等壁厚螺桿鉆具在埕島叢式井組應(yīng)用

顧洪成，柳魯偉，梁明月（勝利工程有限公司海洋鉆井公司，山東 東營 257000）

等壁厚螺桿鉆具在埕島叢式井組應(yīng)用

顧洪成，柳魯偉，梁明月
（勝利工程有限公司海洋鉆井公司，山東 東營 257000）

等壁厚螺桿鉆具技術(shù)優(yōu)勢明顯。掌握這種新型動力鉆具的技術(shù)特點是保證其在鉆井生產(chǎn)中合理運用的前提。本文就等壁厚螺桿鉆具與普通螺桿鉆具的區(qū)別，以及在勝利海洋鉆井公司八號平臺叢式井組的實踐運用討論了等壁厚螺桿鉆具在鉆井生產(chǎn)中的優(yōu)勢。

等壁厚螺桿鉆具；結(jié)構(gòu)特點；扭矩；壽命

螺桿鉆具以泥漿為動力載體，通過泥漿泵泵出的泥漿液，經(jīng)過旁通閥進(jìn)入馬達(dá)后在進(jìn)出口形成壓差，推動馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過傳動軸和萬向軸將轉(zhuǎn)速和扭矩傳遞給鉆頭。

1　結(jié)構(gòu)特點

同普通螺桿鉆具基本結(jié)構(gòu)相同，如下圖1所示，等壁厚螺桿鉆具包括：傳動軸總成、萬向軸總成、馬達(dá)總成、防掉總成和旁通閥總成等五部分。雖然兩種鉆具的結(jié)構(gòu)組成相似，但詳細(xì)結(jié)構(gòu)卻存在較大的差異。

圖1

如圖2a所示，常規(guī)螺桿鉆具馬達(dá)外壁為剛體，在內(nèi)壁光滑的定子殼體上澆鑄橡膠形成襯套。橡膠襯套黏合與內(nèi)壁光滑的定子殼體上，外表面為圓柱形，內(nèi)表面為螺旋曲面，與轉(zhuǎn)子相互嚙合，通過不同的導(dǎo)程差形成螺旋密封腔。采用這種澆鑄方法，定子殼體內(nèi)的橡膠襯套厚薄不均，波峰和波谷處的橡膠厚度存在較大差別。由于橡膠襯套硫化過程中的溫度和時間無法改變，波峰、波谷處的橡膠會出現(xiàn)過度硫化及硫化不充分的現(xiàn)象，加之螺桿鉆具轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)長時間工作，因此容易出現(xiàn)掉塊、撕裂和脫膠現(xiàn)象，導(dǎo)致馬達(dá)過早失效，縮短了螺桿鉆具的使用壽命。

圖2a　常規(guī)馬達(dá)定子

如圖2b所示，等壁厚螺桿鉆具馬達(dá)定子的螺旋曲面經(jīng)過硫化后厚度一致、分布均勻，等壁厚橡膠硫化過程中不會出現(xiàn)脫膠或老化等問題，內(nèi)表面加工后的螺旋曲面與轉(zhuǎn)子配合形成等壁厚馬達(dá)，增強了橡膠在定子表面的抗變形能和耐沖擊能力，達(dá)到最佳硫化效果，延長了馬達(dá)使用周期。同時定子內(nèi)橡膠適用性強，在運轉(zhuǎn)條件下變形程度低，增加了與轉(zhuǎn)子的配合量，提高了馬達(dá)壓降，即使在壓降相同的情況下馬達(dá)尺寸縮短，鉆具機械效率得到進(jìn)一步提高。

圖2b　等壁厚馬達(dá)定子

2　技術(shù)優(yōu)勢

2.1壽命長

等壁厚鉆具馬達(dá)定子內(nèi)螺旋曲面采用加工和硫化橡膠工藝，內(nèi)曲面提供了更大的橡膠粘結(jié)面積，從而增加粘附性。等壁厚橡膠在硫化過程中收縮均勻，不會出現(xiàn)橡膠局部老化、掉膠等問題，使硫化效果達(dá)到最佳。保證了定子橡膠的壽命。

等壁厚鉆具定子內(nèi)螺旋曲面使橡膠的支撐均勻，這樣的橡膠在使用過程中磨損均勻，收縮均勻，在橡膠磨損后仍保持相對好的密封性能，而常規(guī)鉆具橡膠頭部磨損快，收縮量大，造成局部漏失量大。因此等壁厚螺桿鉆具的動力衰減要比常規(guī)螺桿鉆具慢的多。

2.2效率高

等壁厚鉆具馬達(dá)定子內(nèi)螺旋型腔橡膠厚度谷底相同，定子頭部對橡膠支撐力強，高壓下定子變形率相同，變形量減小，抗變能力比傳統(tǒng)的定子更強，因此密封腔高壓下容積效率提高，漏失量減少，密封性能增強，耐壓力提高。每級承壓能力是常規(guī)定子的2-3倍，自相同長度下等壁厚螺桿鉆具比不同螺桿鉆具的動力更足。

2.3輸出扭矩大，提高定向測量精度

根據(jù)螺桿鉆具“排量決定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速決定壽命”的特性，等壁厚鉆具通過對定子襯套與轉(zhuǎn)子配合的優(yōu)化，采用馬達(dá)定子與轉(zhuǎn)子間隙配合，等壁厚螺桿鉆具在同樣的工作點下，容積效率提高，轉(zhuǎn)速更快，機械效率提高后扭矩隨之提高。輸入功率相同的情況下，比傳統(tǒng)的螺桿鉆具提供更大的輸出功率。相反，在輸出扭矩相同的情況下，等壁厚螺桿鉆具定子長度比常規(guī)鉆具要短，這會使同等輸出性能的螺桿鉆具縮短，使螺桿鉆具上部的定向儀器更接近鉆頭，有利于提高測量精度。

3　等壁厚螺桿鉆具在實踐中的主要技術(shù)指標(biāo)

勝利海洋鉆井公司八號平臺在2015年CB6GB井組中第一次采用等壁厚螺桿鉆具，各方面指標(biāo)較常規(guī)螺桿鉆具優(yōu)勢明顯。我平臺選用的直徑197毫米、單彎1.25度的動力鉆具在該井組施工中共下井十次，完成總進(jìn)尺11652米，總運轉(zhuǎn)時間為315.07小時，其中純鉆進(jìn)時間達(dá)182.3小時，馬達(dá)壽命比以往普通螺桿鉆具的1.5倍以上。平均機械鉆速達(dá)63.92米/小時（比同類型的螺桿鉆具提高百分之三十），CB6GB-8的最快機械鉆速達(dá)105.33米/小時，創(chuàng)油田海上同類型動力鉆具的多項紀(jì)錄。

4　結(jié)論與認(rèn)識

（1）較普通螺桿鉆具相比，等壁厚螺桿鉆具機械鉆速有一定幅度的提高，可以減少鉆井周期，降低鉆井成本。

（2）在相同地層情況下，等壁厚螺桿鉆具使用壽命長。一個12口井的叢式井組施工過程中，比普通螺桿鉆具可以少使用1到2根，大大降低了鉆井成本。

（3）等壁厚馬達(dá)橡膠壁厚均勻，定、轉(zhuǎn)子形成的密封腔穩(wěn)定可靠，鉆具的安全性大大提高。

（4）等壁厚鉆具長度縮短，定向隨鉆測量儀的測量精度提高，在定向鉆進(jìn)與復(fù)合穩(wěn)斜鉆進(jìn)時施工精度高，尤其是水平井施工優(yōu)勢明顯。

綜上所述，等壁厚螺桿鉆具具有較高的推廣應(yīng)用價值。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.014

顧洪成（1961-），男，本科，高級工程師，勝利石油工程高級專家，主要從事石油工程技術(shù)工作。