影響螺桿鉆使用原因分析及對策

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力，驅動井下鉆具旋轉的工具。由于對洗井液的要求比較高，在現場施工時，操作不當易造成螺桿鉆具的損壞，這樣既影響施工進度，又增加作業費用。本文根據螺桿鉆現場實際使用情況，從選鉆到如何操作提出自己見解。

關鍵詞：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：溫度過高對鉆具馬達性能影響不利。井底溫度低于95°C，鉆具可以正常工作，若超過120°C，影響鉆具工作性能的諸多不利因素逐漸達到臨界危害點。因此，正常使用鉆具，一般不允許超過120°C。

3、液體排量：螺桿鉆的輸出轉速與液體排量成正比，流量（技術參數480-720L/min）過大會導致螺桿鉆具的轉速過高，減少連續使用的時間，甚至損壞馬達；流量太小會導致螺桿鉆具的轉速下降，輸出功率不夠，甚至螺桿鉆具因旁通閥不能關閉而不工作。

4、泵壓與鉆壓：鉆具工作時，隨鉆壓逐漸增加，液體循環壓力逐漸上升，該壓力的增量與鉆壓成正比，當達到最大推薦工作壓降時（3.2Mpa），產生最佳扭矩。繼續增加鉆壓，當馬達壓降超過最大設計值（3.2Mpa），鉆具發生滯動，應迅速將鉆具提離井底降低鉆壓，長時間滯動會嚴重損害鉆具。

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

6、鉆頭：鉆頭水眼大小的選擇與所使用的鉆頭、地層結構及鉆進進尺有關。水眼過大會使軸承得不到良好的潤滑，降低螺桿鉆具承受鉆壓的能力，水眼過小，流量相對小，不能充分發揮馬達的性能，系統壓力偏高，影響軸承的壽命。

二、常用鉆頭和磨鞋簡介

1、尖鉆頭（單刮刀鉆頭）。 1）結構：尖鉆頭由接頭、鉆頭體與磨銑材料焊接而成。 由于本身結構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速，尤其是使用油管作鉆具時更注意。鉆水泥塞時鉆壓一般以6-12KN為宜。 2）用途：它是修井作業中常用的一種簡單工具，用來鉆水泥塞、沖鉆砂橋、刮去套管壁上的臟物和硬蠟及某些礦物結晶。

2、四刮刀鉆頭。1）結構：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）結構：由接頭、巴掌、牙輪、軸承及密材件等組成。2）修井作業中用以鉆水泥塞和各種礦物結晶，擅長啃硬，但不易在鉆磨中有蹩跳現象的情況下使用，否則易造成牙及軸承損壞。

4、磨鞋。1）分類：平底磨鞋、凹底磨鞋及領眼磨鞋。2）結構： 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、領眼磨鞋由磨鞋體、領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，它能攻堅啃硬，適用于比較難啃的骨頭，缺點是對套管損壞較大。

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

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要求繼續下鉆的裸眼。由于裸眼井段地層巖石質地比較堅硬，常規情況下可選擇牙輪鉆頭或平底磨鞋。但對于井內憋跳鉆嚴重的，三牙輪鉆頭并不適用。應選用適當外徑的西瓜皮鉆頭或三刃（五刃）磨鞋可收到良好的效果。選擇西瓜皮鉆頭時應接扶正器，以防破壞井壁。同時由于西瓜皮鉆頭結構的原因加之地層可能坍塌，在鉆磨中每鉆下5米左右應起下幾次，無阻無卡后才能繼續下鉆。

四、螺桿鉆具工作原理及使用方法

螺桿鉆具的構成和工作原理：螺桿鉆具自上而下依次由旁通閥、馬達總成、萬向軸總成和傳動軸總成四部分。作用是把入井液的水力能轉化為機械能供給鉆頭。

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，然后松開閥芯，檢查彈簧是否能將閥芯復位，如復位靈活，方可使用。（2）盤鉆：用管鉗盤動鉆頭要有一定的力矩，如太松，說明轉子和定子之間空隙大，輸出扭矩小；如太緊，說明轉子和定子之間或轉動軸異物堵塞，無法輸出扭矩。（3）開泵。先小排量，然后逐漸增大到正常排量檢查旁通閥是否關閉，芯軸轉動是否靈活。

2、鉆具配合：在套管內鉆塞時自下而上鉆具配合為：鉆塞工具+螺桿鉆具+提升短節+井下過濾器+提升短節+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）用油管通井規對所用油管進行通徑，防止管內碎削堵塞螺桿鉆具或鉆頭水眼。（3）液體要干凈。

3、下鉆：過程中要平穩操作，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。下鉆途中可適當開泵頂通水眼或每下 500 米向鉆柱內灌注清潔洗井液一次。

4、鉆進操作：1）泵車進水口與出水口在大罐中盡量遠離，兩端距離在5-6米，上水口放置在盡量遠離罐底，保持在水面下10-20厘米。2）鉆進：（1）在鉆頭接觸水泥塞前充分循環洗井，在出口排量與泵壓都穩定后緩慢加壓，通過變換鉆壓試驗，發現壓力值保持在6-8KN，泵壓4-5MPa之間，排量以 400-600L/min鉆井速度最快，根據鉆進情況隨時下放管柱，始終保持鉆頭6-8KN的恒壓。（2）排量必須保持設計值。（3）鉆進允許最大泵壓等于懸空循環泵壓與馬達壓降之和。（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）鉆進中要認真掌握鉆壓和泵壓的變化，防止鉆壓過大而壓死鉆具。若壓死鉆具應立即上提鉆具，然后減壓鉆進。（6）每鉆完一個單根后，要上提下放劃眼3次并循環洗井一周。 3）壓力表壓力突然升高。可判斷為馬達失速。馬達失速是指當載荷過大，壓力高到一定程度后，破壞定子與轉子間形成的密封容腔的密封性能，高壓液體不經馬達做功而強行穿過定子、轉子間形成的縫隙，轉數嚴重丟失的現象。馬達失速的原因：4）鉆壓過大，把鉆具壓死，使鉆具暫時失速，判斷是否暫時失速可把鉆具提離井底0.3-0.6米，核對循環壓力，然后再逐步加壓。如壓力表隨之逐步升高，其他一切正常，可確認是暫時失速。5）馬達、傳動軸卡死，鉆頭水眼被堵。把鉆頭提高井底，壓力表讀書仍然很高，說明鉆具軸承卡死。如發生嚴重憋泵現象則可以判斷馬達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，如仍高于正常循環壓力，可試著改變循環流量或上下移動鉆桿，如無效，只能提出檢查，更換。b、地層變化。把鉆具稍稍提起，如壓力與循環壓力相同，可繼續使用。7）壓力表壓力緩慢降低。可能是由于旁通閥未完全關閉，鉆具刺壞或井漏引起的。a）旁通閥關不上，鉆具損壞。稍提鉆具，壓力表讀書低于循環壓力，低于循環壓力，提出檢查。b）井漏，檢查水泥車流量。8）無進尺。a、地層變化。適當改變鉆壓和泵壓。b、馬達失速。壓力表讀書增高，鉆具提離井底，檢查循環壓力，加小鉆壓，后逐步增大鉆壓。c、旁通閥處于“開”位，壓力表讀書偏低，稍提鉆具，啟、停泵兩次仍無效，提出檢查、更換旁通閥。d、萬向軸損壞。常伴有壓力波動，稍提鉆具仍波動，只能提出鉆具，檢查更換。e、鉆頭磨損，更換鉆頭。

參考文獻：

[1] 萬仁溥 羅英俊《井下作業技術數據手冊》第五分冊，石油工業出版社，2012.6