螺杆钻具失效原因分析及预防

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摘要：本文探讨了常见失效类型与原因分析，提出了螺杆钻具在下井前，调整好钻井液性能，严格控制含砂量，下钻时应控制下放速度，防止砂堵而造成传动轴总成卡死，旁通阀刺漏以及马达损坏等措施，预防了螺杆钻具失效。

关键词：螺杆钻；失效原因；控制钻速；防砂堵

【分类号】TE921

一、背景介绍

近几年来，螺杆钻具的使用频率和数量大幅度增加。在使用过程中螺杆钻具的失效原因也发生了显著变化，随着厂家制造加工水平的提高以及根据现场反馈信息对产品的不断改进，产品质量有了很大提高，而人为操作因素逐渐成为螺杆钻具失效的主要原因。

二、主要内容

1、常见失效类型与原因分析

螺杆钻具主要失效形式有传动轴折断、定子脱胶、旁通阀刺漏、传动轴卡死壳体脱扣等情况。如这些情况得不到准确的判断，又不及时采取果断的处理措施，将会引起井下更为复杂的情况，严重者将会造成螺杆钻具折断落井或卡钻事故的发生。

1.1、传动轴折断

由于螺杆钻具本身结构的限制，传动轴尺寸不宜过大，由此影响到其刚性和强度，是螺杆钻具最易发生失效的部件。失效主要原因：在复合钻进情况下，螺杆钻具的旋转摆动加剧，瞬间载荷急剧变化；在非均质地层，螺杆钻具承受的轴向和径向冲击载荷忽大忽小；钻压过大、转盘转速过高，超过传动轴总称的安全载荷；钻井液排量过大，加剧了对传动轴水眼的冲蚀，造成其承载能力下降；间歇式送钻、溜钻、顿钻，使钻具频繁滞动，造成传动轴在薄弱处折断。

1.2、旁通阀刺漏

在钻进过程中有时发生泵压下降，钻速变慢，排除地面因素之外，应是旁通阀未关闭或旁通阀刺坏。失效主要原因：钻井液含砂量过高或在处理钻井液过程中混入塑料袋等杂质，造成阀芯、阀座之间卡死而不能关闭。

1.3、传动轴卡死

钻进中传动轴卡死的主要原因是传动轴总成上部被沙子堵塞，钻井液不能进人轴承起到和冷却作用，造成传动轴烧死。这种情况往往出现泵压升高，上提钻具，泵压仍很高，钻速减慢或无进尺，停止转盘出现倒转现象。这主要是由于钻井液性能不合要求，含砂量高，钻进速度快，岩屑没能及时返出，接单根慢或停泵时间长造成，并且多发生在二开第一趟钻。

1.4、定子脱胶

定子脱胶的主要表现为钻进中泵压上升，甚至泵压极高造成憋泵。原因是钻井液中高硬度颗粒加大了定子与转子间过盈配合的旋转阻力；井温的升高使定子橡胶产生催化；钻井液中混人气体后造成气蚀；溜钻、顿钻，对钻具产生的破坏。

1.5、壳体脱扣

一般螺杆钻具易从万向轴壳体与传动轴壳体连接处脱口，造成转子、传动轴总成等落井。其主要原因有：高压钻井液对转子施加正向扭矩的同时，转子对定子壳体施加等值的反扭矩，在钻具频繁滞动及复合钻进的情况下，这种反扭矩明显增大，易造成松扣，尤其是在传动轴串轴承憋卡或完全卡死情况下，脱扣危险性加剧；当机械钻速快、井下不清洁，再遇到井斜较大时，停转盘接单根前整个钻具积蓄很大的反扭矩，突然释放倒转也易造成螺纹脱扣。

2、预防措施

2.1、传动轴折断

传动轴折断的主要表现是钻进中突然无进尺或钻时突然加长。预防此类事故发生的主要措施：综合考虑井眼轨迹、使用地层及钻具结构等因素，有选择的采用复合钻进方式，大于1.5°一般不适宜复合钻进，转盘转速一般低于70r/min；合理控制钻压，做到均匀送钻，防止溜钻现象的发生，避免钻压忽大忽小，造成螺杆钻具频繁制动，压力急剧波动，而造成传动轴折断，尤其在钻速极快突遇夹层时容易发生；起下钻时要控制下放速度，防止突然遇卡，损坏传动轴；复合钻进时，转盘的转速要遵守使用说明书的要求。

2.2、旁通阀刺漏

预防此类事故发生的主要措施：钻井队在使用螺杆钻具时应改善钻井液性能，尽量减小含砂量，防止旁通阀阀芯阀座之间卡死而不能关闭；螺杆钻具下钻前应做地面试验，做好记录，技术人员准确计算出螺杆钻具下钻到底时的循环泵压，为操作者提供依据，以便准确判断出旁通阀是否关闭，若开泵后，泵压偏低，是因为旁通阀未关闭，应停泵重新开泵，反复数次即可使旁通阀关闭；钻进时加强对钻时和岩性的观察，判断钻进是否正常，若岩性无变化而钻时突然延长，不是传动轴折断就是旁通阀刺漏。

2.3、传动轴卡死

主要控制措施是钻井队调整好钻井液性能，严格控制含砂量和下放速度，钻进时减少停泵时间，满足携岩要求等，以此杜绝此类事故的发生。

2.4、定子脱胶

主要预防措施：督促厂家高度重视，使用好的橡胶与黏接剂，改进挂胶工艺、提高挂胶质量，加强质量检验，从而提高产品的质量；调整好钻井液性能，严格控制含砂量，减轻对定子橡胶的磨损；使用规定的排量和钻压等参数钻进，减轻对马达的损坏；使用好搅拌机等除气设备，使泥浆泵上水良好，严禁钻井液中含有气体，因为气蚀作用能加速对定子橡胶的损坏；钻具人井前进行通井，防止水眼内有异物；最后，根据所钻井的井底温度选择合适的常温或高温螺杆钻具。

3、结论

（1）螺杆钻具在下井前，调整好钻井液性能，严格控制含砂量，下钻时应控制下放速度，防止砂堵而造成传动轴总成卡死，旁通阀刺漏以及马达损坏。

（2）钻进时精心操作、送钻均匀，保证螺杆钻具负荷均匀，防止溜钻发生（尤其在软地层钻速较快，突遇夹层时），这极易造成扭矩过大、马达制动而损坏螺杆钻具：接单根要快，尽量避免因停泵、停钻时间过长，而造成环空岩屑倒流进入螺杆内部，从而造成传动轴总成卡死； （3）准确判断井下异常，螺杆钻具在使用中出现下列情形之一，应立即起钻，否则将使问题复杂化，造成失效落井等事故：无进尺、反扭角丢失钻速突然变慢（螺杆钻具内部传动轴或万向轴折断、旁通阀刺漏）；泵压下降（旁通阀刺漏；螺杆钻具脱扣或折断）；泵压升高（螺杆钻具胶扣或折断、传动总成卡死、螺杆钻具定子掉胶、钻头水眼堵死）。

三、应用情况

我队施工的营72-斜376、营6-平15井单根螺杆使用寿命可达到120小时以上，没有出现因螺杆钻具而引起的井下复杂情况。其中营6-平15井钻进至井深3187.73m无进尺。钻头为新下井的MD517X，动力钻具为新动力钻具，使用时间为50：00。判断为动力钻具问题引起无进尺，随即决定起钻更换动力钻具。起完钻发现动力钻具万向轴松动。避免了万向轴折断引起井下复杂情况。

四、推广前景

目前，螺杆钻具是国内钻定向井、水平井及其它特殊工艺井的一种不可替代的工具。通过优化螺杆钻具的使用条件，确保其正确规范的使用，并准确地判断井下情况，及时采取果断的处理措施，可以最大限度地减少螺相钻具井下事故的发生。从而降低失效、延长使用寿命。