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1、1现场螺杆钻具工作寿命影响因素探析现场螺杆钻具工作寿命影响因素探析目前,国内各油田定向井、水平井及分支井等特殊工艺井所占比例不断上升,螺杆钻具作为这些特殊工艺井施工必需的造斜工具,其连续工作寿命长短直接关系到施工井的生产时效高低和钻井周期的长短。螺杆钻具使用寿命偏低的问题目前已成为进一步提高特殊工艺井钻井速度的瓶颈之一。影响螺杆钻具使用寿命的要素包括“硬件”因素和“软件”因素。 “硬件”因素指螺杆钻具本身的设计制造技术水平高低;“软件”因素主要指钻具使用方式、钻井液性能控制、钻井参数优化及规范操作等现场应用技术,其中“硬件”因素是关键,从根本上说,螺杆钻具的设计制造技术水平高低基本决定了其使用
2、寿命的长短,这也是国外产品平均使用寿命普遍高于国内水平的原因所在。然而,在“硬件”因素即螺杆钻具结构设计因素确定的情况下,“软件”因素即现场应用技术对螺杆钻具工作寿命的影响也非常明显,在非正常使用情况下,同样会缩短螺杆钻具的工作寿命。本文以两套进口螺杆钻具的使用情况为例,对影响钻具工作寿命的现场应用因素作一些有益探讨。 一、两套进口螺杆钻具使用情况 序号 规格型号 产地 弯角度数 井号 使用井段(m) 钻井进尺(m) 纯钻进时间(h) 机械钻速(m/h) 21 172 可调弯角式 A 国 1.25 X109-斜 130 15172540 1023 42 24.36 1.5 X109-斜 138
3、 11062195 1089 53 20.55 2 172 可调弯角式 B 国 1.5 Y9-平 1 17402113 373 54 6.91 1.25 21132286 173 22 7.86 上表为两套进口可调弯角式螺杆钻具的现场使用情况,其中 1 号螺杆钻具在 X109-斜 130 井的 17801922m 为定向井段,纯钻时 16.5h;在 X109-斜 138 井的 11061259m 为定向井段,纯钻时 11.5h,其余进尺均为转盘加螺杆钻具复合钻进井段。2 号螺杆钻具在 Y9-平 1 井的 18942040m 为复合钻进井段,纯钻时 24h,其余进尺均为定向调方位井段。钻井参数为
4、:钻压 4080KN,转盘转速 5070rpm/min,排量30L/s,泵压 1113MPa,使用地层为新生界下第三系东营组至沙三段地层。两套钻具无检修连续使用至后期,均出现泵压升高,起钻后发现传动轴轴向间隙偏大,推力串轴承损坏严重。从上表可以看出,两套钻具的无检修连续工作寿命分别为 95h 和 76h,该工作时间与外国厂家承诺的连续工作寿命不低于 150h 相距甚远,而国产钻具在同地区、同井型使用的平均工作寿命一般为 7080h,显然,进口钻具在该地区使用并无明显优势。 二、影响螺杆钻具工作寿命的使用因素分析 3两套进口螺杆钻具先期使用损坏,未能达到其预期工作寿命,分析个中原因,除螺杆钻具本
5、身质量因素外,现场使用方式和工作环境条件的差异是影响钻具工作寿命的重要因素。 1、使用方式的影响 采用螺杆钻具加转盘复合钻可明显提高机械钻速,尤其是对于定向井、水平井等特殊工艺井施工可减少起下钻次数,合理控制井身轨迹,缩短钻井周期。但由于螺杆钻具本身结构设计主要考虑的是用于定向、调方位作业,其正常工况是靠钻井泵所泵出的钻井液传递能量,推动马达转动,复合钻使用方式改变了钻具的工况,使其受力状况更为复杂。由于在原来的基础上增加了钻具的转动,各种交变载荷作用使螺杆钻具各相对运动件磨损加快、提前疲劳破坏,整机工作寿命明显缩短。近年来,国内螺杆钻具的使用状况也普遍验证了该结论。两套进口螺杆钻具都存在大井
6、段、长时间的复合钻使用,因此对其工作寿命的影响不言而喻。 2、钻井液性能的影响 由于进口和国产螺杆钻具的传动轴总成一般均采用敞开式结构,径向轴承和推力串轴承依靠钻井液润滑冷却,因此所用钻井液性能好坏对钻具寿命的影响最为明显,其中钻井液中的有害固相成分(如钻屑颗粒)的影响是关键因素。在固相含量在螺杆钻具工作过程中,高硬度的颗粒状固相成4分对传动轴总成的轴承部分造成研磨、啃咬,严重恶化了轴承润滑条件,在交变重载作用下,造成推力串轴承先期损坏。目前,国内中等深度定向井、水平井占绝大多数,钻井周期短,泥浆化学药品投入量有限,尽管普遍采用了三级净化控制设备,但钻井液中的有害固相含量仍居高不下,含砂量一般
7、控制在 3%左右,对钻具传动轴总成的轴承润滑构成了潜在损害。 3、井身轨迹 在复合钻工况下,井身轨迹也是影响螺杆钻具工作寿命的重要因素。一般地,就钻具使用寿命而言,直井远远高于特殊工艺井,小井斜、轨迹平滑井段高于大井斜、轨迹复杂井段,这是由于在特殊工艺井的大井斜、复杂轨迹井段,钻具的涡动效果加强,瞬间载荷急剧变化,交变负荷作用使钻具工作寿命下降。 4、地层因素 在均质地层中使用,钻具受力均匀,工作平稳,寿命较长;而对于夹层多、软硬交替频繁的非均质地层,钻具工作易憋跳钻,负荷忽大忽小,并承受冲击载荷,尤其是钻至油层井段,钻头全部吃入油砂地层,瞬间载荷非常大,对钻具造成很大的破坏作用,甚至引发脱扣
8、、断轴等井下事故。 5、钻井参数 根据螺杆钻具推荐的使用参数,并结合实际情况,合理5优化钻井参数,可充分发挥钻具的潜在寿命。钻压过大,转速过高,易使钻具负荷过重;排量过大,对钻具马达和轴承组冲蚀加重,造成钻具提前损坏。 6、操作因素 操作不当同样影响钻具的使用寿命。切菜式送钻,钻压忽大忽小,尤其是溜钻、顿钻,造成钻具频繁滞动,易缩短钻具工作寿命。 三、提高螺杆钻具工作寿命的现场技术措施 1、复合钻进井段,应优选螺杆钻具,一般采用小弯度(1.5)、新度较高的螺杆钻具,其扶正器型式宜采用螺旋式或球形式等非偏心式结构。 2、适当加大泥浆化学药品投入,严格控制钻井液的有害固相含量,保持良好的携砂性能,
9、使井内钻屑及时带出地面,不致于在井内重复破碎研磨,增加钻井液的固相分散度;同时,采用化学凝聚方法与机械除砂方法联合作用,搞好钻井液地面净化,有条件应配备震动筛、除砂器、除泥器、离心机四级净化系统。 3、视使用地层、井身轨迹、钻速快慢等井下情况,合理优选钻具使用参数,做到动态控制调节,在钻具推荐工作参数范围内,钻压宜小不宜大,转盘转速宜低不宜高,排量大小应当适中,既保证岩屑及时携出,又不使钻具冲蚀严重。 4、精心操作,均匀送钻,不溜不顿,使钻具负荷均匀,平6稳工作。 四、结论 1、在现场使用因素中,钻具使用方式和钻井液的有害固相含量对螺杆钻具工作寿命的影响很大,尽量降低泥浆含砂量,可有效延长钻具使用寿命。 2、螺杆钻具对使用条件要求比较苛刻,改善钻具使用工况有利于充分发挥其潜在寿命。 3、优化螺杆钻具使用,对提高其工作寿命潜力较大。
