关于采用氟化橡胶定子及镀铬转子提高井下螺杆动力钻具工作副寿命可能性的探讨

井下螺杆动力钻具的工作寿命是决定油气井钻井经济技术指标的重要因素之一。对井下动力钻具的分析表明，在1987年里，根据钻井地区的不同，采用清水钻进时，д1－195型螺杆钻具定子的平均工作寿命为132～181h，而采用钻井泥浆钻进时，为80h（苏尔古特油气田）。限定螺杆钻具工作寿命的关键部件是其工作副。例如，在被检修的89只螺杆钻具中，有66只工作副磨损（占67％），7只定子橡胶筒脱落（占7％），3只橡胶遭撕裂（占3％）。也就是说，在抽逃的螺杆钻具中，工作副损坏者占77％。全俄钻井研究院别尔姆分院的科技工作者完成了提高螺杆钻具工作副耐用性的试验研究工作，采用橡胶表面外理和金属表面强化的方法，来改善定子及转子的制造工艺。     

螺杆钻具定子寿命分析

马达失效通常是由于定子橡胶的失效而造成的,定子寿命取决于转子/定子设计、材料构成、井下温度、钻井液、定子橡胶性能、马达转速、马达压降及井下作业环境等因素。着重论述了定子失效机理和影响定子寿命的因素,应用非线性有限元分析方法对定子橡胶进行热分析和结构分析,并验证了工作条件对定子寿命的影响。     

螺杆钻具定子橡胶类型与钻具性能分析

分别就螺杆钻具的不同使用工况对其定子橡胶性能的要求，以及目前可用作螺杆钻具定子的橡胶类型进行分析；认为对不同的钻井工况应采用不同种类、不同性质的定子橡胶，从而在不同的钻井工况下，选择使用不同的螺杆钻具，使螺杆钻具性能发挥得更好     

影响螺杆钻具工作寿命的使用因素分析

在定向井、水平井等特殊工艺井施工过程中,螺杆钻具的工作寿命直接影响施工井的生产时效和钻井周期。在螺杆钻具结构设计及生产质量确定的情况下,现场应用技术水平对其使用寿命的影响也非常明显。合理正确地使用螺杆钻具,可充分发挥其潜在工作寿命。文中以两套Ф172进口可调弯角式螺杆钻具在井使用情况为例,分析了影响螺杆钻具工作寿命的现场使用因素,结合目前现场应用条件,提出了针对性的技术措施,对现场合理使用螺杆钻具、提高其工作寿命具有一定的借鉴作用。     

中空转子螺杆钻具工作特性分析

介绍了中空转子螺杆钻具的结构、原理，导出了转矩、转速、功率、效率与马达两端压降的关系式，分析了其工作特性。为了改善该类螺杆钻具转速软特性，对中空转子分流嘴结构提出了改进建议。     

螺杆钻具马达定子失效机理及措施分析

随着钻具应用数量的增多,钻具寿命的稳定性也越来越受到广大钻井工程人员的关注,其重要性直接影响钻井的设计及施工进度。螺杆钻具定子失效类型包括机械失效、疲劳失效、热失效、滞后失效、化学失效。通过分析失效原因,提出延长定子寿命的具体措施:①根据钻井参数确定马达的设计参数;②根据实际井况确定马达配合尺寸;③根据马达的实际状况做到与服务的井况相匹配;④采取措施严格控制马达的现场操作;⑤合理选择马达定子橡胶的材料;⑥加强定子橡胶内衬套检测手段,提高修复定子橡胶的质量;⑦重视钻井液中化合物对定子橡胶的影响;⑧树立延长寿命降低成本,实现生产者与应用者双盈的思想。     

螺杆钻具马达转子不同处理工艺的应用

螺杆钻具马达转子在工作过程中需要耐磨、耐腐蚀。阐述了现行的电镀硬铬、电镀W-Ni基合金、化学Ni-P镀、热喷涂陶瓷涂层的表面处理工艺,叙述了各种工艺的优、缺点,比较了性能,提出了改进方案,并提出应根据不同钻井液体系选择不同的表面处理方法。     

螺杆钻具转子的旋风式数控铣削技术

螺杆钻具转子螺旋曲面的旋风式数控铣削技术核心是刀具轨迹沿工件的圆周方向走刀 ,依次铣削每个截面 ;旋风式铣刀切削刃的切削进给方向与铣刀刀杆的方向基本相同 ;铣刀切削刃沿转子径向切入工件 ;铣刀盘的回转方向与理论曲面的最大曲率半径方向基本一致。实际应用表明 ,这种铣削技术不仅表面成形精度高 ,而且铣刀切削刃在工件表面上的扫描面积大 ,在相同表面粗糙度要求的条件下 ,可减少刀具切削行程数的 1 8%～ 2 7%,缩短加工时间 2 0 %～ 2 2 %。这项铣削技术也适用于各种复杂轴类形体以及三维自由曲面的加工。     

井下动力钻具串联组合及串联机理分析

分析了以两根螺杆钻具串联而成的组合钻具的工作特性及转矩、压降、排量、轴向力等问题。讨论了涡轮－螺杆串联组合钻具的工作特性和匹配问题，并将涡轮钻具、螺杆钻具和涡抢－螺杆串联组合钻具的特性进行了对比，指出在井下动力钻具尚以螺杆钻具为主的我国，不宜发展串联组合钻具。     

新型等壁厚螺杆钻具定子结构设计及力学分析

等壁厚螺杆钻具定子以其独特的性能受到国内外专家学者的推崇,但是其细长内螺旋曲面的存在带来了加工上的困难。提出了套装式螺杆钻具马达定子结构设计方案,变定子整体加工为分层加工,降低加工难度。通过有限元法对其在不同过盈量、均匀内压下的力学性能进行分析,获得套装式定子结构的应力分布规律,为套装式等壁厚螺杆钻具定子设计与应用提供理论依据。     

提高螺杆钻具使用寿命的措施

目前制约螺杆钻具使用寿命最主要的原因是万向轴和传动总成,因这两个机构失效导致提前结束螺杆钻具的整机使用寿命,因此需要对万向轴材质和局部结构以及TC轴承和传动轴进行技术改进。为了避免TC轴承出现硬质合金块脱落,将原来在轴承内镶附硬质合金块改为均匀铺上一层微颗粒硬质合金粉,提高了TC轴承的使用寿命。传动轴也有改进,由原来的80 mm轴改为90 mm轴,加大了轴直径,提高了传动轴抗扭矩强度。要想整体提高螺杆钻具的使用寿命,需要专业设计人员对关键部位重新进行优化设计,生产厂家保证原材料质量和加工精度,现场操作人员和后期维修保养人员重视每一个环节,保证维修质量,这样才能保证螺杆钻具使用寿命得到整体的提高。     

国内外井下动力钻具减速器的现状

介绍了国内外涡轮钻具和螺杆钻具所用涡轮减速器、螺杆减速器、少齿差齿轮减速器及行星齿轮减速器的工作原理、发展现状及各自的适用范围。根据我国油田的具体情况，近期我国可发展螺杆减速器（组成螺杆－涡轮组合钻具）。从长远的观点看，我国应发展涡轮钻具并研制行星齿轮减速器。     

井下动力钻具近十年的研究与发展

本文综述了国外井下动力钻具近１０年来的行业水平和企业发展现状，介绍了该技术的进展，基础理论与应用成果以及国外科研机构情况。提出我国应树立以转盘钻井为主休，涡轮钻具和螺杆钻具为技术储备的中长期发展战略。     

螺杆钻具井下磨铣管柱受力分析及改进设计

针对螺杆钻具磨铣钻削井下桥塞、水泥塞及类似钻削工作中管柱在井下所产生的巨大反扭矩的危害,在对磨铣钻削管柱进行受力分析的基础上,提出了改进方案,即"井下防扭装置"和"磨铣钻削管柱的配置",有效地降低了反扭矩带来的危害,改善了磨铣钻削管柱的受力状况。现场2口井的实际应用说明,改进后的管柱在应用上更为安全可靠,钻削用时比简易管柱缩短1/4~1/3。     

螺杆钻具的工作特性

绝大多数的水平井井下动力钻具是以螺杆钻具为基础构成的。文中介绍了螺杆钻具的基本结构和工作原理,分析了螺杆钻具的理论工作特性和实际工作特性,讨论了有关基本概念,并由此阐述了螺杆钻具在现场应用的操作注意事项。     

陶瓷螺杆钻具转子的开发与应用

针对镀铬螺杆钻具转子在饱和盐水钻井液中镀铬涂层早期脱落失效造成螺杆钻具整体寿命缩短,对钻井过程影响很大的问题,提出采用热喷涂工艺在转子表面喷涂耐磨耐腐蚀复合陶瓷涂层的方法。盐雾试验表明,复合陶瓷涂层在500h左右才开始发生轻微腐蚀,耐蚀性较镀铬提高5～10倍。现场试验表明,新开发的陶瓷螺杆钻具转子在饱和盐水钻井液体系中的使用寿命达到200h以上,较镀铬转子寿命延长3倍以上,完全满足现场要求。     

中空转子螺杆钻具外特性存在问题的讨论

讨论了中空转子螺杆钻具转速软特性和中空分流功率损失的外特性问题，指出速度刚度与过载失速是评价中空转子螺杆钻具转速软特性的两个重要参数，同时分析了造成中空转子螺杆钻具转速特性变软的原因。通过计算某型中空转子螺杆钻具的额定失速、过载失速和额定功率损失，从量上分析了中空转子螺杆钻具转速特性软的程度及螺杆钻具高启动压降所带来的不利影响，进而说明中空转子螺杆钻具的转速特性有待于改进。     

中空转子螺杆钻具转速软特性的改善

介绍了用稳流阀来稳定中空转子螺杆钻具中孔分流量，从而达到改善中空转子螺杆钻具转速软特性的方法；在分析稳流阀稳流特性的基础上，结合马达压降与钻压的关系导出了马达转速与钻压的关系。带稳流阀的中空转子螺杆钻具与普通中空转子螺杆钻具的转速－钻压特性对比，说明带稳流阀的中空转子螺杆钻具具有较硬的转速特性，改善了普通中空转子螺杆钻具在大负载下严重失速的特性；采用带稳流阀的中空转子螺杆钻具要比普通中空转子螺杆钻具有更高的效率，大负载下机械钻速可提高４０％。     

缓蚀剂提高钻具疲劳寿命的研究

作者用自已研制的旋转弯曲腐蚀疲劳试验机,研究了缓蚀剂、除氧剂提高40Cr钢在钻井泥浆及泥浆中含有H2S时的疲劳寿命的效果。结果表明,由于腐蚀介质的存在,大大降低了40Cr钢的疲劳寿命;在较低应力下,咪唑啉、季铵盐缓蚀剂能够延长40Cr钢在含硫介质中的寿命近1倍;在不含H2S的聚合物泥浆中,缓蚀剂和除氧剂联合使用,能延长疲劳寿命近4倍。最后,本文还介绍了利用电化学技术研究缓蚀剂抑制腐蚀疲劳的机理。     

基于螺杆钻具的近钻头井斜测量误差及修正

为了研制具有自主产权的基于现有螺杆钻具的随钻近钻头测量装置,结合井下工况,对近钻头井斜测量过程及仪器本身存在的误差进行了分析,阐述了利用声波或电磁波传输近钻头信号的优势,并提出了近钻头井斜精确测量的误差修正思路。分析结果认为,当前的近钻头井斜测量仪器还存在一些未考虑到的问题,如动力钻具的振动影响测斜精度,动力钻具弯角的存在导致近钻头仪器与井眼不同轴产生误差等。利用声波传输近钻头信息及远程传输井下信息是实现测量的静态及传输信号过程静态的有效方法,建议加快该技术的研究进度,争取早日应用于现场。