渦輪鉆井技術(shù)

渦輪驅(qū)動+地面驅(qū)動鉆井是復合鉆井的另一種形式?，F(xiàn)代的渦輪鉆具都采用金屬軸承、無橡膠件，相比螺桿鉆具更適合深層高溫條件下的鉆進；渦輪直接給鉆頭提供機械動力，渦輪鉆具配合長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間；在鑲金剛石鉆頭的高速散剪切作用下，鉆遇彈塑性泥頁巖時，即使存在較大正壓差也不會影響其鉆速；復合鉆井時地面驅(qū)動的轉(zhuǎn)速較低，減小了套管和井下鉆具的磨損；渦輪鉆具的震動水平低，可減少由于震動對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軸承牙輪鉆頭鉆進，機械鉆速達到20~30m/h，與轉(zhuǎn)盤配合牙輪鉆頭相比，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，機械鉆速得到大幅度提高。

渦輪鉆井的鉆具及鉆井設備

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(制動值)。渦輪鉆具的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)盤所能加給鉆柱的轉(zhuǎn)矩相比并不算大，但渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速卻比轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速高達3倍以上。渦輪鉆井中的鉆壓的大小一般同轉(zhuǎn)盤鉆井的鉆壓差不多，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的牙輪鉆頭。

二、渦輪鉆井的鉆桿

由于渦輪鉆井時，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燼可能地使用人直徑的鉆桿。從同樣的觀點來考慮，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有大的轉(zhuǎn)矩，所以接頭的工作條件也減輕了。

三、球形起動閘門、鉆桿濾清器

由于渦輪鉆井時起動泵壓大，在泥漿管線上常裝置一起動閘門，使起動時壓力和緩上升。一般是使用球形起動閘門。

渦輪鉆井的工藝基礎

每一種鉆井方法都有自己獨有的一些特點，這些特點正反映在鉆井的工藝上面。

第一，在轉(zhuǎn)盤鉆井中，卡鉆的主要原因在于：泥漿性能不好，鉆具處在不動的狀態(tài)和鉆桿的密封性受到了破壞。在渦輪鉆井時，鉆具只作緩慢的自上而下的前進運動，在純鉆井過程中，不必要使它旋轉(zhuǎn)；但是，在渦輪鉆井時，緩慢運動著的鉆具仍然會被卡，為此，必須借助轉(zhuǎn)盤定時地把它轉(zhuǎn)動。性能不合格的泥 漿會增加卡鉆的可能性，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，鉆桿將處在比轉(zhuǎn)盤鉆井時更大的內(nèi)壓力下，因此，在絲扣連接處破壞密封的危險性將更大，泥漿的漏失也將更有可能。

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

第三，無論是轉(zhuǎn)盤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)盤鉆井時，如果用12號鉆頭來鉆極硬地層，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，達可以算是最適宜的了。在渦輪鉆井時，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。

第四，在轉(zhuǎn)盤鉆井時，無論是軸向負荷還是轉(zhuǎn)速都可以自由調(diào)節(jié)，但在渦輪鉆井時，這種自由就沒有。所以，必須根據(jù)巖石條件來選擇各種不同類型的渦輪鉆具。一般在鉆極硬巖石時，最好采用把水當作泥漿使用的T12M型渦輪鉆具，而在鉆粘質(zhì)巖石時，則常使用TC型渦輪鉆具。這時，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，在工藝過程方面，渦輪鉆井與轉(zhuǎn)盤鉆井沒有什么區(qū)別。像任何機器一樣，渦輪鉆具在開始工作前必須仔細檢查。往井底下入未經(jīng)檢查的渦輪鉆具是很危險的，渦輪鉆具還會拒絕承受負荷，或者干脆渦輪鉆具的軸不旋轉(zhuǎn)。這時不得不把鉆具提起(起鉆)，這就造成把時間都浪費在起下鉆這繁重的工作上。渦輪鉆具送到井場后，必須經(jīng)過仔細的外表檢查。

渦輪鉆井過程中的一些復雜問題

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

當鉆頭卡在井十并且鉆具的重量很大時，用上下活動鉆抖的方法取出鉆頭通常是不行的。同時利用轉(zhuǎn)盤旋轉(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渦輪的軸承相聯(lián)結(jié)的，鉆桿旋轉(zhuǎn)僅能帶動渦輪鉆具的列殼旋轉(zhuǎn)，因此消除渦輪鉆中諾如此類的事故具有特殊的性質(zhì)，并且需要進行—系列的輔助操作。在用轉(zhuǎn)動鉆具提出鉆頭前，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)的小塊金刷物應和泵入井中的泥漿—起流過渦輪鉆具，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)盤慢慢轉(zhuǎn)動鉆具時，小塊金屬物落入上部幾級渦輸?shù)娜~片中間，并把葉片損壞，毀壞了的葉片碎與金屬物—超落入下一級渦輪，因之便卡住了定子和轉(zhuǎn)子。當卡住渦輪鉆具殼體中的軸肘，取出鉆頭的方法即和轉(zhuǎn)盤鉆井的取出鉆頭方法一樣，即是用轉(zhuǎn)動鉆桿的方法取出鉆頭，因為這時鉆桿旋轉(zhuǎn)已能保證鉆頭轉(zhuǎn)動。

這種取出鉆頭方法的特點，嫵論在用渦輪鉆具鉆井時鉆頭的被卡住或是在使用取心鉆具鉆井時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。如果鉆頭在鉆進中被卡住，力鉆桿上提的高度，不足以卸開方鉆桿和從其叫，取出濾清器，則必須卸下水龍頭，造一個適當?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。當渦輪鉆井時，由於各種事故以及井底有金屬時，則用連續(xù)的平頭銑鞋來銑削井底，這一工作同樣也與轉(zhuǎn)盤鉆井時不同。如果在轉(zhuǎn)盤鉆井時，這個工作是在降低了轉(zhuǎn)數(shù)和加大了負荷的情況下進行的，但在渦輪鉆井時則相反，銑削井底要在盡可能小的負荷、渦輪幾乎是懸空的、但渦輪轉(zhuǎn)數(shù)最大的條件下進行的。在上述情況下應用所述的方法，借著渦輪鉆兒的旋轉(zhuǎn)來帶動銑鞋銳腳井底金屬，要此用轉(zhuǎn)盤鉆井法有效得多。