第三章定向井主要鑽井工具介紹

2022-05-14 20:30:03 字數 3064 閱讀 8134

3.1 泥漿馬達介紹

泥漿馬達由:驅動頭、軸承總成、萬向接頭、轉子、定子和旁通閥組成。其馬達部分由定子和轉子組成,幫浦入鑽具的鑽井液流經馬達推動轉子轉動後再流經鑽頭,轉子的旋轉力傳遞給鑽頭帶動鑽頭旋轉。

圖3-1,井下馬達的主要部件。

圖3-1井下馬達的主要部件

下面以納維鑽具為例分別介紹泥漿馬達的各主要部件:

3.1.1旁通閥

旁通閥是為了使迴圈液繞過馬達,因此,下鑽時可讓迴圈液灌入鑽柱;起鑽或接鑽桿時可讓管內液體瀉出。

當無迴圈或低幫浦量迴圈時,彈簧使活塞處於上部位置,此時,孔道開啟,泥漿可流入鑽柱或自鑽柱流出。活塞的動作取決於排量,相當於推薦最大排量的30%時活塞被下推座於活塞座上,於是孔道被封閉,鑽井液徑直流經馬達如果停幫浦,彈簧再將活塞頂回到原來上部位置,孔道又被開啟。

圖3-2 旁通閥示意圖

3.1.2 多級馬達

目前各類井下馬達多為容積式馬達,基本由以下兩部分組成:

① 具有螺旋形內腔的橡膠硫化定子。

② 螺旋形的鋼轉子,其表面鍍有硬度材料以減少磨損並防止腐蝕。

在定子橡膠和轉子抗磨及抗腐蝕金屬表面間是連續密封的,所以當泥漿經馬達時轉子就轉動(如圖3-3所示)。

圖3-3 容積式馬達轉子和定子剖檢視

這種馬達最大優點是:

① 鑽井扭矩直接和馬達產生的壓降成正比。

② 轉子的轉速只取決於排量,不受扭矩的影響,因此,當進行鑽井作業時,在鑽台上就可以確定並控制轉速和扭矩。

3.1.3 萬向軸

轉子下端和萬向軸總成相連,萬向軸可把轉子的非同心轉動轉變為驅動接頭的同心轉動。萬向軸總成由兩個萬向接頭組成,每個萬向接頭均以抗油強力橡膠套密封並充滿黃油,橡膠套密封的作用旨在使萬向接頭不受泥漿汙染。

3.1.4 軸承總成和驅動接頭

用軸承支撐的驅動接頭將馬達的轉動和扭矩傳給鑽頭。約有2%的泥漿排量通過並潤滑軸承,絕大部分鑽井泥漿經徑向軸承上面的水槽進入驅動軸並經鑽頭流出。

3.1.5 泥漿馬達的型別

目前大多數泥漿馬達都是按螺桿原理工作。根據定子和轉子的螺旋角和凸瓣數(頭數)決定其扭矩和轉速。根據轉子/定子頭數關係的不同,可分為低轉速高扭矩馬達和高轉速低扭矩以及中轉速中扭矩馬達。

如1/2轉子和定子關係的馬達是高轉低矩馬達,而7/8頭關係的馬達是低轉速高扭矩馬達。一般來說,轉度低的馬達對鑽頭磨損小,岩屑顆粒較大;而高度低扭矩馬達,對鑽頭磨損較嚴重,切削的岩屑細。

由於水平鑽進的發展,泥漿馬達的結構有了許多改進,以滿足水平鑽井的要求。如泥漿馬達的殼體做成彎角形式,甚至不止乙個彎角,這相當於把造斜時馬達上方的彎接頭下移到馬達本身殼體上。根據彎角搭配可分為:

單彎、同向雙彎、異向雙彎角馬達,這些馬達往往還配扶正器。帶扶正器的異向雙彎角馬達就是所謂的導向馬達,它既能轉盤穩斜,又能定向造斜。單彎殼體和同向雙彎馬達的造斜率可滿足中曲率半徑(8°~20°/30m)水平井的造斜要求。

並且其中一些馬達的彎角還可調,有的通過遙控進行,有的在鑽台進行。

圖3-4:水平井馬達系統示意圖

3.1.6 泥漿馬達的操作和故障排除

① 泥漿馬達入井前,應在鑽台進行試驗:檢查軸承間隙、檢查旁通閥彈簧的復位能力、小排量啟動馬達,看馬達是否工作並記下該排量和幫浦壓。泥漿馬達一般配合彎接頭造斜或糾方位,因此下井後要緩慢下鑽。

完成作業後,則要清洗馬達,如有可能,應以清洗液(如海水、淡水等)清洗。

② 泥漿馬達故障排除

3.2 馬達鑽進時的主要工具

常規定向井作業時,馬達鑽進主要用於造斜和糾方位。一套典型的造斜鑽具組合的工具包括:鑽頭+泥漿馬達+彎接頭+單流閥+定向接頭+無磁鑽鋌等。

根據測量方式的不同,儀器部分的結構也有所不同。比如speny-sun mwd,測量儀器的坐入需要一根無磁長鑽鋌和乙個無磁懸掛短節。如果是sst測斜,由於sst的訊號傳遞是靠電纜,因此還需要乙個旁通頭或迴圈頭,其作用是通過它把電纜送入鑽具直至井底。

下面分別簡單介紹上述主要工具的作用:

① 彎接頭。它是造斜鑽具產生側向力的原因。彎接頭殼體上有高邊標誌線,所謂高邊即彎接頭的彎曲方向。

② 單流閥。它不允許泥漿倒流。因為井底砂子較多,岩屑顆粒較大,如果不加單流閥,當停幫浦測斜時,從井底經鑽頭湧入的砂子有可能堵死馬達或測量儀器。

③ 定向接頭。其作用是支撐和固定測量儀器,使儀器測出準確的工具面。

④ 無磁鑽鋌。無磁鑽鋌的作用一是避免由於使用鋼鑽鋌而對測量儀器產生的磁影響;二是遮蔽上下鑽具及井壁周圍的磁場,以保證磁性測量儀器測量結果的準確性。

⑤ 迴圈頭。當測量儀器是sst時,它被裝在水龍帶與方鑽桿連線處,電纜由它進入鑽桿。造斜鑽進時,用高壓油閉封電纜入口,避免泥漿外洩。

每打完一工作立柱,接下一立柱時,必須把測量儀器從井底提進工作立柱。接好立柱後,再把測量儀器送到井底。

⑥ 旁通頭。其作用也是使用sst儀器時,使電纜通過它進入鑽具直至井底。但它比迴圈頭好,因為每次測斜完畢,不必上提儀器,而可以直接接一立柱。旁通頭被安裝在鑽具上。

3.3 轉盤鑽進時的主要工具

轉盤鑽進時的主要定向井工具有:扶正器、短鑽鋌、非磁鑽鋌以及方位變向器。下面分別簡單介紹上述工具。

① 直井和定向井的鑽具組合都使用扶正器,但扶正器的形狀、尺寸和位置對定向井軌跡控制尤其重要。一般來說,螺旋型翼片的扶正器適合於定向井,特別是近鑽頭扶正器。

② 短鑽鋌用於不同的鑽具組合(增斜、降斜、穩斜),使鑽具組合獲得不同的剛性及井斜和方位變化率,以達到軌跡控制的要求。

③ 方位變向器。故名思義,方位變向器就是用來控制和改變定向井井眼方位大小的工具(鑽具)。在轉盤鑽井工藝中,可用通過改變鑽具組合的方法控制井斜角的變化率。

但對方位的變化通常是無能為力的。常用的解決方位漂移的方法是:預留提前角和用井下動力鑽具進行「扭方位」作業。

人們一直在試圖找到能用於轉盤鑽調方位的工具和方法。方位變向器正是這樣開發出來的。

目前,有兩種方位變向器:一是美製的滑動葉板變向器;二是套筒型方位控制器。二者工作原理類似,但後者更合理,實際效果更好一些。

方位變向器的原理是:方位變向器緊換鑽頭,隨鑽具一起旋轉。每旋轉一周,方位變向器使鑽頭受到乙個與地層漂移方向相反的水平側向力的作用,從而使井眼方位向地層漂移力的反方向漂移,或者通過抵消地層漂移力,使井眼方位不再漂移。

由於方位變向器沒有得到廣泛使用,因此不再詳述。

④ 如果使用單點測斜儀跟蹤軌跡,還需要承托環。承托環裝在鑽頭上或非磁鑽鋌下端,用以支撐單點測斜儀。

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