影響螺桿鉆使用原因分析及對(duì)策

王濤等

摘 要： 螺桿鉆具是油水井修井中常用的一種鉆銑工具，它是以液體壓力為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)井下鉆具旋轉(zhuǎn)的工具。由于對(duì)洗井液的要求比較高，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，操作不當(dāng)易造成螺桿鉆具的損壞，這樣既影響施工進(jìn)度，又增加作業(yè)費(fèi)用。本文根據(jù)螺桿鉆現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況，從選鉆到如何操作提出自己見(jiàn)解。

關(guān)鍵詞：螺桿鉆；損壞原因；如何選鉆；使用及操作

一、影響螺桿鉆使用原因分析

1、液體影響：液體中含砂量高于5%，易堵塞鉆具，鉆具壽命將大大降低。

2、溫度影響：溫度過(guò)高對(duì)鉆具馬達(dá)性能影響不利。井底溫度低于95°C，鉆具可以正常工作，若超過(guò)120°C，影響鉆具工作性能的諸多不利因素逐漸達(dá)到臨界危害點(diǎn)。因此，正常使用鉆具，一般不允許超過(guò)120°C。

3、液體排量：螺桿鉆的輸出轉(zhuǎn)速與液體排量成正比，流量（技術(shù)參數(shù)480-720L/min）過(guò)大會(huì)導(dǎo)致螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速過(guò)高，減少連續(xù)使用的時(shí)間，甚至損壞馬達(dá)；流量太小會(huì)導(dǎo)致螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速下降，輸出功率不夠，甚至螺桿鉆具因旁通閥不能關(guān)閉而不工作。

4、泵壓與鉆壓：鉆具工作時(shí)，隨鉆壓逐漸增加，液體循環(huán)壓力逐漸上升，該壓力的增量與鉆壓成正比，當(dāng)達(dá)到最大推薦工作壓降時(shí)（3.2Mpa），產(chǎn)生最佳扭矩。繼續(xù)增加鉆壓，當(dāng)馬達(dá)壓降超過(guò)最大設(shè)計(jì)值（3.2Mpa），鉆具發(fā)生滯動(dòng)，應(yīng)迅速將鉆具提離井底降低鉆壓，長(zhǎng)時(shí)間滯動(dòng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p害鉆具。

5、扭矩：螺桿鉆輸出扭矩與馬達(dá)壓降成正比，螺桿鉆工作時(shí)的實(shí)際輸出扭矩，取決于鉆壓的大小。螺桿鉆帶動(dòng)鉆頭作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在鉆具殼體上產(chǎn)生反扭矩，反扭矩的大小為輸出扭矩與摩擦損失扭矩之和，反扭矩通過(guò)螺桿鉆殼體傳遞到鉆柱上，從而引起螺桿鉆馬達(dá)以上部分連接絲扣緊扣，螺桿鉆馬達(dá)以下部分連接絲扣松扣，反扭矩在鉆具滯動(dòng)時(shí)達(dá)到最大值，易發(fā)生螺桿鉆具馬達(dá)以下連接部位脫落。

6、鉆頭：鉆頭水眼大小的選擇與所使用的鉆頭、地層結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)進(jìn)尺有關(guān)。水眼過(guò)大會(huì)使軸承得不到良好的潤(rùn)滑，降低螺桿鉆具承受鉆壓的能力，水眼過(guò)小，流量相對(duì)小，不能充分發(fā)揮馬達(dá)的性能，系統(tǒng)壓力偏高，影響軸承的壽命。

二、常用鉆頭和磨鞋簡(jiǎn)介

1、尖鉆頭（單刮刀鉆頭）。 1）結(jié)構(gòu)：尖鉆頭由接頭、鉆頭體與磨銑材料焊接而成。 由于本身結(jié)構(gòu)的原因底部承壓面積較小，故此不能使用較高鉆壓與較快轉(zhuǎn)速，尤其是使用油管作鉆具時(shí)更注意。鉆水泥塞時(shí)鉆壓一般以6-12KN為宜。 2）用途：它是修井作業(yè)中常用的一種簡(jiǎn)單工具，用來(lái)鉆水泥塞、沖鉆砂橋、刮去套管壁上的臟物和硬蠟及某些礦物結(jié)晶。

2、四刮刀鉆頭。1）結(jié)構(gòu)：由接頭、鉆頭體焊接而成，底部斷面呈十字形，承壓面積較單刮刀鉆頭要大，可以適當(dāng)提高鉆壓。2）在鉆水泥塞或涂料砂等施工中常用。

3、三牙輪鉆頭。1）結(jié)構(gòu)：由接頭、巴掌、牙輪、軸承及密材件等組成。2）修井作業(yè)中用以鉆水泥塞和各種礦物結(jié)晶，擅長(zhǎng)啃硬，但不易在鉆磨中有蹩跳現(xiàn)象的情況下使用，否則易造成牙及軸承損壞。

4、磨鞋。1）分類：平底磨鞋、凹底磨鞋及領(lǐng)眼磨鞋。2）結(jié)構(gòu)： a、平底磨鞋：由磨鞋本體及堆焊的YD合金或其他耐磨材料組成。 b、凹面磨鞋的底面成一定角度，（5-30?）其上有YD合金或其它耐磨材料，其它同平底磨鞋。c、領(lǐng)眼磨鞋由磨鞋體、領(lǐng)眼錐體或圓柱體兩部分組成。3）磨碎井下落物，如鉗牙、螺絲、油管裂體等。

5、西瓜皮鉆頭：由上接頭、鉆頭本體、水槽、水眼及焊接材料如鎢鋼塊等組成，因此形狀象西瓜皮而得名，它能攻堅(jiān)啃硬，適用于比較難啃的骨頭，缺點(diǎn)是對(duì)套管損壞較大。

6、三刃（五刃）磨鞋：它是在平底（凹底）磨鞋的基礎(chǔ)上，根據(jù)刀削原理，在底面上焊上三刃（五刃）而成，主要特點(diǎn)是切削速度快，有利于提高磨銑速度和磨銑時(shí)間，在鉆壓、鉆速、排量相匹配的前提下可以在井下連續(xù)磨銑6-8小時(shí) 。

三、鉆頭選擇

通常情況下指裸眼井段地層坍塌而影響正常采注或地質(zhì)要求繼續(xù)下鉆的裸眼。由于裸眼井段地層巖石質(zhì)地比較堅(jiān)硬，常規(guī)情況下可選擇牙輪鉆頭或平底磨鞋。但對(duì)于井內(nèi)憋跳鉆嚴(yán)重的，三牙輪鉆頭并不適用。應(yīng)選用適當(dāng)外徑的西瓜皮鉆頭或三刃（五刃）磨鞋可收到良好的效果。選擇西瓜皮鉆頭時(shí)應(yīng)接扶正器，以防破壞井壁。同時(shí)由于西瓜皮鉆頭結(jié)構(gòu)的原因加之地層可能坍塌，在鉆磨中每鉆下5米左右應(yīng)起下幾次，無(wú)阻無(wú)卡后才能繼續(xù)下鉆。

四、螺桿鉆具工作原理及使用方法

螺桿鉆具的構(gòu)成和工作原理：螺桿鉆具自上而下依次由旁通閥、馬達(dá)總成、萬(wàn)向軸總成和傳動(dòng)軸總成四部分。作用是把入井液的水力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能供給鉆頭。

1、入井前檢查：（1）檢查螺桿鉆旁通閥活塞是否靈活；用硬木棒壓下旁通閥的閥芯至下死點(diǎn)，然后松開(kāi)閥芯，檢查彈簧是否能將閥芯復(fù)位，如復(fù)位靈活，方可使用。（2）盤(pán)鉆：用管鉗盤(pán)動(dòng)鉆頭要有一定的力矩，如太松，說(shuō)明轉(zhuǎn)子和定子之間空隙大，輸出扭矩??；如太緊，說(shuō)明轉(zhuǎn)子和定子之間或轉(zhuǎn)動(dòng)軸異物堵塞，無(wú)法輸出扭矩。（3）開(kāi)泵。先小排量，然后逐漸增大到正常排量檢查旁通閥是否關(guān)閉，芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活。

2、鉆具配合：在套管內(nèi)鉆塞時(shí)自下而上鉆具配合為：鉆塞工具+螺桿鉆具+提升短節(jié)+井下過(guò)濾器+提升短節(jié)+油管鉆柱。 井眼及鉆具：（1）井眼暢通，保證螺桿鉆具順利下入井底。（2）用油管通井規(guī)對(duì)所用油管進(jìn)行通徑，防止管內(nèi)碎削堵塞螺桿鉆具或鉆頭水眼。（3）液體要干凈。

3、下鉆：過(guò)程中要平穩(wěn)操作，控制下放速度，一般 10m/min 為宜，以防止倒抽贓物堵死鉆頭和螺桿鉆具。下鉆途中可適當(dāng)開(kāi)泵頂通水眼或每下 500 米向鉆柱內(nèi)灌注清潔洗井液一次。

4、鉆進(jìn)操作：1）泵車(chē)進(jìn)水口與出水口在大罐中盡量遠(yuǎn)離，兩端距離在5-6米，上水口放置在盡量遠(yuǎn)離罐底，保持在水面下10-20厘米。2）鉆進(jìn)：（1）在鉆頭接觸水泥塞前充分循環(huán)洗井，在出口排量與泵壓都穩(wěn)定后緩慢加壓，通過(guò)變換鉆壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)壓力值保持在6-8KN，泵壓4-5MPa之間，排量以 400-600L/min鉆井速度最快，根據(jù)鉆進(jìn)情況隨時(shí)下放管柱，始終保持鉆頭6-8KN的恒壓。（2）排量必須保持設(shè)計(jì)值。（3）鉆進(jìn)允許最大泵壓等于懸空循環(huán)泵壓與馬達(dá)壓降之和。（4）在排量一定的條件下，工作壓差和鉆頭扭矩隨鉆壓增大而增加。（5）鉆進(jìn)中要認(rèn)真掌握鉆壓和泵壓的變化，防止鉆壓過(guò)大而壓死鉆具。若壓死鉆具應(yīng)立即上提鉆具，然后減壓鉆進(jìn)。（6）每鉆完一個(gè)單根后，要上提下放劃眼3次并循環(huán)洗井一周。 3）壓力表壓力突然升高?？膳袛酁轳R達(dá)失速。馬達(dá)失速是指當(dāng)載荷過(guò)大，壓力高到一定程度后，破壞定子與轉(zhuǎn)子間形成的密封容腔的密封性能，高壓液體不經(jīng)馬達(dá)做功而強(qiáng)行穿過(guò)定子、轉(zhuǎn)子間形成的縫隙，轉(zhuǎn)數(shù)嚴(yán)重丟失的現(xiàn)象。馬達(dá)失速的原因：4）鉆壓過(guò)大，把鉆具壓死，使鉆具暫時(shí)失速，判斷是否暫時(shí)失速可把鉆具提離井底0.3-0.6米，核對(duì)循環(huán)壓力，然后再逐步加壓。如壓力表隨之逐步升高，其他一切正常，可確認(rèn)是暫時(shí)失速。5）馬達(dá)、傳動(dòng)軸卡死，鉆頭水眼被堵。把鉆頭提高井底，壓力表讀書(shū)仍然很高，說(shuō)明鉆具軸承卡死。如發(fā)生嚴(yán)重憋泵現(xiàn)象則可以判斷馬達(dá)泥包堵塞或鉆頭水眼堵塞。處理辦法提出檢查或更換。6）壓力表壓力慢慢增高。a、鉆頭水眼堵塞或部分堵塞。把鉆具提離井底，檢查壓力，如仍高于正常循環(huán)壓力，可試著改變循環(huán)流量或上下移動(dòng)鉆桿，如無(wú)效，只能提出檢查，更換。b、地層變化。把鉆具稍稍提起，如壓力與循環(huán)壓力相同，可繼續(xù)使用。7）壓力表壓力緩慢降低?？赡苁怯捎谂酝ㄩy未完全關(guān)閉，鉆具刺壞或井漏引起的。a）旁通閥關(guān)不上，鉆具損壞。稍提鉆具，壓力表讀書(shū)低于循環(huán)壓力，低于循環(huán)壓力，提出檢查。b）井漏，檢查水泥車(chē)流量。8）無(wú)進(jìn)尺。a、地層變化。適當(dāng)改變鉆壓和泵壓。b、馬達(dá)失速。壓力表讀書(shū)增高，鉆具提離井底，檢查循環(huán)壓力，加小鉆壓，后逐步增大鉆壓。c、旁通閥處于“開(kāi)”位，壓力表讀書(shū)偏低，稍提鉆具，啟、停泵兩次仍無(wú)效，提出檢查、更換旁通閥。d、萬(wàn)向軸損壞。常伴有壓力波動(dòng)，稍提鉆具仍波動(dòng)，只能提出鉆具，檢查更換。e、鉆頭磨損，更換鉆頭。

參考文獻(xiàn)：

[1] 萬(wàn)仁溥 羅英俊《井下作業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè)》第五分冊(cè)，石油工業(yè)出版社，2012.6