石油鉆采機(jī)械概論-井下動力鉆具(2003版本)課件

井下動力鉆具機(jī)自（卓越）1101Content術(shù)語進(jìn)尺：鉆進(jìn)獲得以米為度量單位的長度數(shù)值。一個作業(yè)班(8小時)內(nèi)的鉆進(jìn)長度，稱為班進(jìn)尺，此外有日進(jìn)尺、月進(jìn)尺、年進(jìn)尺等；一個鉆頭所鉆的總深度，稱鉆頭進(jìn)尺；進(jìn)尺是鉆探或鉆井的工作量指標(biāo)，是鉆探計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)、核算、定額等的一個基本項(xiàng)目壓力降：壓力降指的是壓差，一般指流體經(jīng)過某容器或設(shè)備等所損失的壓力。電動鉆具電動鉆具的輸出轉(zhuǎn)速在1200r/min以上多級減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，井下電動機(jī)的絕緣和密封性能要求高。電樞繞組失效后，修復(fù)困難。特別是三牙輪鉆頭的縱向振動厲害，電動鉆具的工況惡劣，使用壽命僅有30~40小時應(yīng)用40年代末，電動鉆具隨著渦輪鉆具的發(fā)展而逐漸被淘汰。在西方國家，電動鉆具現(xiàn)已基本絕跡。在獨(dú)聯(lián)體，僅有少數(shù)井隊(duì)使用電動鉆具鉆水平井和大斜度延伸井，年鉆井進(jìn)尺不到渦輪鉆具鉆井進(jìn)尺的1%。渦輪鉆具液動馬達(dá)，渦輪殼體里面裝有多級成對的渦輪定轉(zhuǎn)子工作時鉆井液在泵的作用下首先進(jìn)入渦輪定子，渦輪定子使鉆井液具有一定的方向和速度進(jìn)入渦輪轉(zhuǎn)子，渦輪轉(zhuǎn)子使鉆井液的水力能量轉(zhuǎn)變?yōu)闇u輪鉆具輸出軸驅(qū)動井底鉆頭的轉(zhuǎn)動機(jī)械能。渦輪鉆具轉(zhuǎn)速范圍大，可使用牙輪鉆頭、PDC鉆頭和各類孕鑲金剛石鉆頭優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：具有高速大扭矩的軟特性，無橫向振動，機(jī)械鉆速高；全金屬的渦輪鉆具耐高溫，適宜于深井和高溫環(huán)境下作業(yè)；對油基鉆井液不敏感，能適應(yīng)在高密度的鉆井液中工作。螺桿鉆具SmithInternational公司根據(jù)Moineau泵原理設(shè)計(jì)[Moineau泵即單螺桿泵，1932年，法國工程師Moineau發(fā)明]鉆井液為動力，把液體壓力能轉(zhuǎn)為機(jī)械能的容積式井下動力鉆具。當(dāng)泥漿泵泵出的泥漿流經(jīng)旁通閥進(jìn)入馬達(dá)，在馬達(dá)的進(jìn)、出口形成一定的壓力差，推動轉(zhuǎn)子繞定子的軸線旋轉(zhuǎn)，并將轉(zhuǎn)速和扭矩通過萬向軸和傳動軸傳遞給鉆頭，從而實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)螺桿鉆具結(jié)構(gòu)特征1—旁通閥；2—多級馬達(dá)；3—萬向軸節(jié)；4—驅(qū)動軸優(yōu)點(diǎn)在性能上，具有低速、大扭矩的特征，壓力降在4MPa以下，單瓣（或稱單頭、單線）螺桿鉆具的輸出轉(zhuǎn)速低于，多瓣螺桿鉆具的輸出轉(zhuǎn)速為一適合與牙輪鉆頭配套鉆井。在結(jié)構(gòu)上，具有零件少、裝配簡單、維修工作量小的特點(diǎn)，小尺寸規(guī)格的鉆具也容易制作。整機(jī)長度比較適合于鉆定向井和叢式井的工藝要求缺點(diǎn)具有低速大扭矩的硬特性；過載能力強(qiáng)，操作方便；結(jié)構(gòu)簡單，鉆具較短，維修方便。缺點(diǎn)是:需定排量工作，有橫向振動；對油基鉆井液敏感，不適應(yīng)在高密度鉆井液中工作；橡膠定子耐高溫性差，不宜于深井作業(yè)在超深井和大位移斜井及水平井中，為減少井下事故的發(fā)生，提高螺桿鉆具的安全可靠性是非常必要的，這也是螺桿鉆具質(zhì)量穩(wěn)定性的重要體現(xiàn)導(dǎo)向渦輪鉆具英國殼牌勘探開發(fā)公司運(yùn)用渦輪鉆具、螺桿鉆具和轉(zhuǎn)盤鉆在Barque油田和Clipper油田二疊組進(jìn)行了51井次對比試驗(yàn)，三者平均機(jī)械鉆速分別為14.39m/h、5.49m/h、8.08m/h，這說明渦輪鉆具在深井硬地層仍有其獨(dú)特優(yōu)勢。法國Neyrfor公司和蘇格蘭Weir公司決定把螺桿鉆具的優(yōu)點(diǎn)引入渦輪鉆具，兩家聯(lián)合制定了一個“導(dǎo)向渦輪鉆具”的研制計(jì)劃。導(dǎo)向渦輪鉆具試驗(yàn)及其成果1990年，導(dǎo)向渦輪樣機(jī)試制和臺架試驗(yàn)；1991年，北海油田，樣機(jī)試驗(yàn)據(jù)報道：樣機(jī)試驗(yàn)獲得了巨大成功導(dǎo)向渦輪鉆具在油基鉆井液中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)217小時，不僅機(jī)械鉆速高，井下定位準(zhǔn)確，而且降低了鉆井成本。葉片鉆具這種鉆具具有單向離合器的功能，當(dāng)壓力中斷時可以用轉(zhuǎn)盤通過鉆桿直接驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)實(shí)踐表明，葉片鉆具使用效果良好。井下定向控制方便，不僅可用于大斜度井和小曲率半徑水平井，而且還適用于深井和高溫井，在各種高壓鉆井液中均能有效地工作。目前，葉片鉆具主要在北海油田與帝國石油工具公司合作的承包商的承包區(qū)內(nèi)大量使用，尚未超過合同規(guī)定的對外保密年限發(fā)展1922年，世界上第一臺渦輪鉆具在巴庫油田試驗(yàn)成功。（前蘇聯(lián)，渦輪鉆具技術(shù)實(shí)力雄厚）1932年，法國工程師研制出螺桿鉆具（并沒有應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)）1966年，前蘇聯(lián)開始研制螺桿鉆具早期的渦輪及螺桿鉆具配備的都是牙輪鉆具，最佳轉(zhuǎn)速為100~270r/min；渦輪，螺桿轉(zhuǎn)速較高，需要減速發(fā)展1977年，聚晶金剛石（PDC）鉆頭在北海油田問世，加速了井下動力鉆具的發(fā)展。80年代，井下動力鉆具、聚晶金剛石(PDC)鉆頭和隨鉆測量（MWD）系統(tǒng)這三大技術(shù)工具得到了高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，特別是這三者的有機(jī)組合體——井下動力鉆具導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的問世，極大地促進(jìn)了叢式井、大斜度井和大中曲率半徑水平井的開發(fā)，使西方國家的水平井鉆井成本普遍降低60%一70%，被譽(yù)為鉆井技術(shù)史上的重大變革發(fā)展1.國外井下動力鉆具的發(fā)展具有品種類型趨于統(tǒng)一、性能參數(shù)基本一致的趨勢。產(chǎn)品可分為低速大扭矩井下動力鉆具、中高速大功率井下動力鉆具和中高速短長度井下動力鉆具三大類型。2.外徑大于120mm的井下動力鉆具的系列化尺寸主要有127m