劉立江

（奧瑞拓能源科技股份有限公司，河北 廊坊 065099）

隨著打鉆油井的方法及自身技術(shù)的提升，螺桿鉆機(jī)作為這項(xiàng)常用的工程技術(shù)，自身也有了很大的技術(shù)提升。國(guó)內(nèi)鉆機(jī)階段經(jīng)歷了從無(wú)到有，從弱到強(qiáng)的很快進(jìn)步，國(guó)內(nèi)螺桿鉆具在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，差不多處理了國(guó)內(nèi)打鉆油井方法工程的要求，但國(guó)內(nèi)鉆井工具因?yàn)槎喾N緣故，有很多的問(wèn)題，如不穩(wěn)定、選擇的鉆井工具與刀具壽命存在管理方面的混亂現(xiàn)象等，有必要分析鉆井工具的特點(diǎn)，包括鉆具設(shè)計(jì)、制作、運(yùn)用、檔案管理的全套階段的管理控制，發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的地方，指出處理螺桿鉆具問(wèn)題的方向，從而實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)鉆具的再開(kāi)發(fā)。

1 螺桿鉆具的進(jìn)步現(xiàn)狀

近年來(lái)為滿(mǎn)足鉆井工程的需求，螺旋鉆在中國(guó)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已由最初的定向井、多位移斜井、水平井與一般垂直井向多規(guī)模方面擴(kuò)展，出現(xiàn)復(fù)合鉆井與河流穿越工程。螺桿鉆機(jī)技術(shù)的進(jìn)步體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：尺寸規(guī)格從54mm擴(kuò)大到286mm，各方面參數(shù)更加詳細(xì)。為了滿(mǎn)足不同鉆井參數(shù)的需求，在一致規(guī)格下有許多不同的參數(shù)。在構(gòu)造上，分析了不同的構(gòu)造以及不同的鉆井方式；在鉆井壽命方面，優(yōu)化后的鉆井方案能夠滿(mǎn)足各種工作情況下的鉆井需求。從鉆頭的4個(gè)方面的進(jìn)步能夠看出，整個(gè)鉆頭的進(jìn)步在此能夠具體的表現(xiàn)出來(lái)。

1.1 旁通閥總成

近年來(lái)，旁路閥總成的構(gòu)造沒(méi)有得到很多的進(jìn)步，底層上保持了閥體、彈簧、密封圈、閥心、閥套的構(gòu)造。閥門(mén)總成開(kāi)關(guān)經(jīng)常打開(kāi)，很容易使閥門(mén)心、閥套與閥體內(nèi)部多量腐蝕，提高容易損壞部件更換的可能，這些都是螺桿鉆具現(xiàn)在面臨的情況。

1.2 電機(jī)裝配

電機(jī)總成其實(shí)是來(lái)分析螺桿鉆機(jī)制造工藝水平的關(guān)鍵部件，自推出以來(lái)一直是各廠(chǎng)家的重點(diǎn)研發(fā)對(duì)象。所以，螺桿鉆具能夠得到很快的進(jìn)步，這些進(jìn)步具體表現(xiàn)在以下方面。

（1）底層理論是延續(xù)萬(wàn)邦烈教授的理論，線(xiàn)方面形式是保持圓弧與原擺線(xiàn)。雖然采用了圓弧與短內(nèi)擺線(xiàn)的形式，但是很少有廠(chǎng)家會(huì)使用此理論。

（2）電機(jī)模型，每個(gè)廠(chǎng)家都做出了很多改進(jìn)，主要體現(xiàn)在更完整的規(guī)格與數(shù)量方面，從原來(lái)的單頭引入今天的9/10頭等；運(yùn)用的廣度也有很大的提高，從原始適合液體的鉆井到適合空氣與泡沫的鉆井，鉆井工具的規(guī)范也更詳細(xì)，如針對(duì)不同系列、不同尺寸的定子，以及適合不同工況的螺桿鉆具。研制了延長(zhǎng)電機(jī)與串聯(lián)電機(jī)。

（3）定子橡膠由原來(lái)的耐高溫25℃增加為耐更高溫度。定子橡膠壽命不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生橡膠脫落的問(wèn)題。

（4）轉(zhuǎn)子表面的涂層一般是電鍍，只有少數(shù)廠(chǎng)家嘗試使用TC碳化物噴涂。轉(zhuǎn)子被腐蝕或去鉻，去鉻主要發(fā)生在海水或鉆井中。

（5）中國(guó)定子主軸、轉(zhuǎn)子的加工水平有了很大提高，其中不乏有一些廠(chǎng)家的生產(chǎn)水平超出了國(guó)外水平。中國(guó)很多廠(chǎng)家都是采用仿形加工方法來(lái)制造轉(zhuǎn)子，多轉(zhuǎn)子采用每頭整體加工，然后再將加工方法進(jìn)行劃分。多港油田公司與對(duì)應(yīng)單位合作開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用轉(zhuǎn)子數(shù)控機(jī)床，提升了加工的精度，但整體尺寸卻發(fā)生了控制失控。它僅用于測(cè)量多型步道的尺寸，而線(xiàn)方面的具體尺寸根本無(wú)法測(cè)量。在機(jī)床制造商與一些隨機(jī)配備最先進(jìn)的國(guó)際汽車(chē)設(shè)計(jì)軟件與三坐標(biāo)，轉(zhuǎn)子研磨與拋光加工使用三坐標(biāo)測(cè)試，在任何時(shí)候，在任何時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)加工尺寸在線(xiàn)測(cè)量比較理論，從而提高線(xiàn)方面定子的加工精度，提供了很重要的理論基礎(chǔ)。

1.3 萬(wàn)向軸總成

萬(wàn)向軸總成的制造方法已經(jīng)得到了很多改進(jìn)。整體花瓣形萬(wàn)向軸總成的加工方式簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，是國(guó)內(nèi)主要的萬(wàn)向軸總成；十字形萬(wàn)向軸總成的構(gòu)造借鑒了汽車(chē)萬(wàn)向軸的構(gòu)造原理；銷(xiāo)接萬(wàn)向軸總成是密封的萬(wàn)向軸，其壽命略高于整體花瓣形萬(wàn)向軸總成，但構(gòu)造復(fù)雜；球鉸萬(wàn)向軸總成是一種國(guó)外流行的萬(wàn)向軸總成。嵌入式柔性側(cè)萬(wàn)向軸總成是國(guó)內(nèi)較早的一種萬(wàn)向軸形式，其構(gòu)造是將萬(wàn)向軸的細(xì)長(zhǎng)軸置于轉(zhuǎn)子內(nèi)，通過(guò)增加長(zhǎng)軸長(zhǎng)度以及增加萬(wàn)向軸的柔性側(cè)，實(shí)現(xiàn)通用作用，是一種具有較長(zhǎng)壽命的萬(wàn)向軸，是中國(guó)近年來(lái)進(jìn)步最快的，也是最適合于可調(diào)式曲線(xiàn)殼體鉆具的萬(wàn)向節(jié)軸組件，壽命一般在200～500h以上。

2 螺桿鉆具進(jìn)步建議

（1）旁通閥總成。旁通閥的閥芯、套筒與內(nèi)表面是最易磨損的部位。鉆井液分流的主要方式是垂直分流，造成閥芯、套筒與閥體內(nèi)表面鉆井液流面的過(guò)度沖蝕。鉆井液流動(dòng)路徑由垂直侵蝕轉(zhuǎn)變向側(cè)向分流，改善了閥芯的工作環(huán)境，減少了零件數(shù)量，鉆井表面通過(guò)高耐磨處理，從而提高了旁通閥組件的使用壽命。

（2）電機(jī)總成。定子橡膠是電機(jī)總成的薄弱環(huán)節(jié)。提高橡膠的物理和化學(xué)性能是問(wèn)題的關(guān)鍵。建議從2個(gè)方面著手：一是在不久的將來(lái)，如果橡膠配方方面沒(méi)有突破，就改變現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念，并充分利用現(xiàn)有配方的特點(diǎn)，融入工業(yè)與礦業(yè)；二是在設(shè)計(jì)中增加橡膠本身強(qiáng)度，以提高橡膠整體的物理和化學(xué)性能，這不僅增加輸出轉(zhuǎn)矩，而且也使各級(jí)電機(jī)的密封壓力增加了50%～100%，所以在一致的長(zhǎng)度、磁頭數(shù)與串聯(lián)數(shù)下，電機(jī)的總長(zhǎng)度也縮短了。此外，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)新橡膠配方的研究，全面改善橡膠的物理和化學(xué)性能，同時(shí)在我們的日常工作中也應(yīng)保證橡膠的加工質(zhì)量。

（3）萬(wàn)向軸總成。萬(wàn)向軸總成的種類(lèi)很多，包括常規(guī)型、長(zhǎng)壽命型與高性能型。建議現(xiàn)階段，應(yīng)提升常規(guī)類(lèi)型自攻螺絲質(zhì)量，處理影響質(zhì)量的薄弱環(huán)節(jié)，提高其使用壽命?，F(xiàn)在，與鉆具配套的其它鉆具與鉆削參數(shù)底層上與傳統(tǒng)的通用萬(wàn)能軸總成匹配（壽命控制在15h之內(nèi)），由于此工作重點(diǎn)應(yīng)放在材料熱處理以及對(duì)應(yīng)的耐磨墊上。如應(yīng)力表面處理，萬(wàn)向軸端部花瓣堵塞，球面關(guān)節(jié)端部咬合鉸接。材料與熱處理研究。同時(shí)，還應(yīng)努力研究長(zhǎng)壽命、高性能的萬(wàn)向軸組件，為鉆具出口與長(zhǎng)壽命鉆具的進(jìn)步奠定基礎(chǔ)。現(xiàn)有萬(wàn)向軸總成的構(gòu)造基本合格，因此應(yīng)注重產(chǎn)品的各階段質(zhì)量控制，如關(guān)鍵零部件的探傷?？烧{(diào)彎曲殼組件是近年來(lái)進(jìn)步最快的，也是問(wèn)題較少的組件。建議今后的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)仍應(yīng)放在螺紋類(lèi)型的選擇與殼體外觀(guān)上。

（4）建議開(kāi)發(fā)租賃鉆具的業(yè)務(wù)。自20世紀(jì)80年代開(kāi)始國(guó)外鉆具租賃以來(lái)，中國(guó)近年來(lái)進(jìn)步緩慢。究其緣故，主要原因是：一是市場(chǎng)發(fā)育不完善，市場(chǎng)運(yùn)行中的誠(chéng)信問(wèn)題一直困擾著市場(chǎng)的進(jìn)步；二是鉆具使用壽命短，不能滿(mǎn)足租賃市場(chǎng)的需求。使用壽命是租賃鉆具盈利的關(guān)鍵，為了解決使用壽命問(wèn)題，首先應(yīng)該處理易損件的使用壽命問(wèn)題。建議現(xiàn)在應(yīng)該做的主要工作是：①旁通閥總成應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)長(zhǎng)壽命閥體、閥芯、閥套與彈簧。閥體與閥套在保持耐磨層的基礎(chǔ)上，應(yīng)采用可更換的耐磨套管硬質(zhì)合金芯。將路面改為側(cè)流，總壽命指標(biāo)為350～450h。②定子橡膠應(yīng)配制性能較高的橡膠，轉(zhuǎn)子使用壽命應(yīng)多于300h。應(yīng)盡可能進(jìn)步碳化鎢噴涂轉(zhuǎn)子，使用壽命應(yīng)多于900h。③萬(wàn)向軸總成應(yīng)選用壽命較長(zhǎng)的柔性側(cè)萬(wàn)向軸或球鉸萬(wàn)向軸，其壽命應(yīng)超過(guò)450h。④在采用長(zhǎng)壽命構(gòu)造的基礎(chǔ)上，傳動(dòng)軸組件應(yīng)優(yōu)化易于拆卸的構(gòu)造，長(zhǎng)期軸承的使用壽命應(yīng)不小于260h，傳動(dòng)軸應(yīng)不小于400h。重點(diǎn)研制具有導(dǎo)流閥頭與防沖傳動(dòng)軸套的二極管帽，以延長(zhǎng)二者的使用壽命。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，只有開(kāi)發(fā)租賃鉆具，即長(zhǎng)壽命鉆具，才能真正實(shí)現(xiàn)租賃市場(chǎng)中螺桿鉆具的開(kāi)發(fā)與鉆機(jī)質(zhì)量的提高，因?yàn)殂@具的高壽命并不意味著鉆具其他方面的提升。

石油管道的建設(shè)對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步有著很大的推動(dòng)作用。確保管道施工階段中機(jī)械設(shè)備的安全管理，不僅是安全施工與安全管理工作的需要，也是提高管道施工質(zhì)量的根本所在。通過(guò)引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備，加強(qiáng)員工安全意識(shí)教育，建立健全安全施工體系，形成系統(tǒng)、立體的安全管理體系，為機(jī)械設(shè)備安全管理提供了保障，從而保證了輸油管道施工的質(zhì)量與效率。