渦輪鉆井（渦輪鉆井）

渦輪鉆井技術(shù)

渦輪驅(qū)動(dòng)+地面驅(qū)動(dòng)鉆井是復(fù)合鉆井的另一種形式?，F(xiàn)代的渦輪鉆具都采用金屬軸承、無(wú)橡膠件，相比螺桿鉆具更適合深層高溫條件下的鉆進(jìn)；渦輪直接給鉆頭提供機(jī)械動(dòng)力，渦輪鉆具配合長(zhǎng)壽命孕鑲金剛石鉆頭，能顯著減少深部地層起下鉆等輔助時(shí)間；在鑲金剛石鉆頭的高速散剪切作用下，鉆遇彈塑性泥頁(yè)巖時(shí)，即使存在較大正壓差也不會(huì)影響其鉆速；復(fù)合鉆井時(shí)地面驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)速較低，減小了套管和井下鉆具的磨損；渦輪鉆具的震動(dòng)水平低，可減少由于震動(dòng)對(duì)鉆頭和井底鉆具組合的損壞；渦輪鉆井形成的井眼質(zhì)量好并能起到防斜和微降斜的作用。

自前蘇聯(lián)在1924年成功將渦輪鉆具應(yīng)用到鉆井中，渦輪鉆具不斷發(fā)展，目前可用于直井及定向井鉆井作業(yè)。俄羅斯在淺井段采用渦輪鉆具配合高速滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速達(dá)到20~30m/h，與轉(zhuǎn)盤(pán)配合牙輪鉆頭相比，鉆速提高2~3倍。在歐美各油田多采用PDC鉆頭配合渦輪鉆具鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速得到大幅度提高。

渦輪鉆井的鉆具及鉆井設(shè)備

一、渦輪鉆井的鉆頭

在渦輪鉆井中鉆頭的工作條件和轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井有很大的區(qū)別，加到鉆頭上轉(zhuǎn)矩的最大值就是渦輪軸轉(zhuǎn)矩的極限值(制動(dòng)值)。渦輪鉆具的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)盤(pán)所能加給鉆柱的轉(zhuǎn)矩相比并不算大，但渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速卻比轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速高達(dá)3倍以上。渦輪鉆井中的鉆壓的大小一般同轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井的鉆壓差不多，或者較大些。由于渦輪鉆轉(zhuǎn)矩不大，而轉(zhuǎn)速很高，這就決定了在渦輪鉆井中只能使用在下底滾動(dòng)的牙輪鉆頭。

二、渦輪鉆井的鉆桿

由于渦輪鉆井時(shí)，鉆桿不旋轉(zhuǎn)，只承受反力矩，鉆桿的工作條件減輕了，因此就可選用壁薄的鉆桿。為了減少泥漿循環(huán)阻力，保證井底的最大功率應(yīng)燼可能地使用人直徑的鉆桿。從同樣的觀點(diǎn)來(lái)考慮，我們需要用具有最大內(nèi)徑的鉆桿接頭。在渦輪鉆井中，絕對(duì)禁止使用正規(guī)接頭。最好是使用薄壁的大直徑鉆桿，或者帶焊接接頭的新型鉆桿。這種新型鉆桿是焊接起來(lái)的，接頭焊到鉆桿體上，鉆桿和接頭內(nèi)徑是一直的。在渦輪鉆井中由于鉆桿沒(méi)有大的轉(zhuǎn)矩，所以接頭的工作條件也減輕了。

三、球形起動(dòng)閘門(mén)、鉆桿濾清器

由于渦輪鉆井時(shí)起動(dòng)泵壓大，在泥漿管線上常裝置一起動(dòng)閘門(mén)，使起動(dòng)時(shí)壓力和緩上升。一般是使用球形起動(dòng)閘門(mén)。

渦輪鉆井的工藝基礎(chǔ)

每一種鉆井方法都有自己獨(dú)有的一些特點(diǎn)，這些特點(diǎn)正反映在鉆井的工藝上面。

第一，在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井中，卡鉆的主要原因在于：泥漿性能不好，鉆具處在不動(dòng)的狀態(tài)和鉆桿的密封性受到了破壞。在渦輪鉆井時(shí)，鉆具只作緩慢的自上而下的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，在純鉆井過(guò)程中，不必要使它旋轉(zhuǎn)；但是，在渦輪鉆井時(shí)，緩慢運(yùn)動(dòng)著的鉆具仍然會(huì)被卡，為此，必須借助轉(zhuǎn)盤(pán)定時(shí)地把它轉(zhuǎn)動(dòng)。性能不合格的泥 漿會(huì)增加卡鉆的可能性，所以，在渦輪鉆井肘，要特別注意泥漿的性能和清除泥漿中的巖層。再則，在渦輪鉆井時(shí)，鉆桿將處在比轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井時(shí)更大的內(nèi)壓力下，因此，在絲扣連接處破壞密封的危險(xiǎn)性將更大，泥漿的漏失也將更有可能。

第二，在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井時(shí)，加于鉆頭的鉆壓，可以足夠精確地根據(jù)指重表來(lái)確定。但是，在渦輪鉆井時(shí)，由于鉆具的懸掛，就不能夠經(jīng)常正確地指示出軸向負(fù)荷。懸掛是一種鉆具下半部被局部卡住的現(xiàn)象，其結(jié)果使部分軸向負(fù)荷到達(dá)不了鉆頭上，而被消耗在把鉆具下推的運(yùn)動(dòng)上。所以，雖說(shuō)指重表指示的是必須的加于鉆頭的軸向負(fù)荷，但實(shí)際上并不是這樣，而渦輪鉆具此時(shí)則開(kāi)始提高轉(zhuǎn)蜘近似空轉(zhuǎn)。

第三，無(wú)論是轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井或者是渦輪鉆井，它們都是用旋轉(zhuǎn)的力法破碎井底的巖石，但在質(zhì)量上它們是有區(qū)別的。在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井時(shí)，如果用12號(hào)鉆頭來(lái)鉆極硬地層，并采用45-55噸的鉆壓，每分鐘45-75轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速和將近50-60公升/秒的洗井液排量，達(dá)可以算是最適宜的了。在渦輪鉆井時(shí)，使用T12M210型渦輪鉆具，則在同樣的條件下，如果采用30-45噸的鉆壓，每分鐘750-900轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速和與上面相同的工作液排量，也可以得到較好的指標(biāo)。

第四，在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井時(shí)，無(wú)論是軸向負(fù)荷還是轉(zhuǎn)速都可以自由調(diào)節(jié)，但在渦輪鉆井時(shí)，這種自由就沒(méi)有。所以，必須根據(jù)巖石條件來(lái)選擇各種不同類(lèi)型的渦輪鉆具。一般在鉆極硬巖石時(shí)，最好采用把水當(dāng)作泥漿使用的T12M型渦輪鉆具，而在鉆粘質(zhì)巖石時(shí)，則常使用TC型渦輪鉆具。這時(shí)，如碰到松軟的巖石，還常用三刮刀鉆頭代替牙輪鉆頭。原則上，在工藝過(guò)程方面，渦輪鉆井與轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井沒(méi)有什么區(qū)別。像任何機(jī)器一樣，渦輪鉆具在開(kāi)始工作前必須仔細(xì)檢查。往井底下入未經(jīng)檢查的渦輪鉆具是很危險(xiǎn)的，渦輪鉆具還會(huì)拒絕承受負(fù)荷，或者干脆渦輪鉆具的軸不旋轉(zhuǎn)。這時(shí)不得不把鉆具提起(起鉆)，這就造成把時(shí)間都浪費(fèi)在起下鉆這繁重的工作上。渦輪鉆具送到井場(chǎng)后，必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)的外表檢查。

渦輪鉆井過(guò)程中的一些復(fù)雜問(wèn)題

在渦輪鉆井中也有一些在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井中所回到的復(fù)雜問(wèn)題。但應(yīng)指出鉆桿的損壞是大大地減少了。所以我們所研究的復(fù)雜問(wèn)題將是渦輪鉆井中的特殊問(wèn)題，這些問(wèn)題在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井中是不會(huì)碰到的。例如，消除渦輪鉆井時(shí)鉆頭在井中卡鉆的問(wèn)題，就與轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井的條件不同。

當(dāng)鉆頭卡在井十并且鉆具的重量很大時(shí)，用上下活動(dòng)鉆抖的方法取出鉆頭通常是不行的。同時(shí)利用轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)鉆稈柱取出鉆頭，在渦輪鉆井也不可能。這是由於鉆頭同鉆桿是通過(guò)渦輪的軸承相聯(lián)結(jié)的，鉆桿旋轉(zhuǎn)僅能帶動(dòng)渦輪鉆具的列殼旋轉(zhuǎn)，因此消除渦輪鉆中諾如此類(lèi)的事故具有特殊的性質(zhì)，并且需要進(jìn)行—系列的輔助操作。在用轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具提出鉆頭前，必須將先體內(nèi)渦輪的軸卡住為此目的，需要從把安裝在方鉆桿下部和鉆桿上部之間的滅火器取出，然所把大量的小塊金屬物(如釘子，壞了的螺帽等)拋入鉆桿中。被拋入鉆桿內(nèi)的小塊金刷物應(yīng)和泵入井中的泥漿—起流過(guò)渦輪鉆具，以保證小塊金屬物落入渦輪鉆具的渦輪中。在泵泥漿和用轉(zhuǎn)盤(pán)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具時(shí)，小塊金屬物落入上部幾級(jí)渦輸?shù)娜~片中間，并把葉片損壞，毀壞了的葉片碎與金屬物—超落入下一級(jí)渦輪，因之便卡住了定子和轉(zhuǎn)子。當(dāng)卡住渦輪鉆具殼體中的軸肘，取出鉆頭的方法即和轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井的取出鉆頭方法一樣，即是用轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿的方法取出鉆頭，因?yàn)檫@時(shí)鉆桿旋轉(zhuǎn)已能保證鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)。

這種取出鉆頭方法的特點(diǎn)，嫵論在用渦輪鉆具鉆井時(shí)鉆頭的被卡住或是在使用取心鉆具鉆井時(shí)鉆頭的被卡住都可以采用上述取出鉆頭的方法，這是這種方法的特點(diǎn)。如果鉆頭在鉆進(jìn)中被卡住，力鉆桿上提的高度，不足以卸開(kāi)方鉆桿和從其叫，取出濾清器，則必須卸下水龍頭，造一個(gè)適當(dāng)?shù)墓ぞ?，鉆透方鉆桿和上部鉆桿間濾器的底部，便保證可以把小塊金屬物拋入渦輪中。當(dāng)渦輪鉆井時(shí)，由於各種事故以及井底有金屬時(shí)，則用連續(xù)的平頭銑鞋來(lái)銑削井底，這一工作同樣也與轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井時(shí)不同。如果在轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井時(shí)，這個(gè)工作是在降低了轉(zhuǎn)數(shù)和加大了負(fù)荷的情況下進(jìn)行的，但在渦輪鉆井時(shí)則相反，銑削井底要在盡可能小的負(fù)荷、渦輪幾乎是懸空的、但渦輪轉(zhuǎn)數(shù)最大的條件下進(jìn)行的。在上述情況下應(yīng)用所述的方法，借著渦輪鉆兒的旋轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)銑鞋銳腳井底金屬，要此用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井法有效得多。