種法強

摘要：同等條件下等壁厚螺桿鉆具容積效率、轉(zhuǎn)速、輸出扭矩、總效率和輸出轉(zhuǎn)矩均優(yōu)于常規(guī)螺桿鉆具。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)過旁通閥進入馬達后在進出口形成壓差，推動馬達轉(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，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。

關(guān)鍵詞：等壁厚螺桿鉆具;技術(shù)優(yōu)勢;轉(zhuǎn)速扭矩;結(jié)構(gòu)組成

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，但詳細結(jié)構(gòu)卻存在較大的差異。

如圖1a所示，常規(guī)螺桿鉆具馬達外壁為剛體，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)致馬達過早失效，縮短了螺桿鉆具的使用壽命。

如圖2b所示，等壁厚螺桿鉆具馬達定子的螺旋曲面經(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，增強了橡膠在定子表面的抗變形能和耐沖擊能力，達到最佳硫化效果，延長了馬達使用周期。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，提高了馬達壓降，即使在壓降相同的情況下馬達尺寸縮短，鉆具機械效率得到進一步提高。

2技術(shù)優(yōu)勢

2.1壽命長

等壁厚鉆具馬達定子內(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)

A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。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，完成總進尺11652米，總運轉(zhuǎn)時間為315.07小時，其中純鉆進時間達182.3小時，馬達壽命比以往普通螺桿鉆具的1.5倍以上。平均機械鉆速達63.92米/小時（比同類型的螺桿鉆具提高百分之三十），最快機械鉆速達105.33米/小時，創(chuàng)油田同類型動力鉆具的多項紀錄。

A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（如表1）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，完成總進尺11652米，總運轉(zhuǎn)時間為315.07小時，其中純鉆進時間達182.3小時，馬達壽命比以往普通螺桿鉆具的1.5倍以上。平均機械鉆速達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105.33米/小時，創(chuàng)油田同類型動力鉆具的多項紀錄。

4結(jié)論與認識

4.1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。

4.2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。

4.3等壁厚馬達橡膠壁厚均勻，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。

4.4等壁厚鉆具長度縮短，定向隨鉆測量儀的測量精度提高，在定向鉆進與復(fù)合穩(wěn)斜鉆進時施工精度高，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。

參考文獻

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[2]等壁厚螺桿鉆具研制與現(xiàn)場試驗[J]. 楊利強，巴魯軍，薛江平.石油鉆探技術(shù).2016（02）

[3]螺桿鉆具的前沿技術(shù)[J]. 李萌，于興勝，羅西超，黃衍福，劉鳳，王宇鵬.石油機械.2017（09）

（作者單位：中石化勝利石油工程公司管具技術(shù)服務(wù)中心海外一隊）