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1、第四节 井下动力钻具的选用,一、动力钻具性能分析,1.工作特性的区别 下图分别给出了涡轮钻具和螺杆钻具的理论特性。由此可对比出二者在工作特性上的区别，从而直观认识二者在工作原理上的差异。从对比中可以得出，螺杆钻具有硬的机械特性，过载能力强；而涡轮钻具有软的机械特性，过载能力差，随着钻压增大导致切削阻力矩增大时，会引起转速下降，易被“压死”而造成制动。从这方面来看，螺杆钻具用于钻井作业更为适用。另一方面,螺杆钻具的压降随着扭矩的变化而变化,因而可通过泵压的变化检测螺杆钻具的工作情况。而涡轮钻具的压降不因载荷的变化而变化，对其在井底的工作状况无法在地表直接检测。,2.转速差异 涡轮钻具的转速明显高
2、于螺杆钻具。一般涡轮钻具的空转转速多在1200rpm以上，其工作转速(即空载转速的一半)也多在600rpm以上，而单头螺杆钻具的转速一般在 400rpm左右，多头螺杆钻具转速一般100rpm左右。,3.压降差异 外径相近、工况参数(排量、钻井液密度)相同的两种钻具，涡轮钻具的压降远远大于螺杆钻具的压降。涡轮钻具的高压降特性，在钻井水力设计中必须予以充分考虑，特别是在深井钻进的情况下。例如165mm的多头螺杆钻具，其额定工作压降 p一般为3MPa(空载起动压降一般小于1MPa)，而尺寸相近的涡轮钻具，其压降一般可达 5-7MPa。,4.耐温性能差异 井下动力钻具内的橡胶部件造成了钻具承温能力的门
3、坎值。螺杆钻具的定子衬里是耐油丁腈橡胶，过高的工作温度会使定子橡胶脆化而造成先期破坏。一般的螺杆钻具工作温度不超过125。涡轮钻具内部没有橡胶件，完全不受高温的限制。这是涡轮钻具的一大优点，也是近年来涡轮钻具又一度成为热门产品一个重要原因。,5.直径影响的差异 涡轮钻具与螺杆钻具相比，涡轮钻具的功率和扭矩受直径的影响甚大，而直径对螺杆钻具的影响较小。在设计产品或规划产品系列时，对涡轮钻具宜发展大直径产品(过小尺寸会使扭矩太小)；对小直径动力钻具可主要发展螺杆钻具。目前涡轮钻具产品的直径范围是95320mm，而螺杆钻具产品的直径范围是45-244mm。,6.横振差异 螺杆钻具的转子在定子型腔内作
4、平面行星运动，产生离心惯性力，从而造成钻具的横向振动。而涡轮钻具的转子作定轴转动不会引起离心惯性力和横向振动。7、长度差异 在外径相近、扭矩相近的条件下，涡轮钻具的长度明显大于(甚至成倍于)螺杆钻具长度。长度过大对造斜作业不利。,二、螺杆钻具和涡轮钻具特点对比,1.螺杆钻具优点：1.转速低，适用于现有牙轮钻头.2.长度短(510m)，适合打定向井、水平井。3.压降低(35MPa)。4.转速不受输出扭矩的影响,具有很好的过载能力。5.螺杆钻具的压降随着载荷的变化而变化,因而可通过泵压的变化检测螺杆钻具的工作情况。,缺点：1.橡胶定子和转子在高密度及泥浆净化不好条件下易磨损，随着间隙的增大，转速和
5、扭矩下降。2.橡胶定子不耐高温，在高于125条件下橡胶易失效，橡胶存放时间长了就会老化。螺杆钻具一般情况下只能存放2年时间。,2.涡轮钻具优点：1.涡轮钻具转速高(400rpm以上)，较适合于TSP钻头、金刚石钻头。2.涡轮钻具定转子使用寿命长。3.耐高温和高压，适用于高温高压井。缺点：1.涡轮钻具转速较高，与现有牙轮钻头不匹配。2.单节涡轮钻具扭矩小，为了提高扭矩，只有采用长度长的复式涡轮钻具，使得钻具总长度较大，不利于井眼轨迹控制；3.复式涡轮钻具压降大，特别是在高泥浆比重条件下压降更大。4.转速与输出扭矩有关，过载条件下会导致钻具不转。,三、动力钻具的选用,动力钻具的选用一般遵循以下准则：常规定向井、大位移井、水平井的造斜以及复合钻井选用螺杆钻具。遇到高温情况，可选用减速器涡轮。,为提高钻井速度而采用井下动力钻具时，应根据钻头的特点选用动力钻具。一般可采用下列组合：PDC钻头或牙轮钻头+螺杆钻具；PDC钻头或牙轮钻头+减速器涡轮钻具；TSP钻头+高速螺杆或中速涡轮或减速器涡轮；单晶金刚石钻头+中、高速涡轮。,
