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1、第四節(jié)井下動力鉆具的選用一、動力鉆具性能分析1.工作特性的區(qū)別下圖分別給出了渦輪鉆具和螺桿鉆具的理論特性。由此可對比出二者在工作特性上的區(qū)別，從而直觀認識二者在工作原理上的差異。從對比中可以得出，螺桿鉆具有硬的機械特性，過載能力強；而渦輪鉆具有軟的機械特性，過載能力差，隨著鉆壓增大導(dǎo)致切削阻力矩增大時，會引起轉(zhuǎn)速下降，易被“壓死”而造成制動。從這方面來看，螺桿鉆具用于鉆井作業(yè)更為適用。另一方面,螺桿鉆具的壓降隨著扭矩的變化而變化,因而可通過泵壓的變化檢測螺桿鉆具的工作情況。而渦輪鉆具的壓降不因載荷的變化而變化，對其在井底的工作狀況無法在地表直接

2、檢測。2.轉(zhuǎn)速差異渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速明顯高于螺桿鉆具。一般渦輪鉆具的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速多在1200rpm以上，其工作轉(zhuǎn)速(即空載轉(zhuǎn)速的一半)也多在600rpm以上，而單頭螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速一般在400rpm左右，多頭螺桿鉆具轉(zhuǎn)速一般100rpm左右。3.壓降差異外徑相近、工況參數(shù)(排量、鉆井液密度)相同的兩種鉆具，渦輪鉆具的壓降遠遠大于螺桿鉆具的壓降。渦輪鉆具的高壓降特性，在鉆井水力設(shè)計中必須予以充分考慮，特別是在深井鉆進的情況下。例如Φ165mm的多頭螺桿鉆具，其額定工作壓降?p一般為3MPa(空載起動壓降一般小于1MPa)，而尺寸相近的渦輪鉆具，其壓降一般可

3、達5-7MPa。4.耐溫性能差異井下動力鉆具內(nèi)的橡膠部件造成了鉆具承溫能力的門坎值。螺桿鉆具的定子襯里是耐油丁腈橡膠，過高的工作溫度會使定子橡膠脆化而造成先期破壞。一般的螺桿鉆具工作溫度不超過125℃。渦輪鉆具內(nèi)部沒有橡膠件，完全不受高溫的限制。這是渦輪鉆具的一大優(yōu)點，也是近年來渦輪鉆具又一度成為熱門產(chǎn)品一個重要原因。5.直徑影響的差異渦輪鉆具與螺桿鉆具相比，渦輪鉆具的功率和扭矩受直徑的影響甚大，而直徑對螺桿鉆具的影響較小。在設(shè)計產(chǎn)品或規(guī)劃產(chǎn)品系列時，對渦輪鉆具宜發(fā)展大直徑產(chǎn)品(過小尺寸會使扭矩太小)；對小直徑動力鉆具可主要發(fā)展螺桿鉆具。目前渦

4、輪鉆具產(chǎn)品的直徑范圍是Φ95～Φ320mm，而螺桿鉆具產(chǎn)品的直徑范圍是Φ45-Φ244mm。6.橫振差異螺桿鉆具的轉(zhuǎn)子在定子型腔內(nèi)作平面行星運動，產(chǎn)生離心慣性力，從而造成鉆具的橫向振動。而渦輪鉆具的轉(zhuǎn)子作定軸轉(zhuǎn)動不會引起離心慣性力和橫向振動。7、長度差異在外徑相近、扭矩相近的條件下，渦輪鉆具的長度明顯大于(甚至成倍于)螺桿鉆具長度。長度過大對造斜作業(yè)不利。二、螺桿鉆具和渦輪鉆具特點對比1.螺桿鉆具優(yōu)點：1.轉(zhuǎn)速低，適用于現(xiàn)有牙輪鉆頭.2.長度短(5～10m)，適合打定向井、水平井。3.壓降低(3～5MPa)。4.轉(zhuǎn)速不受輸出扭矩的影響,具有很好

5、的過載能力。5.螺桿鉆具的壓降隨著載荷的變化而變化,因而可通過泵壓的變化檢測螺桿鉆具的工作情況。缺點：1.橡膠定子和轉(zhuǎn)子在高密度及泥漿凈化不好條件下易磨損，隨著間隙的增大，轉(zhuǎn)速和扭矩下降。2.橡膠定子不耐高溫，在高于125℃條件下橡膠易失效，橡膠存放時間長了就會老化。螺桿鉆具一般情況下只能存放2年時間。2.渦輪鉆具優(yōu)點：1.渦輪鉆具轉(zhuǎn)速高(400rpm以上)，較適合于TSP鉆頭、金剛石鉆頭。2.渦輪鉆具定轉(zhuǎn)子使用壽命長。3.耐高溫和高壓，適用于高溫高壓井。缺點：1.渦輪鉆具轉(zhuǎn)速較高，與現(xiàn)有牙輪鉆頭不匹配。2.單節(jié)渦輪鉆具扭矩小，為了提高扭矩，只

6、有采用長度長的復(fù)式渦輪鉆具，使得鉆具總長度較大，不利于井眼軌跡控制；3.復(fù)式渦輪鉆具壓降大，特別是在高泥漿比重條件下壓降更大。4.轉(zhuǎn)速與輸出扭矩有關(guān)，過載條件下會導(dǎo)致鉆具不轉(zhuǎn)。三、動力鉆具的選用動力鉆具的選用一般遵循以下準則：常規(guī)定向井、大位移井、水平井的造斜以及復(fù)合鉆井選用螺桿鉆具。遇到高溫情況，可選用減速器渦輪。為提高鉆井速度而采用井下動力鉆具時，應(yīng)根據(jù)鉆頭的特點選用動力鉆具。一般可采用下列組合：PDC鉆頭或牙輪鉆頭+螺桿鉆具；PDC鉆頭或牙輪鉆頭+減速器渦輪鉆具；TSP鉆頭+高速螺桿或中速渦輪或減速器渦輪；單晶金剛石鉆頭+中、高速渦輪。