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(xiàn)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(yè)費用。本文根據螺桿鉆現(xiàn)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(xù)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(huán)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(xù)增加鉆壓，當馬達壓降超過最大設計值（3.2Mpa），鉆具發(fā)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(fā)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(fā)揮馬達的性能，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(yè)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(yè)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(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(xù)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(xù)下鉆的裸眼。由于裸眼井段地層巖石質地比較堅硬，常規(guī)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(xù)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?。蝗缣o，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(jié)+井下過濾器+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(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(huán)洗井，在出口排量與泵壓都穩(wěn)定后緩慢加壓，通過變換鉆壓試驗，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(huán)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(huán)洗井一周。 3）壓力表壓力突然升高?？膳袛酁轳R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(xiàn)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(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(fā)生嚴重憋泵現(xiàn)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(huán)壓力，可試著改變循環(huán)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(huán)壓力相同，可繼續(xù)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(huán)壓力，低于循環(huán)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(huán)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(yè)技術數據手冊》第五分冊，石油工業(yè)出版社，2012.6