螺杆钻具输出性能分析与现场应用探讨

螺杆钻具输出性能分析与现场应用探讨

古福印  庞锐 孙长宝 王苹 宋若愚 

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司管具与井控技术服务分公司 天津 300280）

摘要：随着螺杆钻具的广泛应用，输出性能与现场应用受到广泛关注。基于此，简单分析螺杆钻具的输出性能，深入探讨相关的现场应用要点，以供参考。

关键词：螺杆钻具；输出性能；现场应用

引言

在螺杆钻具中，输出性能与现场应用是重要组成部分。为了螺杆钻具能够获得有效利用，必须结合螺杆钻具的输出性能，采取相关的现场应用要点，保障钻井作业顺利开展。

1.螺杆钻具输出性能

1.1耐高温性能

在钻井工作中，随着工作的不断深入，钻井的温度会不断升高，井内周边环境及地表的温度会随着钻井的深入不断提升。螺杆钻具的应用能够充分适应钻井内逐步升高的温度环境，具有较强的耐高温性能。同时耐高温性能的螺杆钻具，能够有效避免钻具中的橡胶材料受到高温的腐蚀损坏。

1.2高转速性能

在钻井过程中，部分井壁的岩石构成较为坚硬，对钻井工具的钻头造成较强的阻力，影响钻井效率。螺杆钻具的钻头、橡胶及螺杆等部位，使用参数强、硬度大及高质量的复合型材料制作，具有高转速性能，在实际应用中能够有效提高钻井作业的速度及效率。

1.3扭矩强性能

扭矩是钻具整体结构中的关键组成部分，能够将钻井的动能转化为对井壁造成破坏的势能。在出现井壁对钻头的阻力增加，钻井工具的负荷过大时，扭矩能够有效减轻钻具的输出压力，保障钻井作业顺利进行[1]。螺杆钻具在生产设计时具有扭矩强的性能，促进钻头的钻压及螺杆的压力值提升，提高工作效率。

2.螺杆钻具现场应用要点

2.1合理选择钻具类型

在钻井作业中，由于井内部的环境、温度及井壁可钻性程度等方面的不同，使用螺杆钻具前应合理选择钻具类型，以便满足钻井需求。在螺杆钻具的尺寸大小方面，可以根据螺杆钻具外表及内部结构的直径等选择合适的钻具。螺杆钻具的内部及外部直径在选择时，应充分考虑到钻具的转速及排量等方面的需求。同时必须与套筒的尺寸大小相匹配，螺杆钻具与套筒之间的直径在调整后，需要确保留有一定的距离。在钻具与套筒之间出现灰尘及碎石等杂质时，需要及时进行清理，避免堵塞影响正常使用。除了尺寸大小外，在选择钻具类型时需要考虑到转速要求。在螺杆钻具的内部结构中，影响转速的主要因素为马达头，马达头的数目对螺杆钻具的转速、扭矩及排量等方面均具有重要影响。通常情况下，马达头数越多，螺杆钻具的扭矩越大，转速越小。马达头数如果过少，会导致扭矩减小，转速得到提升。因此在选择螺杆钻具类型时，应根据钻井的具体要求对转速进行判断，如果钻井对钻具的转速要求较高，应选择马达头数量较少的螺杆钻具类型。选择钻具类型时，在螺杆钻具自身因素及钻井需求外，还应注重钻井内部环境对钻具类型选择造成的影响。在正式开展钻井工作之前，相关工作人员应提前对井内的具体作业现场进行仔细调查，根据井内的具体温度选择螺杆钻具类型。如果井内温度过高，应选择具备较强耐高温性能的螺杆钻具。

2.2应用复合钻进技术

复合钻进技术指利用多种手段促进螺杆钻具钻头工作的技术，如其他钻井工具及相关配套设施等。在螺杆的形状方面，多数螺杆钻具角度较为平直，在复合钻进技术的应用过程中，可以适当选择带有一定弯度的螺杆钻具进行钻井作业。具备弯度的螺杆钻头能够与其他先进的钻具设备结合使用，在钻井要求高及井内情况复杂等情况下使用，如深度较大的钻井及井眼较小的钻井等。复合钻进技术的主要应用原理为：在复合钻进的过程中，螺杆钻具能够与其他钻具共同进行钻井作业。在不同类型钻头的共同工作中，螺杆钻具的转速能够在其他钻具钻头的带动下，促进自身外观及内部结构等部位的旋转性能提升。螺杆钻具的钻头在旋转性能提升后，能够带动螺杆及螺杆定子尾部的转速提升，形成整体结构的复合运动。在复合钻进技术的应用过程中，相关工作人员需要注重螺杆钻具及其他类型钻具的钻挺情况，将钻挺的数量控制在合理范围内，为了保证钻铤的牢固性，可以在钻挺的上部区域设置具有一定重量的钻杆，提升钻铤的安全稳定性。为了确保钻铤的角度正确，能够符合钻井需求，可以使用在钻铤上安装能够调整角度的设备如扶正器等。如果钻井内部地形较为平坦，对钻铤的角度要求低，可以不使用扶正器。此外，扶正器具有较多用途，除了改变钻铤角度，还可以应用于复合钻进技术中。在钻井内部地形复杂，并且具有较多弯道或坡面的情况下，钻井过程中，可以在螺杆钻具及其他钻具的钻头处安装履带扶正器[2]。以便在作业过程中对钻具加以稳固，避免出现角度倾斜或意外脱落等情况。

2.3注重控制钻压

螺杆钻具在钻井现场应用的过程中会产生一定的钻压，钻压如果过大，会对螺杆钻具的输出扭矩造成不良影响，导致扭矩无法正常发挥作用，出现运转异常情况。扭矩的异常会对螺杆钻具的外表造成影响，螺杆钻具的扭矩无法正常使用在内部结构中会产生堆积，在无进尺的情况下螺杆钻具的钻井作业会对钻具外壳造成较大的反扭矩，在短时间内会爆发出强烈的力量，使螺杆钻具的外壳出现破裂或脱离的情况。如果反扭矩的情况出现的频率过高，螺杆钻具的外壳在脱离钻具表面后，容易掉落进入钻井内部，产生严重的安全隐患。钻压如果过小，螺杆钻具无法充分发挥出全部钻击威力，钻头在工作时只能够钻入井壁的浅层，无法深入井壁的较深区域，同时钻头的转速无法获得有效提高。因此，在应用螺杆钻具时需要注重科学合理控制钻压，确保钻井作业的质量。在实际应用过程中，螺杆钻具的具体大小会受到钻井地形、钻井深度宽度及钻井内壁的材质构成等方面因素的影响.因此实际作用到钻具上面的钻压具体数值会存在较大的差异，为了避免钻压导致的各类异常情况，可能对钻井作业造成的经济等成本损失，相关工作人员可以通过仔细观察钻压的变化规律，设置数学公式对钻压进行计算判断，根据计算结果对钻压进行合理控制。同时工作人员还可以观察钻井内部的返出物的情况判断螺杆钻具的钻压，返出物的形状主要包括颗粒较大的丝状或颗粒较为集中的粉末状，在返出物呈现丝状时，可以提高钻研提高钻头的工作效率。

2.4调整钻具参数

螺杆钻具的参数众多，主要包括马达、泵压及传送轴等。在钻井现场作业的过程中，需要将各项参数调整至最佳范围，确保满足钻井需求。在泵压方面，如果未能合理把控螺杆钻具的作业时间，将钻具过早放入钻井内壁中，泵内部存在较多的气体，泵压较高，气体会在压力的作用下出现下移的情况。在泵内气体通过螺杆钻具时，泵压参数过高还会导致内部结构中的马达速度失灵，钻具的钻头会在瞬间无法正常运转，对钻进效率造成不良影响。在螺杆钻具的马达方面，马达的具体尺寸大小会对钻具的使用情况造成影响。螺杆钻具在实际钻井作业中，会受马达尺寸的限制，尺寸过小的马达无法辅助钻具发挥出正常作用。同时马达参数设置不合理，会导致螺杆钻具的排气量、输出转速及扭矩等参数出现错误，无法正常发挥作用。在传送轴方面，螺杆钻具传送轴的具体材质应根据钻具的具体类型决定[3]。例如，如果螺杆钻具为空气型的钻具，传送轴的材质应由具备密封性能的材料构成。传送轴的参数设置需要考虑到马达的内外直径大小，确保参数与马达的直径相符合，同时传送轴可以与马达相结合，形成万向轴进行使用。

3.结论

综上所述，螺杆钻具的输出性能与现场应用直接影响螺杆钻具的应用质量。只有聚焦耐高温、高转速及扭矩强等方面的输出性能，并采取相关的现场应用要点，才能够更好地促进螺杆钻具的应用与发展。

参考文献：

[1]马文静,张志刚.螺杆钻钻塞工艺技术探讨[J].石油工业技术监督,2022,38(05):60-62.

[2]王建龙,柳鹤,于琛.多功能振荡旋冲螺杆钻具研制与应用[J].西部探矿工程,2022,34(12):49-52+55.

[3]张佳豪.国内空气螺杆钻具技术的应用及研究进展[J].内蒙古石油化工,2021,47(11):89-91.