提高螺杆钻具使用寿命的措施

渤海钻探工程公司管具技术服务分公司

提高螺杆钻具使用寿命的措施

杜平 闫光 魏刚 向东 张会权渤海钻探工程公司管具技术服务分公司

目前制约螺杆钻具使用寿命最主要的原因是万向轴和传动总成，因这两个机构失效导致提前结束螺杆钻具的整机使用寿命，因此需要对万向轴材质和局部结构以及TC轴承和传动轴进行技术改进。为了避免TC轴承出现硬质合金块脱落，将原来在轴承内镶附硬质合金块改为均匀铺上一层微颗粒硬质合金粉，提高了TC轴承的使用寿命。传动轴也有改进，由原来的80mm轴改为90mm轴，加大了轴直径，提高了传动轴抗扭矩强度。要想整体提高螺杆钻具的使用寿命，需要专业设计人员对关键部位重新进行优化设计，生产厂家保证原材料质量和加工精度，现场操作人员和后期维修保养人员重视每一个环节，保证维修质量，这样才能保证螺杆钻具使用寿命得到整体的提高。

钻井；螺杆钻具；使用寿命；维护保养；现场应用

螺杆钻具是20世纪中期应用于石油钻井开采中的一种井下动力钻具，主要用于定向、造斜、扭方位、侧钻等钻井作业。随着钻井技术的不断发展，螺杆钻具在定向井、水平井、大位移井中的应用越来越多，使用量也在逐年递增。

随着复合钻井技术的全面推广应用，螺杆钻具加PDC钻头技术实现了钻井的提速，节约了钻井成本。

然而在这钻井大提速时期，由于螺杆钻具的使用寿命原因，不得不重新考虑螺杆钻具所面临的问题。

1 螺杆钻具自身硬件方面

螺杆钻具主要由传动轴总成、万向轴总成、马达总成和旁通阀总成四部分组成。导致螺杆钻具失效的原因有旁通阀刺漏、定子脱胶、转子脱镀、花瓣万向轴磨损脱落或花瓣开裂、传动轴断裂等。旁通阀刺漏有阀芯或阀体刺坏，也有阀芯卡死不能下移关闭处于开位，导致泥浆不经过马达而从该机构本体侧孔流到环空中，使马达不能工作。如果出现阀芯卡住旁通阀不能关闭导致马达不能工作的情况，可以反复开停泵试验几次，若试验几次仍无效，只有起钻检查、维修旁通阀。

早在2005、2006、2007年使用的螺杆钻具基本上都存在定子脱胶的问题，这与初期注胶工艺有很大关系，当改进注胶工艺后，很少出现定子脱胶现象。

转子脱镀发生在刚开始使用螺杆钻具的时候，主要原因是现场泥浆带有的硬质块状物进入马达将转子打坏。近几年，泥浆性能在不断提高，而且现场都采用三道泥浆过滤网，从而杜绝了转子脱镀的现象。以上三种情况虽然影响螺杆钻具的使用寿命，但却不是最主要、最关键的问题。

目前制约螺杆钻具使用寿命最主要的原因是万向轴和传动总成，因这两个机构失效导致提前结束螺杆钻具的整机使用寿命，不得不对整机进行检修。通过对螺杆钻具的检修发现，马达在120～200h之间基本完好；花瓣万向轴在150～180h之间花瓣咬合部位磨损严重；传动总成在150～180h之间上、下TC轴承有部分硬质合金块脱落，串轴承框动或传动轴轴头折断。

万向轴是连接转子和传动轴之间的桥梁，其主要作用是将马达的行星运动转变为同心运动，将扭矩传递给传动轴。万向轴实际工作状况比较恶劣，并且受到很复杂的交变应力的作用，这是制约万向轴寿命的原因。钻井生产中恶劣的工作状况和扭矩传递方式是无法改变的，因此需要对万向轴材质和局部结构进行探索、改进，从而达到提高万向轴寿命的目的。

传动总成主要由上、下TC轴承、串轴承和传动轴组成，在这三个部件里面损坏最快的是上TC轴承和传动轴。上TC轴承承受载荷的同时还有扶正作用，它是行星运动转变为同心运动的初期部位。同样，传动轴上端小头丝扣端附近也处于该运动转变过程中的初期部位，因此，受交变应力作用，常出现上TC轴承内镶硬质合金块磨损或脱落以及传动轴上端小头丝扣端断裂的情况。为了避免TC轴承出现硬质合金块脱落，生产厂家不断进行技术改进，将原来在轴承内镶附硬质合金块改为均匀铺上一层微颗粒硬质合金粉，提高了TC轴承的使用寿命。传动轴也有改进，由原来的80mm轴改为90mm轴，加大了轴直径，提高了传动轴抗扭矩强度。另外在传动轴轴头丝扣端加了两道应力消除槽，消除了一部分内应力，降低了传动轴折断的几率。

综上所述，对螺杆钻具关键部位而言，需要专业人员和生产厂家在材料、设计结构和改进工艺方面作进一步的探索，全面提高螺杆钻具的整机使用寿命。

2 现场使用方面

（1）螺杆钻具上、下钻台时应用两个吊钩，一个吊钩作为钢丝绳的滑道，另一个吊钩牵引上钻台。严禁单个吊钩直接吊运上钻台和吊运甩螺杆，这很容易造成螺杆钻具一端受到巨大撞击力而损坏螺杆钻具。

（2）螺杆钻具入井前应在井口进行试运转，压降要符合对应规格螺杆钻具的基本参数。

（3）检查螺杆钻具本身的质量、性能、参数、技术要求是否都满足现在钻井提速的要求。在保障钻井提速的前提下，严格按照螺杆钻具说明书和用户使用手册进行正规操作，严禁大排量、大钻压超负荷使用螺杆钻具以防提前结束螺杆钻具的正常使用寿命。

（4）螺杆钻具在下钻过程中，送钻要平稳，防止溜钻、顿钻；下钻速度要平稳，接单根速度要快，防止螺杆钻具内、外腔压力失衡，导致砂子及岩屑倒流进入马达内腔而憋停螺杆钻具。

3 维护保养方面

（1）螺杆钻具使用完毕后，尽量将螺杆钻具内的泥浆控干净。尤其是在冬季，避免螺杆钻具马达和传动部位存储的泥浆上冻。

（2）井队存放的螺杆钻具，其两端丝扣应清理干净并涂抹螺纹油脂以保护丝扣。

（3）回厂检修的螺杆钻具，各丝扣连接的关键部位均需做磁粉探伤；马达内腔冲洗干净检查；组装时各丝扣关键部位均匀涂抹620厌氧胶，做好全面维护保养工作。

4 结语

通过以上分析和总结认为，要想整体提高螺杆钻具的使用寿命，需要专业设计人员对关键部位重新进行优化设计，生产厂家保证原材料质量和加工精度，现场操作人员和后期维修保养人员重视每一个环节，保证维修质量，这样才能保证螺杆钻具使用寿命得到整体的提高。

（栏目主持 樊韶华）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.068