| 单词 | 井下涡轮钻具 |
| 释义 | 【井下涡轮钻具】 拼译：downhole turbodrill 是现代钻石油定向井、丛式井、水平井及深井中快速钻进的技术装备。涡轮钻具和螺杆钻具是目前井下动力钻具的主体。井下动力钻具在提高钻井速度、增加单只钻头进尺、减少起下钻次数、降低每米钻井成本、确保井身质量和钻井安全等方面，以及在定向井、大斜度井、水平井和深井钻井中，与转盘钻井相比，显示出了不可比拟的优越性和强大的技术潜力。 1890年，巴库西木千柯曾研究出世界上第1套井下动力钻具设计图纸，但是，这个设计没有实现。1923年，巴库卡别留什尼柯夫等提出了涡轮钻井的理论，研究出用于钻井的涡轮钻具的结构，后来人们就把这种钻具定名为卡别留什尼柯夫涡轮钻具，1925～1926年期间开始在阿塞拜疆油矿应用。这种涡轮钻具性能比较落后，技术经济指示比转盘钻井低得多。1938～1939年间前苏联研制出一种新型的能在较高转速下工作的钻头，便于与涡轮钻具配合使用。1951年以后，主要进行原来涡轮钻具的改进提高，现在每年约80%的钻井工作量是由井下动力钻具来完成的。特别是在西伯利亚地区，几乎全部采用井下动力钻具钻井。美国及西欧直到70年代末，随着聚晶金钢石复合片钻头的商业性推广应用，才逐渐开始大规模采用井下动力钻具钻定向井和深井直井段，但发展速度和技术水平提高较快。目前，直井涡轮钻具的寿命为80～250h，这种涡轮配用Stratapas钻头取得了较好的效果。前苏联西西伯利亚地区定向井的稳斜井段由于地层因素的影响，井眼方位偏移大，校正纠偏的工作量繁重。采用常规方法根本不凑效，于是研制了铰接式涡轮钻具。1987年ТШК－215型铰接式涡轮钻具在井深为430～2200m下的10个稳斜井段进行了试验，结果表明：井斜度稳定，在初始井斜角为10°～21°时，变化角不超过0．2°／100m，即使在4口井初始井斜角只有5°～7°的井内，也达到了相同效果。在定向井丛式井水平井的钻井中，用井下动力钻具组合进行造斜、稳斜、增斜、扭方位以及水平钻井时，都希望钻具组合的长度越短越好。一是造斜增斜的强度高，可靠性能好；二是测点距井底近，随钻测量仪的数据能更真实地反映井底的情况；三是根据井下参数实施钻井过程的控制时，调整工作量少，及时准确，缩短井下钻具组合，在中小曲率半径水平井的钻井中，尤为重要。涡轮钻具要在缩短长度后仍发出足够大的钻井力量，就需要设计高速高效叶型的涡轮，配大减速比的减速器，以降低转速，增加扭矩。苏联对减速器进行了长期研究，试验了充油行星齿轮减速器，开式行星摩擦减速器和正弦槽滚珠减速器等多台样机，积累了多方面的经验。最近，苏联研制了Φ240mm、长4m的超短涡轮钻具。该涡轮钻具由动力部分、减速部分和支承部分3个单元组成，共同装在一个壳体内。动力部分只有8级高速涡轮，采用偏心齿轮传动，速比为9。整个减速器长度为4m，支承部分长1．5m。在流量为35L／s时，输出力矩为1620kNm，压力降10Pa，转速60n／s，适合于配牙轮钻头钻井，与2～3°的弯接头配用进行造斜，其造斜率为9°／10m。这种超短涡轮钻具已完成了室内的台架试验和性能测试，并在现场的工业性试验中获得了理想的效果，已开始推广试用。1982年8月用带偏心扶正器的复式涡轮钻具在北海油田扭方位和校正井眼时发现：当定好方位，锁住转盘使钻柱不旋转时，涡轮钻具驱动钻头沿着工具面的方向按一定的造斜率定向钻进；当转盘以某一转速旋转钻柱时，涡轮钻具和转盘同时给钻头提供动力，这时，井下钻具组合沿斜直线或直线钻进。根据这一发现，将此带偏心扶正器的导向涡轮钻具配上当时最先进的随钻测量(MWD)系统和计算机钻井理论技术就组成了涡轮钻具导向钻井系统。依据同样的原理，1983年又发展了螺杆钻具导向钻井系统。二者统称为井下动力钻具导向钻井系统。近几年，涡轮钻具导向钻井系统在结构形式上除了现已广为使用的带偏心扶正器的导向涡轮钻具外，还有带弯外壳的导向涡轮钻具；和带可变弯接头的导向涡轮钻具两种。前者是以过去固定弯接头配涡轮钻具的造斜钻具组合为基础改造而来的，将带有一定角度的固定弯接头内腔扩大改制成弯外壳，接在涡轮钻具涡轮节的外壳与支承节的外壳之间，涡轮节的动力轴与支承节的输出轴通过万向联轴节相连，该万向联轴节穿过弯外壳的内腔，其原理和结构类似原苏联的TO型造斜支承节。这样，整个导向钻具的弯曲点比过去的固定弯接头造斜涡轮钻具要更靠近钻头，减少了钻头的偏心程度，使钻具既具有一定的造斜能力，又能很好地适合于用转盘钻进。实践证明，该导向钻具组合比带偏心扶正器的导向涡轮钻具有更大的造斜率。最近新出现的一些带弯外壳的导向涡轮钻具将弯外壳移到了涡轮钻具的支承节与钻头之间，类似于苏联的ШO型造斜支承节，其造斜能力更强，造斜率可达10°～11°／30m。后者也是以过去固定弯接头配涡轮钻具造斜钻具组合为基础改进的，将固定弯接头用可变弯接头代替。美国生产的Dyna-Flex液控可变弯接头和法国研制的M型、E型遥控可变弯接头现已很少用，主要是用法国SMP公司与法国石油研究院(UFP)新近研制的T－3000型液控多角度弯接头。该可变弯接头由上下两个短节组成，上短节为固定件，下短节为可动的定向件，由地面的Telehydro-Com(TED)系统操纵，当按规定量调节钻井泵排量时即可调整弯接头的角度。钻井时，象固定弯接头一样，装在涡轮钻具上部，MwD系统下部。在控制系统的操纵下，下短节带着下面的涡轮钻具相对上短节旋转，每旋转一次就改变一次弯接头的角度和工具面方位。旋转一周共能变换0°～2°之间10组不同的角度和方位(包括零位)。由该可变弯接头组成的涡轮钻具导向钻井系统使用实践表明：在215．9mm、596．9mm井眼的定向钻井中，该导向钻具组合的定向准确、刚性大、造斜有力可靠、井身质量好、中靶精度高。该领域在20世纪90年代和21世纪初叶的研究热点为：(1)发展涡轮钻具，使其适应更深的井、更高温度的地热井，提高可靠性，使涡轮钻具的寿命达到150～200h；(2)发展小排量低速大扭矩和短涡轮钻具，完善涡轮钻具的性能特征和品种系列；(3)重视涡轮钻具配套技术的发展，包括泥浆循环短节、涡轮安全锁紧装置、涡轮钻具转速仪，进一步提高涡轮钻具导向钻井技术，发展高可靠性的第2代随钻测量系统。【参考文献】：1 华东石．油学院矿机教研室编，石油钻采机械(下册)．北京：石油工业出版社，1980，6：138～1642 Composite catalog of Field Equipment and services，1984～1985，1986～1987，1988～19893 周思柱，符达良，赵国珍．石油机械．1989，17(9)：12～174 Willam Stevenson，Willam J．Pike World oil，1991，212(1)：39～41(江汉石油学院符达良教授、周思柱硕士撰) |
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