合應(yīng)小心地控制下放速度，以防撞到沙橋、井壁臺肩和套管鞋上使鉆具損壞。下鉆遇阻，應(yīng)開泵循環(huán)，慢慢劃眼通過。若帶有彎接頭或彎殼體的螺桿遇阻時應(yīng)周期性地轉(zhuǎn)動組合，慢慢通過，以防止劃出新井眼。 b．對于深井和高溫井，下放螺桿建議周 期性地進(jìn)行中途循環(huán)，這樣可防止螺桿堵塞，或因高溫造成的螺桿定子損壞。 c．在井內(nèi)，泥漿若不能迅速通過旁通閥閥口流進(jìn)鉆柱中，應(yīng)減慢下鉆速度或不時停下來充灌泥漿。下鉆時，注意不可頓鉆或?qū)⒙輻U直接坐入井底。 a．螺桿達(dá)到預(yù)先計劃的井深位置，可以開泵循環(huán)，由于鉆頭側(cè)向力的影響，壓力值可能超過計算值。 b．定向前應(yīng)充分清洗井底，清除井底巖屑沉淀或堆積，消除循環(huán)不徹底對定向的影響。具體方法是以正常的泥漿循環(huán)慢慢轉(zhuǎn)動鉆具（每次轉(zhuǎn) 30176?！?45176。）依次把堆積井底巖屑和沉砂清出，清理干凈后 ，上提鉆具 ～ 循環(huán)并記錄，校對壓力值。 a．螺桿懸離井底進(jìn)行空循環(huán)時，立管壓力表所顯示的是整個系統(tǒng)的空載循環(huán)泵壓，也稱離井底泵壓。 容積式馬達(dá)特性之一，馬達(dá)所產(chǎn)生的扭矩與兩端所產(chǎn)生的壓力降成正比，和整個系統(tǒng)壓力變化成正比。鉆頭鉆進(jìn)時，隨著鉆壓升高，工作扭矩的加大，馬達(dá)兩端的壓力降也成正 19 比例增加。循環(huán)系統(tǒng)的壓力表反應(yīng)出該壓力的增值。通過監(jiān)視地面立管壓力表，便可以判斷鉆具壓力和扭矩的變化（鉆桿與井壁的摩擦可能會影響判斷精度）。在充分考慮鉆頭水眼壓降和鉆壓的關(guān)系后，把表 壓增值限制在所選鉆具推薦值范圍內(nèi)就會產(chǎn)生最佳效能。 工作打鉆泵壓 =離井底泵壓 +鉆具負(fù)載壓力降 離井底泵壓不是一個常數(shù)，它隨井深和泥漿的變化而變化，在實際操作中，一般取每次單根后的離井底泵壓為近似值，這樣做完全可以滿足要求。當(dāng)泵壓處于最佳工作狀態(tài)時，停止增加鉆壓，泵壓會產(chǎn)生波動穩(wěn)定下降，直到再次調(diào)整鉆壓。 b．施加鉆壓不要太猛，鉆壓不是監(jiān)視螺桿工作的指標(biāo)，只是作為參考指標(biāo)，判斷螺桿工作情況的主要依據(jù)應(yīng)該是泵壓。對于發(fā)生較大磨損的馬達(dá)，還應(yīng)以進(jìn)尺速度為依據(jù)。 c．鉆井方式采用導(dǎo)向鉆進(jìn)時，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速 應(yīng)不超過 75rpm，彎殼體角度在 1176。 30’ 以上的鉆具，導(dǎo)向鉆進(jìn)時轉(zhuǎn)盤不允許旋轉(zhuǎn)。另外，當(dāng)采用導(dǎo)向鉆進(jìn)時，鉆具的自身旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)）和轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)）必然產(chǎn)生一個疊加效應(yīng)，但這個疊加存在一個正疊加和負(fù)疊加的效果 ，即給鉆頭轉(zhuǎn)速產(chǎn)生一個增速或失速（也稱丟轉(zhuǎn)）的結(jié)果。因此，由于此現(xiàn)象的存在，導(dǎo)向鉆進(jìn)時，鉆壓不宜過大，即轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩應(yīng)小于馬達(dá)輸出的扭矩。這樣，才能使兩種旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生正疊加，最終達(dá)到提高機械鉆速度效果。 螺桿起鉆過程類似常規(guī)鉆機起鉆操作。起鉆時，旁通閥處于開位，允許鉆柱中的泥漿泄入環(huán)空。 但螺桿本身不能快速地排除泥漿，通常在起鉆前在鉆柱上部注入一段加重泥漿，使鉆桿內(nèi)的泥漿順利排出。 20 七 、 導(dǎo)向螺桿鉆具的使用 導(dǎo)向螺桿鉆具的使用，與常規(guī)螺桿鉆具基本相同。由于導(dǎo)向螺桿鉆具具有彎殼體、扶正器等特殊結(jié)構(gòu)，因而使用時需要注意以下問題。 由于導(dǎo)向螺桿鉆具可以設(shè)計為各種不同的結(jié)構(gòu)形式，用戶在使用螺桿鉆具時，又往往采用不同形式的鉆柱組合，加之不同地層結(jié)構(gòu)的影響，因此，往往難以簡單地給