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井下動力鑽具

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簡述

定義
  井下動力鑽具(downhole motor)是指能把鑽井液的能量轉化為鑽井破岩動力的井底鑽具,如,渦輪鑽具、單螺桿鑽具、電動鑽具等.由於井下動力鑽具(井底馬達)具有高轉速,可以顯著提高機械鑽速,特別是與PDC鑽頭配合使用將大大地提高鑽井速度。
國內外現狀
  井下動力鑽具在西方發達國家已被確定為定向井、叢式井、大斜度井、水平井和搶險救援井的最佳鑽井工具之一。前蘇聯有80餘年使用電動鑽具和渦輪鑽具的豐富經驗,在蘇聯解體前,渦輪鑽具的年鑽井進尺佔全蘇總鑽井進尺的76%~80%,解體后的獨聯體,渦輪鑽具的年鑽井進尺仍為總鑽井進尺的70%以上,螺桿鑽具的年鑽井進尺佔總進尺的5%一10%。
  井下動力鑽具在提高機械鑽速、增加單隻鑽頭進尺、減少每米鑽井成本、實現井身軌跡的定向控制和快速準確中靶以及確保井身質量和鑽井安全性等方面,與傳統的轉盤鑽井相比,具有極大的優越性。
分類
  一般井下動力鑽具主要有三種,一是容積式螺桿鑽具,二是葉片式渦輪鑽具,三是電動鑽具。由於結構的改進,新材料和新技術的應用,這三種井下鑽具都有各自的優點,在不同時期都得到交替上升的迅速發展。

用途

  改革開放以來,中國油氣鑽井新技術的應用獲得了重要的進展。定向井、水平井、多分支井技術提高了鑽探成功率和效益,推動了井下動力鑽具的發展應用。此外,小井眼鑽井、套管開窗側鑽、旋轉導向鑽井、連續油管鑽井等技術亦得到一定程度的開發和利用,也需要井下動力鑽具有相應的發展。目前中國油氣鑽井成本偏高,建井周期長,轉盤鑽井的平均機械鑽速過低。發展深井、超深井與高溫、高壓、高地應力條件下提高鑽井效率的技術也是中國油氣鑽井發展的趨勢。深井的年鑽井比例達30%以上,且增長趨勢較大,而中深井的數量更大。要改變深井中后1/3的鑽井工作量佔全井2/3的鑽井時間的狀況,採用井下動力鑽具鑽井,尤其是推廣應用新型渦輪鑽井技術,無疑是最經濟的選擇。

幾種常用的井下動力鑽具

螺桿鑽具
  螺桿鑽具是smithInternational總公司根據Moineau泵原理設計的,它克服了渦輪鑽具的某些弱點。在性能上,具有低速、大扭矩的特徵,壓力降在4MPa以下,單瓣(或稱單頭、單線)螺桿鑽具的輸出轉速低於400r/min,多瓣螺桿鑽具的輸出轉速為90-150r/min,適合與牙輪鑽頭配套鑽井。在結構上,具有零件少、裝配簡單、維修工作量小的特點,小尺寸規格的鑽具也容易製作。整機長度6~sm,比較適合於鑽定向井和叢式井的工藝要求。
電動鑽具
  電動鑽具的輸出轉速在1200r/min以上,多級減速器結構複雜,可靠性差,井下電動機的絕緣和密封性能要求高。電樞繞組失效后,修復困難。特別是三牙輪鑽頭的縱向振動厲害,電動鑽具的工況惡劣,使用壽命僅有30~40小時。40年代末,電動鑽具隨著渦輪鑽具的發展而逐漸被淘汰。在西方國家,電動鑽具現已基本絕跡。在獨聯體,僅有少數井隊使用電動鑽具鑽水平井和大斜度延伸井,年鑽井進尺不到渦輪鑽具鑽井進尺的1%。
渦輪鑽具
  渦輪鑽具的優點是:具有高速大扭矩的軟特性,無橫向振動,機械鑽速高;全金屬的渦輪鑽具耐高溫,適宜於深井和高溫環境下作業;對油基鑽井液不敏感,能適應在高密度的鑽井液中工作。缺點是:鑽具較長,鑽頭的適用範圍小(減速渦輪鑽具除外);安裝調整軸向間隙較繁瑣。
  

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