小修作业螺杆钻具故障及实例分析

刘纪臣

摘要：随着油田油水井使用时间不断累积，钻塞、套磨铣等修井作业日益增多，螺杆钻具故障时常发生，主要原因是对于螺杆钻具结构认识的不足，对失效环节缺少总结和疏于防范。掌握螺杆钻具的工作原理，合理地进行操作使用，降低其故障率，可以极大地减小返工率，降低劳动强度同时提高施工进度，对于我们井下作业行业有一定指导意义。

关键词：螺杆钻具;故障分析;预防措施

1引言

螺杆钻具是一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，它由旁通阀、防掉装置、马达、万向轴、传动轴等部分组成（见图1）。

2常见失效分析

2.1旁通阀总成故障分析

旁通阀主要在起下管柱过程中建立油套循环，出现问题主要表现：泵压异常波动直至下降，进尺变慢或无进尺的现象。主要原因包括钻井液含砂量过高或落物等杂质，造成阀芯、阀座之间卡死而不能关闭;泵压过高刺坏阀芯滑套或旁通阀老化，工作不灵活，关闭不到位。预防措施做好进水好口过滤，保持钻井液保持清洁，无杂物;入井前检查好旁通阀开启关闭是否灵活好用;钻进时保持合理泵压。

2.2马达总成故障分析

马达是通过定子和转子作用将水力流动转化为机械转动的核心部件。加压泵压升高或憋泵，有时胶块返出，进尺变慢甚至无进尺。主要原因为：

1、井下落物造成定子和转子损坏;

2、井温超过120℃、油基泥浆、盐水泥浆会使普通螺杆定子橡胶脆化;

3、钻井液中混入气体造成气蚀，携带性能下降，修井液固相含量过高;

4、螺杆钻具在井下（高温下）累积工作时间长，超过7-10小时;

5、倒单根速度慢，固相沉淀倒灌造成马达卡死。

6、加压过大。

预防措施：

1、调整好钻井液性能，降低含砂量，减轻对定子橡胶的磨损，尽量减少含砂量，固相含量<1%;钻具入井前应进行通井，防止水眼内有异物;

2、使用规定的排量和参数钻进，减轻对马达的损坏;

3、使用好除氣设备，保持钻井泵上水良好，防止气蚀;

4、分析地层条件，合理选择螺杆钻具，井底高温段保持循环钻进，避免长时间等停泵;

5、倒单根前进行充分准备，尽量选择白天施工，人员、设备及环境达到最佳配合状态，提高操作速度;

6、根据钻洗物件，采用合理加压，控制好排量和泵压。

2.3万向轴总成故障分析

万向轴的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴至钻头，多采用挠轴式。主要失效原因包括万向轴断裂、万向轴严重磨损等，预防措施：根据钻磨铣目标特点，合理选择螺杆钻具及钻头，防止工具疲劳。

2.4传动轴故障分析

传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。传动轴属于薄弱环节，失效原因主要有：

2.4.1传动轴折断

现象为钻进中突然无进尺或钻时突然加长。

发生的原因：

1、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;

2、非均质地层或水泥灰塞硬度不均，螺杆钻具承受的轴向和径向冲击载荷忽大忽小;

3、钻压过大，排量过大，超过传动轴总成的安全载荷;

4、间歇式送钻、溜钻、顿钻，使钻具频繁制动，造成传动轴折断。

预防措施：根据地层或水泥灰塞硬度变化，合理控制钻压5-20KN，均匀送钻，避免间歇式送钻、溜钻、顿钻，避免不得长时间空转循环或压死循环。

2.4.2传动轴卡死

主要表现现象为泵压升高，上提管柱卡钻，钻速慢或无进尺，停止后管柱出现倒转现象。发生的原因：钻井液性能不合要求，含砂量高，钻进速度过快，岩屑不能及时返出，接单根时停泵时间过长造成，钻进过程未进行划眼作业，钻遇较硬层位，大块固相物质沉积卡死。预防措施为调整好钻井液性能及进水口，控制含砂量和下放速度，进行划眼作业，钻进时减少停泵时间。

2.5各部分壳体断裂或刺漏

壳体出现问题主要有旁通阀与上部管柱丝扣连接处、万向节壳体与传动轴壳体连接处等位置松扣脱扣、传动轴外壳体断裂。主要表现泵压下降、下放无进尺，出口液固相含量降低。预防措施测试准确正常钻进时泵压做好对比，控制好钻压，避免间歇式送钻、溜钻、顿钻，观察好出口液性。

3案例解剖

坨新120井为一口老井试油井，先期通井判断套管缩径，2011年10月8日下Φ73mm油管+Φ95mm螺杆钻+Φ118mm复式铣锥，采用本区污水30m³正循环磨铣，泵压3MPa，排量500L/min，钻压4kN，钻下Φ73mm加厚油管1根，方入0.90m后无进尺，上提下放多次无效，上提管柱悬重不增加，下放管柱悬重降低，磨铣井段2007.20-2007.64m。起出管柱发现螺杆钻转子、工具连接接头和复式铣锥落井。直接落井原因万向节挠轴与定子外筒丝扣连接处脱扣。原因分析：不明确螺杆钻具型号盲目操作加压过大，工具入井前未检查螺杆钻具性能检测，钻具本体存在松扣迹象;加压过大造成管柱反转。

4预防措施

人员对螺杆钻具缺乏认识了解，基本构造原理知之甚少，盲目使用，加强螺杆钻具方面知识培训;

现场工况缺乏总结，对井身结构、地层参数不重视、螺杆钻具高温低温使用混乱、现场使用细节不注意。我们应该形成系统性使用规程，认真分析地层参数及井身状况，合理选择螺杆钻具及钻头，，使用前进行对职工技术交底，做到科学操作、合理使用。

螺杆钻具管理不系统，生产时间、使用时间、性能参数、用后保养等无系统档案，使螺杆钻带病工作;做好对螺杆钻的保养，用完后，及时用清水冲洗干净，在灌入机油，两端上好丝扣帽。钻洗工具与螺杆钻接头上紧，最好再焊死防止松口。

钻磨铣相应配套设备不健全，凭借经验进行现场操作指挥，进水管线无过滤器、拉力指重计不准确、无扶正装置钻破套管等因素造成诸多不严谨。

参考文献：

[1] 何文涛，螺杆钻具失效分析[D].2008.

[2]李明谦，黄继庆.螺杆钻具的应用现状及未来发展建议[J].石油机械，2006，34（5）：73-75.