等壁厚螺杆钻具的技术优势

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1、第9卷第2期石油工程技术Vol.9,%No.22011年6月PETROLEUM%%ENGINEERING%&%TECHNOLOGY%Jun.%20111，2324苗同勇刘永旺赵伟孟霞（1.长江大学石油工程学院，湖北荆州，434023；2.胜利石油管理局渤海钻井总公司，山东东营，257200；3.中国石油大学石油工程学院，山东青岛，266555；4.胜利油田分公司胜利采油厂，山东东营，257060）等壁厚螺杆钻具应用前景广阔，掌握这种新型动力钻具的技术特点是保证其在钻井生产中合理利用的前提。本文讨论了等壁厚螺杆钻具与普通螺杆钻具的

2、结构差异，总结了该工具的技术优势，分析了其在胜利油田的应用效果。实践证明，等壁厚螺杆钻具比普通螺杆钻具的工作扭矩大、使用寿命长、耐温性能高，在深井、高密度钻井液井及小曲率半径水平井中具有明显的优势。等壁厚螺杆钻具结构特点技术优势扭矩寿命钻井装备螺杆钻具以其独特的优势广泛应用于普通定向等壁厚螺杆钻具扭矩更大、寿命更长，在深井及中浅井钻井施工中，但在深井、高密度钻井液井、大位移井、短半径水平井中应用显现出比常规井以及小曲率半径水平井中的使用效果并不理想。螺杆钻具更大的优势。我国在该方面的研究起步较导致这种现象的关键原因是：常规钻具马

3、达定子衬晚，掌握该工具的技术特点及技术优势对未来工具套为螺旋状，其厚度分布不均、抗变形能力低、单的研发及推广具有较大意义。级承压小、磨损速度快，随着使用时间的延长效率降低；马达长度较长，其局部磨损严重时容易断[1－6]裂。据统计，近3年来螺杆钻具马达壳体断裂等壁厚螺杆钻具的基本结构与普通螺杆钻具相及马达失效占螺杆钻具故障的比率呈逐年增高的趋同，包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传势。因此，研制与应用整体长度短、功率大、压降动轴总成和防吊装置5部分（图1）。虽然两种钻高、转速低的螺杆钻具已成为提高钻井效率、节约具的结构组成相似

4、，但详细结构却存在较大的差钻井成本的重要环节。异。万向轴总成防掉总成传动轴总成马达总成旁通阀总成图1等壁厚螺杆钻具结构示意图用这种浇铸方法，定子壳体内的橡胶衬套厚薄不常规螺杆钻具马达的加工方法是将橡胶浇铸在均，波峰和波谷处的橡胶厚度存在较大差别。由于内壁光滑的定子壳体上（图2a），橡胶衬套的内表橡胶衬套硫化过程中的温度和时间无法改变，波面为螺旋曲面，与转子相互啮合，利用两者的导程峰、波谷处的橡胶会出现过度硫化及硫化不充分的差形成螺旋密封腔，完成能量转换。橡胶衬套的外现象，加之螺杆钻具转子与定子在井下的工作时间表面为圆柱形，黏合于

5、光滑内壁的定子壳体上。采较长且井下工作温度多变，橡胶衬套易产生不均匀收稿日期：2011-03-03改回日期：2011-05-17作者简介：苗同勇（1978—），男，2001年毕业于山东理工大学机械设计及制造专业，在读油气井工程硕士，工程师，现主要从事螺杆钻具维修、改进及钻井管具研究工作。联系电话：（0546）8391683，E-mail：doctorliuyw@126.com，通讯地址：山东省东营市河口区渤海路75号渤海钻井总公司管具公司。第9卷第2期苗同勇等：等壁厚螺杆钻具的技术优势·43·的变形，出现掉块、撕裂、脱胶等现象，

6、导致马达组合应力，且工作介质为钻井液，使之成为螺杆钻过早失效，缩短了螺杆钻具的使用寿命。具的易损部件，其使用寿命直接影响螺杆钻具的整等壁厚螺杆马达总成是对定子壳体内表面进行机寿命。常规螺杆钻具采用花瓣型万向轴，现场使机械加工，形成与转子相配合的螺旋曲面，然后在用过程中存在的问题有：①承受轴向力时，万向轴螺旋曲面上浇铸橡胶，橡胶厚度相等（图2b），与接触点少、钢球处应力集中，无法承受较大的推转子配合形成等壁厚马达。该马达的特点有：①马力；②运动过程中花瓣之间的摩擦为滑动摩擦，导达定子壳体内的橡胶耐冲击和抗变形能力增强；②致花瓣磨损

7、较快，影响了万向轴的使用寿命；③采硫化过程中定子内表面的等厚橡胶不会出现常规钻用开式润滑，即钻井液润滑，因钻井液中含有杂质具存在的橡胶老化、掉胶等问题，橡胶硫化效果和较多的强氧化性物质，加剧了万向轴总成的腐蚀好，马达使用时间有效延长；③使用条件发生变化和磨损；④花瓣一旦断裂，金属小碎块会随着钻井时，橡胶变形量小，其与转子的配合量增加，因而液进入传动轴，导致传动轴损坏。每级马达的压降提高，在相同压降要求情况下马达等壁厚螺杆钻具中的万向轴采用球型万向轴尺寸缩小，螺杆钻具的造斜率进一步提高。（图3），扭矩由球、杆、绞连接方式传递，摩擦

8、副采用高温润滑脂润滑，钢球运动部分由橡胶套密封，与钻井液隔离。球传动万向轴的工作面经过特殊的表面处理，表面硬度、抗高温性能、耐磨性、可靠性进一步提高，工作寿命相对延长。a）常规螺杆钻具b）等壁厚螺杆马达图2普通螺杆钻具与等壁厚螺杆马达总成的差异扭力传动轴万向轴端