定向井专用工具分解优秀PPT.ppt
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1、定向井专用工具定向井专用工具2010年7月一、螺杆钻具一、螺杆钻具 p螺杆钻具为容积式井下动力钻具,其规格有直体螺杆钻具、单弯螺杆钻具、双弯螺杆钻具。螺杆钻具具有低转速、大扭矩、大排量的特点,适用于直井、定向井、丛式井、水平井中的钻井、定向造斜、扭方位等各项钻井作业的一种志向的井下动力钻具,其中,小直径螺杆钻具还适用于套管开窗侧钻及修井。p 螺杆钻具的常规耐热工作温度为120,依据深井的特殊须要,高温螺杆钻具还可耐温150。1、螺杆钻具工作原理及结构、螺杆钻具工作原理及结构p (1)、螺杆钻具的工作原理、螺杆钻具的工作原理 螺杆钻具是一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置。当高压液体进入
2、钻具时,迫使转子在定子中滚动,马达产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴和钻头上,达到钻井的目的。p螺杆钻具作为井底动力钻具,有很多突出的优点:1增加了钻头扭矩和功率,因而提高了进尺率。2削减了钻杆和套管的磨损和损坏。3可精确地进行定向、造斜、纠偏。4在水平井、丛式井及修井作业中,可显著提高钻井经济效益,5由于结构的先进,提高了钻具的寿命,可用于延深钻井或直井钻进。(2)、螺杆钻具的结构及其作用、螺杆钻具的结构及其作用p螺杆钻具主要由以下几部分组成:p旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成、导向总成(导向钻具专有部件)(3)(3)、旁通阀总成、旁通阀总成p旁通阀设置在马达的上部,它由阀体
3、、阀芯、阀座、弹簧、滤套等组成,其功用如下:a下钻时,井眼中的钻井液由旁通阀引入钻杆柱内减小下钻过程的阻力,平衡钻杆内外液柱压力。b起钻时,钻井液由钻杆柱内经旁通阀侧孔流入环空,不致使钻井液溢于井台。c钻具工作时,高压钻井液流经旁通阀,推动阀芯,压缩弹簧,关闭旁通阀侧孔,全部钻井液流经马达,把压力能转换为机械能。(4)、马达总成、马达总成p马达是由转子和定子两部分组成的,下图为钻具马达截面轮廓。(5)(5)、万向轴、万向轴p万向轴总成的作用是将马达的偏心运动变换为传动轴的定轴旋转,同时传递扭矩给传动轴,以达到钻井的目的,螺杆钻具有挠式万向轴(见图)和花瓣万向轴(见图)两种结构。(6)(6)、传
4、动轴总成、传动轴总成p传动轴总成的作用是将马达的旋转扭矩传递给钻头,同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。传动轴总成的设计既要考虑到转动的敏捷和平稳,同时依据钻压、钻井液的性质及钻头的侧面载荷、转速、钻头水眼压降来设计,因此设计为组合推力轴承和径向滑动轴承共同作用的型式。a组合推力轴承:p用以承受工作状态时的钻压,马达、钻头水眼压降产生的轴向力及转子、万向轴、传动轴、钻头重量等各轴向力的合力。b径向滑动轴承p它分为上、下两组,主要作用是承受转子作行星运动引起的弯曲载荷和钻头转动时产生的侧向力,上径向轴承对钻井液起限流作用,它允许马达流出钻井液的510通过轴承组件,起着冷却和润滑轴承的作用。(7)
5、(7)、导向总成、导向总成p导向钻具有单弯钻具和双弯钻具两种。p导向单弯钻具,是在马达下部设置一带角度的短节,从而使弯曲点尽可能靠近钻头,提高造斜率。p导向双弯钻具,是在单弯钻具的基础上增加一弯接头,以提高造斜性能,依据其弯曲方向、度数及联接部位可有多种组合方式。2 2、钻具规格及技术参数、钻具规格及技术参数p(1)(1)钻具表牌说明钻具表牌说明p(2)(2)技术参数技术参数(1)(1)钻具表牌说明钻具表牌说明LZ厂家代号或改型次数钻头最大水眼压降规格代号螺杆头数(2)(2)技术参数技术参数3 3、螺杆钻具的运用要求、螺杆钻具的运用要求p(1 1)钻井液要求)钻井液要求p螺螺杆杆钻钻具具为为容
6、容积积式式马马达达,确确定定钻钻具具性性能能的的主主要要因因素素是是马马达达的的输输入入流流量量和和作作用用其其两两端端的的压压力力降降,而而不不是是钻钻井井液液的的类类型型,运运用用各各种种钻钻井井液液均均能能有有效效的的工作。工作。p钻井液的比重和粘度对钻具的性能影响甚微,但在满足洗孔要求的前提下,应尽可能降低钻井液的比重和粘度,因为比重和粘度愈高,螺杆钻具的压力降就会愈大,容积效率降低,同时也增加了整个循环系统的阻力。p钻具运用钻井液的固相含量应限制在1之内,因较高的固相含量,会影响钻具的运用寿命。同时应留意到钻井液中有害气体会损坏定子中的橡胶。(2 2)钻井液流量要求)钻井液流量要求p
7、螺杆钻具的输出转速与输入液体流量成正比,每一种钻具都有确定的流量运用范围,建议按举荐值运用,否则将降低钻具的工作效率和运用寿命。(3 3)钻井液压力及钻压的要求)钻井液压力及钻压的要求p钻具在空运转时,若钻井液流量保持不变,液流通过钻具和钻头产生的压力降为一常数值,该值随钻具型式和规格的不同而不同。p钻具工作时,随着钻压的渐渐增加,钻井液的循环压力也渐渐增加,这增加的压力与附加钻压或钻井扭矩成正比这即是通常的马达压力降,当达到最大举荐工作压力降时,产生最佳扭矩。p接着增加钻压,当循环钻井液在马达两端产生的压力降超过最大设计值时,钻具发生制动。正常工作时,泵压随钻压的增减而升降。若泵压突升几兆帕
8、,接着增加钻压,泵压不再增加,说明钻具发生了制动,此时,钻具定子与转子间密封被冲开,钻井液通过不转的马达从钻头水眼流出,这是钻具的过载爱护功能,应快速将钻具提离井底,降低钻压,若钻井液长时间流过不转的马达会使钻且严峻损坏。p为使钻具获得最佳工作效率和工作寿命,应将钻具两端压差限制在举荐范围内。(4 4)扭矩)扭矩p钻具输出扭矩与钻井液流过马达产生的压力降成正比,扭矩的增减对钻具输出转速基本无影响。性能较好的马达,钻具从空载到最大有效工作载荷区其速度降低一般不超过10。p钻具带动钻头作顺时针旋转工作时,同时在钻具壳体上产生一反作用扭矩,大小为输出扭矩和磨擦损失扭矩之和,该扭矩通过钻具壳体传递到钻
9、柱上,从而引起螺杆钻具以上各联结丝扣紧扣,螺杆钻具马达以下各联结丝扣松扣,反扭矩随钻压的增加而增加,当钻具制动时达最大。反扭矩在定向作业时,会影响定向方位的变更。因此,反扭矩要引起高度重视。(5 5)对钻头水眼的要求)对钻头水眼的要求p钻头水眼的大小要适宜,过大,钻具承受钻压实力降低,轴承得不到良好的润滑;过小,泵压达到额定值时,排量可能相对过小,此时马达不易发挥最大效能,另外,水眼过小,排量达到额定值时,系统压力增高,造成轴承上、下液流压力过高,从而影响推力轴承及径向轴承的寿命(6 6)对井底温度的要求)对井底温度的要求p温度干脆影响着马达的性能,温度过高会使各种不利因素加剧作用于定子橡胶,
10、降低马达运用寿命。为使钻具可在较高温度下正常工作,可接受分段下井,间歇循环,运用带分流孔的中空转子,以加速钻井液循环或改善钻井液散热性能及其它性能的方法,以保证定子的工作温度低于极限值。p螺杆钻具常规耐热温度为120,深井、高温井常常接受耐温达150的高温螺杆钻具。(7 7)钻具轴承间隙要求)钻具轴承间隙要求p钻具经过一段时间的运用,必需进行检修,否则将影响钻具的再次下井运用,推断钻具能否接着下井运用的一般方法是:钻具除在井口试验正常外,还要看其推力轴承的磨损程度,可测量主轴的轴向窜动量,窜动量要在额定范围之内,否则,钻具必需进行修理。测试方法如下:(如下图)p首先,将钻具用吊卡吊起来,测量并
11、记录不转动部分的最下端一下径向轴承的下端和驱动接头之间的间隙尺寸D1。p然后,将钻具座在转盘上,用钻具自身重量压缩轴承总成,测 量并记录不转动部分的最下端和驱动接头之间的间隙尺寸D2。pD1D2即为推力轴承间隙值,见表1。4 4、螺杆钻具的正确运用、螺杆钻具的正确运用p螺杆钻具除旁通阀外,其它部分的壳体联接部位均涂上螺纹粘结剂,并按API标准紧扣扭矩上紧,运用时不需再次上紧(但经管子站检修的必需细致检查)。(1 1)钻具下井前的地面检查)钻具下井前的地面检查pa.用提升短节将钻具提起座入转盘卡瓦内,使旁通阀位于转盘之上,以便于视察,装上平安卡瓦,卸去提升短节。pb.检查旁通阀,用木棒向下压旁通
12、阀阀芯,至下死点,从上部注满水,此时旁通阀应不漏,水面无明显下降,然后松开阀芯,阀芯应能复位,即认为旁通阀正常。pc.接上方钻杆,卸去平安卡瓦,提出卡瓦,下放钻具使旁通阀阀口处于转盘下易于视察的位置,启动泥浆泵,当排量的大小不足使旁通阀关闭时,应有钻井液从旁通孔流出,加大排量直到旁通阀关闭、马达起动为止,不停泵上提钻具至能视察到驱动接头为止,视察钻具是否运转,然后下放钻具后停泵,视察旁通阀是否再次打开。pd.地面检查结束后,用吊钳卡住驱动接头,用钻头盒将钻头和钻具上紧扣,卸下方钻杆,按设计的钻具组合把各联接件上紧,要防止粘扣、错扣,应保证传动轴驱动接头相对于上面的壳体反时针转动,以防止钻具内部
13、的零件松扣或脱扣。p运用定向弯接头时,定向弯接头带的定位键必需和工具面对正,假如在钻头和传动轴之间加转换接头,建议其长度不超过250mm长,否则将影响轴承寿命及造斜效果,甚至损坏传动轴。(2 2)钻具下井)钻具下井pa.下放钻具及其组合,应当心的限制下放速度,防止过快时马达倒转,使内部联接丝扣脱扣,同时防止撞到砂桥、井壁台阶和套管鞋上,使钻具损坏。下钻遇阻,应开泵循环,渐渐划眼通过,若带有弯接头或弯壳体的钻具遇阻时,应周期地转动钻具组合,渐渐通过,以防划出新井眼。pb.对于深井或进入高温井段,下放钻具建议周期性地进行中途循环,防止由于高温而堵塞或损坏定子内衬橡胶。pc.假如下钻时泥浆返过多,可
14、能是泥浆过稠或旁通阀被堵,造成钻井液不能快速流进钻柱中,应减慢下钻速度或时常停下来充灌钻井液。p留意:下钻时,切不行顿钻或将钻具干脆座人井底。(3)(3)启动钻具启动钻具pa.钻具达到预先支配的井深时,可以开泵循环,这时,由于钻头侧向力的影响,压力表数值可能超过计算值。pb.定向钻进前,应充分地冲洗井底,清除井底岩屑、沉淀或堵积物,消退循环不彻底对定向的影响,最好用正常的钻井液循环清理,清理时,可渐渐转动钻具或把钻具整周分级(每次3045)依次把积累在井底的物体清理干净,清理完毕后,上提钻具0.3O6米进行循环,校对压力值。(4)(4)钻进钻进pa.钻具悬离井底进行空循环时,立管压力表所显示的
15、是整个系统的空载循环泵压,即离井底泵压。螺杆钻具为容积式马达,马达的输出扭矩与两端的压力降成正比,因此,在整个系统结构没有变更的状况下,马达输出扭矩也与系统压力的变更成正比,钻进时,随钻压的上升,工作扭矩的加大,马达两端的压力降也成正比例增加,压力表读数减去空载循环泵压就是钻具的压力降,即压力增值。钻具压力降是用钻机给进系统限制钻压进行调整的,打钻时,把表压增值限制在所选钻具的举荐范围内就会产生最佳效能。pb.起先钻进时应缓慢加钻压,待正常钻进时,司钻可用下列公式限制操作:p打钻泵压离井底泵压十钻具负载压降p离井底泵压随钻具组合、井深、钻井液性能的变更而变更。pc.起先钻进的一段时间内钻进速度
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