第四節(jié)動(dòng)力鉆具選用

1、第四節(jié) 井下動(dòng)力鉆具的選用,一、動(dòng)力鉆具性能分析,1.工作特性的區(qū)別 下圖分別給出了渦輪鉆具和螺桿鉆具的理論特性。由此可對(duì)比出二者在工作特性上的區(qū)別，從而直觀認(rèn)識(shí)二者在工作原理上的差異。 從對(duì)比中可以得出，螺桿鉆具有硬的機(jī)械特性，過載能力強(qiáng)；而渦輪鉆具有軟的機(jī)械特性，過載能力差，隨著鉆壓增大導(dǎo)致切削阻力矩增大時(shí)，會(huì)引起轉(zhuǎn)速下降，易被“壓死”而造成制動(dòng)。從這方面來(lái)看，螺桿鉆具用于鉆井作業(yè)更為適用。

2、 另一方面,螺桿鉆具的壓降隨著扭矩的變化而變化,因而可通過泵壓的變化檢測(cè)螺桿鉆具的工作情況。而渦輪鉆具的壓降不因載荷的變化而變化，對(duì)其在井底的工作狀況無(wú)法在地表直接檢測(cè)。,,,2.轉(zhuǎn)速差異 渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速明顯高于螺桿鉆具。一般渦輪鉆具的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速多在1200rpm以上，其工作轉(zhuǎn)速(即空載轉(zhuǎn)速的一半)也多在600rpm以上，而單頭螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速一般在 400rpm左右，多頭螺桿鉆具轉(zhuǎn)速一般100rpm左右。,3.壓降差異

3、 外徑相近、工況參數(shù)(排量、鉆井液密度)相同的兩種鉆具，渦輪鉆具的壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于螺桿鉆具的壓降。渦輪鉆具的高壓降特性，在鉆井水力設(shè)計(jì)中必須予以充分考慮，特別是在深井鉆進(jìn)的情況下。 例如Φ165mm的多頭螺桿鉆具，其額定工作壓降 ?p一般為3MPa(空載起動(dòng)壓降一般小于1MPa)，而尺寸相近的渦輪鉆具，其壓降一般可達(dá) 5-7MPa。,4.耐溫性能差異 井下動(dòng)力鉆具內(nèi)的橡膠部件造成了鉆具承溫能力的門坎值。螺桿鉆具

4、的定子襯里是耐油丁腈橡膠，過高的工作溫度會(huì)使定子橡膠脆化而造成先期破壞。一般的螺桿鉆具工作溫度不超過125℃。 渦輪鉆具內(nèi)部沒有橡膠件，完全不受高溫的限制。這是渦輪鉆具的一大優(yōu)點(diǎn)，也是近年來(lái)渦輪鉆具又一度成為熱門產(chǎn)品一個(gè)重要原因。,5.直徑影響的差異 渦輪鉆具與螺桿鉆具相比，渦輪鉆具的功率和扭矩受直徑的影響甚大，而直徑對(duì)螺桿鉆具的影響較小。 在設(shè)計(jì)產(chǎn)品或規(guī)劃產(chǎn)品系列時(shí)，對(duì)渦輪鉆具宜發(fā)展大直徑產(chǎn)品

5、(過小尺寸會(huì)使扭矩太小)；對(duì)小直徑動(dòng)力鉆具可主要發(fā)展螺桿鉆具。 目前渦輪鉆具產(chǎn)品的直徑范圍是Φ95～Φ320mm，而螺桿鉆具產(chǎn)品的直徑范圍是Φ45-Φ244mm。,6.橫振差異 螺桿鉆具的轉(zhuǎn)子在定子型腔內(nèi)作平面行星運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生離心慣性力，從而造成鉆具的橫向振動(dòng)。而渦輪鉆具的轉(zhuǎn)子作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)引起離心慣性力和橫向振動(dòng)。 7、長(zhǎng)度差異 在外徑相近、扭矩相近的條件下，渦輪鉆具的長(zhǎng)度明顯大于(甚至成倍于)螺桿

6、鉆具長(zhǎng)度。長(zhǎng)度過大對(duì)造斜作業(yè)不利。,,二、螺桿鉆具和渦輪鉆具特點(diǎn)對(duì)比,1.螺桿鉆具優(yōu)點(diǎn)： 1.轉(zhuǎn)速低，適用于現(xiàn)有牙輪鉆頭. 2.長(zhǎng)度短(5～10m)，適合打定向井、水平井。 3.壓降低(3～5MPa)。 4.轉(zhuǎn)速不受輸出扭矩的影響,具有很好的過載能力。 5.螺桿鉆具的壓降隨著載荷的變化而變化,因而可通過泵壓的變化檢測(cè)螺桿鉆具的工作情況。,缺點(diǎn)：1.橡膠定子和轉(zhuǎn)子在高密度及泥漿凈化不好條件下易磨損，隨著間

7、隙的增大，轉(zhuǎn)速和扭矩下降。2.橡膠定子不耐高溫，在高于125℃條件下橡膠易失效，橡膠存放時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)老化。螺桿鉆具一般情況下只能存放2年時(shí)間。,,2.渦輪鉆具優(yōu)點(diǎn)： 1.渦輪鉆具轉(zhuǎn)速高(400rpm以上)，較適合于TSP鉆頭、金剛石鉆頭。 2.渦輪鉆具定轉(zhuǎn)子使用壽命長(zhǎng)。 3.耐高溫和高壓，適用于高溫高壓井。缺點(diǎn)： 1.渦輪鉆具轉(zhuǎn)速較高，與現(xiàn)有牙輪鉆頭不匹配。 2.單節(jié)渦輪鉆具扭矩小，

8、為了提高扭矩，只有采用長(zhǎng)度長(zhǎng)的復(fù)式渦輪鉆具，使得鉆具總長(zhǎng)度較大，不利于井眼軌跡控制； 3.復(fù)式渦輪鉆具壓降大，特別是在高泥漿比重條件下壓降更大。 4.轉(zhuǎn)速與輸出扭矩有關(guān)，過載條件下會(huì)導(dǎo)致鉆具不轉(zhuǎn)。,三、動(dòng)力鉆具的選用,動(dòng)力鉆具的選用一般遵循以下準(zhǔn)則： 常規(guī)定向井、大位移井、水平井的造斜以及復(fù)合鉆井選用螺桿鉆具。遇到高溫情況，可選用減速器渦輪。,為提高鉆井速度而采用井下動(dòng)力鉆具時(shí)，應(yīng)根據(jù)鉆頭的特點(diǎn)選用動(dòng)