主要承受整个液柱的向下推力和转子、万向轴、传动轴及钻头的重量;钻头座井底时承受工作状态为所施加的钻压。
b、径向轴承
径向轴承为滑动轴承,上、下各有一组。主要用来承受转子作行星运动引起的弯曲载荷和钻头的侧向力。对于泥浆润滑的传动轴总成来说,上径向轴承又称限流器,它允许马达流出的部分泥浆(在最大水眼压降作用下,约5~10%)通过轴承组件,起着冷却和润滑轴承的作用。
此外,螺杆钻具传动轴总成还包括各种常规扶正器和可换扶正器。扶正器的扶正条形式多种多样,可以起到较好的稳定效果。
3.5.导向螺杆钻具的主要结构 3.5.1组合类型
螺杆钻具是一种发展较快的井下动力钻具,随着钻井和定向井市场的需要,我公司由原只生产直型钻具和带弯接头的导向螺杆,发展到今天可生产各种组合的导向螺杆。不仅满足了钻井打普通定向井的需要,而且,适合打各类中、长、短水平井的需要,并伴随开发了DTU、DKO、FAB三种类型的螺杆组合,这些螺杆组合的特点:
a、DTU组合是在螺杆钻具的万向轴部分装有反向双弯的外壳。由于是反向双弯,故钻头的偏移距较小,这种组合可以开动转盘(低速)实现稳斜及水平段钻进。
这种组合既可用来打长曲率半径的造斜段,也可用来打6°~10°/30m造斜率的中曲率半径的造斜段,还可用来打稳斜段及水平段。它由MWD、DTU马达及高效钻头组成导向钻井系统的硬件部分,可以实现井眼轨迹的连续控制。如图5。
图5 DTU组合
b、DKO组合是在螺杆钻具的万向轴部分装有同向双弯外壳,这种组合的功能基本与DTU相同,但由于双弯同向钻头偏移距稍大,可以有较大的造斜能力。如图6。
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图6 DKO组合
c、FAB组合是在螺杆钻具马达的上部及下部(万向轴部分)各装有一单弯外壳,由于这种组合的钻头偏移距很大,故有很强的造斜能力,是一种强造斜组合,正因为钻头偏移距很大,不能开动转盘钻井,故不能用FAB马达组成导向钻井系统。如图7。
图7 FAB组合
3.5.2可调角度螺杆钻具(AKO)
我厂部分型号导向螺杆钻具可以选配地面可调角度弯壳体(单弯壳体),方便顾客根据钻井需要在现场改变弯壳体角度,具有较大的灵活性。可调弯壳体的角度调整范围为0~3°。(详见附录5)。
图8 可调角度螺杆钻具
3.5.3扶正器结构
导向螺杆钻具与常规螺杆钻具的另一个不同之处在于导向螺杆钻具的传动轴壳体上带有不同形式的扶正器。
常用的扶正器形式包括:
a、螺旋型扶正器(三翼筋、四翼筋、五翼筋);
b、对称直筋型扶正器(五翼筋、六翼筋、七翼筋均布); c、非对称直筋型扶正器(三筋巴掌式) d、单翼型扶正器
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图9 传动轴壳体上的扶正器形式
扶正器的形式和外径尺寸对造斜或稳斜的效果影响较大,用户在选用导向螺杆钻具时应对此予以重视。
3.5.4可换扶正器
为了满足钻井使用要求,有些规格的产品可以配备可换扶正器,顾客可以在井场根据情况随时更换适宜的扶正器。
a、 护套 b、螺旋型 c、对称直筋型 d、非对称直筋
图10 可换扶正器的形式
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四、螺杆钻具的工作条件和参数
螺杆钻具的使用效果和使用时间,与螺杆钻具的选型、现场工况以及操作人员的使用密切相关。因此在螺杆钻具使用前,井场技术人员和司钻应该首先了解螺杆钻具的结构原理和使用参数,并按使用手册的要求合理使用螺杆钻具。
4.1.钻井作业计划
根据整个井眼的钻井作业计划,制定一个符合螺杆钻具使用要求的详细具体的钻井作业计划,即由钻井工程师根据任务结合地层结构、井眼孔径、深度、机械钻速确定所用钻头和螺杆型号,并设计一个适合的钻具组合。
4.2.钻井液
螺杆钻具是正容积式马达,决定钻具性能的因素是马达的输入流量和作用于两端的压力降,而不是钻井液的类型,因而,使用各种类型的泥浆一般均能有效的工作。泥浆比重和粘度对钻具性能的影响甚微,但对整个压力有直接影响,推荐泥浆最大塑性粘度不应超过0.05Pa·s(50厘泊)。泥浆中所含的各种硬颗粒必须予以限制,推荐钻井液中的含砂量应低于1%,若含砂量高于5%,钻具的寿命将大大缩短。
使用油基泥浆或柴油基泥浆时,考虑到油基泥浆中芳香烃对定子橡胶的溶胀和气蚀,应该控制芳香烃的含量,同时提高油基泥浆的苯胺点。苯胺点指的是油基泥浆中均匀混合的油和苯胺在冷却时分离成两相的温度。普通情况油基泥浆的苯胺点应高于70℃,井底温度较高时苯胺点应高于93℃或更高。
泥浆中氯化物高时会因为腐蚀缩短马达的寿命,这一点在井底温度高时显得更突出。如果螺杆已在高氯化物含量泥浆中使用,在起出后应尽可能在井口冲洗,防止螺杆的腐蚀。
4.3.钻头及其水眼
钻头的选择,尤其是与螺杆钻具一起使用的钻头的选择是个十分重要的问题。这本是钻井工程师工作内容的一部分,这里所以强调一下是因为螺杆钻具是否能成功的发挥作用的几个因素中,钻头与钻具的匹配是最重要的了。希望能引起现场使用人员的重视。选择钻头与螺杆钻具配套使用的因素应是:
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a.钻井作业方案及计划。
b.针对地层需用什么样的刃部构造。 c. 钻井液流通通道的结构。 d.预先计划的机械钻速。
e.使用该钻头,钻井运转时间的估计。 f.钻头水眼压降的设计。
什么地层结构、地层软硬使用哪类钻头,用什么样的刃部设计,请参考有关钻头的专业书籍。这里仅就使用螺杆钻具完成各种钻井作业,对钻头的选择作些说明。
除钻头水眼造成的压降外,希望泥浆流经钻头底部时别再形成其他较大的压力损失,因为这对传动轴组件中的限流器十分不利。尤其当钻头水眼压降已达钻具型号规定的压降值,更应注意。这对牙轮钻头一般不必担心,但金钢石钻头端部液体通道的设计,就必须考虑通道过流面积是否可能造成额外过多的压力损失问题。同时并能保证岩屑及时排出及钻头冷却问题。
牙轮钻头一般适用于钻井周期不长的作业,如定向造斜、侧钻等。注意使用螺杆钻具作业时,一般钻头转数提高2~3倍,因此钻头轴承寿命要因之而缩短。这也提醒我们用牙轮钻头时,钻压不宜用很大,以维持牙轮钻头的寿命。根据经验,由于转数提高2~3倍,牙轮钻头齿部可比用一般传统转盘钻选硬一个等级。例如转盘钻时用“中硬”级钻头,而用螺杆钻具时,就选“硬”级钻头。用螺杆钻具为防止钻头侧面的过速磨损,可在牙轮钻头侧面外径堆焊硬质合金予以保护。 金刚石钻头不仅适用于定向造斜等,更适用于钻井周期较长的作业,如打直井等。在较长周期钻井作业中,最重要的因素就是钻头与钻具作为一个整体,不要由于其中哪一部分出了问题,而造成不必要的起下钻。大家已熟知:金刚石钻头较牙轮钻头寿命长,而且结构是整体的,具有很多优点。金刚石钻头与7Y型钻具匹配是完全合适的。 进一步就是针对各种作业要求,合理选用什么样的钻头冠部形状、冠部表面的设计和布置、金刚石的尺寸大小和质量以及金刚石钻头端部泥浆通道系统的设计。
当然孤立地只着眼于钻头与螺杆是有些局限性,它终归不是决定寿命和钻井进尺的唯一因素。其他如改善传动轴的稳定性,例如加稳定器对提高钻具寿命发挥钻头性能都是很有帮助的。但无论如何应该了解:合理的金刚石尺寸、金刚石布置的方位、每块金钢石的钻压负荷这三者与井下钻具转数高和所要求的钻压小两者是应该考虑合理匹配的。总之,使用螺杆钻具不对所匹配的钻头进行认真选择,要想
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