种法强

摘要：同等条件下等壁厚螺杆钻具容积效率、转速、输出扭矩、总效率和输出转矩均优于常规螺杆钻具。螺杆钻具以泥浆为动力载体，通过泥浆泵泵出的泥浆液，经过旁通阀进入马达后在进出口形成压差，推动马达转子旋转，通过传动轴和万向轴将转速和扭矩传递给钻头，等壁厚螺杆钻具技术优势明显。掌握这种新型动力钻具的技术特点是保证其在钻井生产中合理运用的前提。本文就等壁厚螺杆钻具与普通螺杆钻具的区别，以及在丛式井组的实践运用讨论了等壁厚螺杆钻具在钻井生产中的优势。

关键词：等壁厚螺杆钻具;技术优势;转速扭矩;结构组成

1 结构特点

同普通螺杆钻具基本结构相同，如下图1所示，等壁厚螺杆钻具包括：传动轴总成、万向轴总成、马达总成、防掉总成和旁通阀总成等五部分。虽然两种钻具的结构组成相似，但详细结构却存在较大的差异。

如图1a所示，常规螺杆钻具马达外壁为刚体，在内壁光滑的定子壳体上浇铸橡胶形成衬套。橡胶衬套黏合与内壁光滑的定子壳体上，外表面为圆柱形，内表面为螺旋曲面，与转子相互啮合，通过不同的导程差形成螺旋密封腔。采用这种浇铸方法，定子壳体内的橡胶衬套厚薄不均，波峰和波谷处的橡胶厚度存在较大差别。由于橡胶衬套硫化过程中的温度和时间无法改变，波峰、波谷处的橡胶会出现过度硫化及硫化不充分的现象，加之螺杆钻具转子在定子内长时间工作，因此容易出现掉块、撕裂和脱胶现象，导致马达过早失效，缩短了螺杆钻具的使用寿命。

如图2b所示，等壁厚螺杆钻具马达定子的螺旋曲面经过硫化后厚度一致、分布均匀，等壁厚橡胶硫化过程中不会出现脱胶或老化等问题，内表面加工后的螺旋曲面与转子配合形成等壁厚马达，增强了橡胶在定子表面的抗变形能和耐冲击能力，达到最佳硫化效果，延长了马达使用周期。同时定子内橡胶适用性强，在运转条件下变形程度低，增加了与转子的配合量，提高了马达压降，即使在压降相同的情况下马达尺寸缩短，钻具机械效率得到进一步提高。

2技术优势

2.1寿命长

等壁厚钻具马达定子内螺旋曲面采用加工和硫化橡胶工艺，内曲面提供了更大的橡胶粘结面积，从而增加粘附性。等壁厚橡胶在硫化过程中收缩均匀，不会出现橡胶局部老化、掉胶等问题，使硫化效果达到最佳。保证了定子橡胶的寿命。

等壁厚钻具定子内螺旋曲面使橡胶的支撑均匀，这样的橡胶在使用过程中磨损均匀，收缩均匀，在橡胶磨损后仍保持相对好的密封性能，而常规钻具橡胶头部磨损快，收缩量大，造成局部漏失量大。因此等壁厚螺杆钻具的动力衰减要比常规螺杆钻具慢的多。

2.2效率高

等壁厚钻具马达定子内螺旋型腔橡胶厚度谷底相同，定子头部对橡胶支撑力强，高压下定子变形率相同，变形量减小，抗变能力比传统的定子更强，因此密封腔高压下容积效率提高，漏失量减少，密封性能增强，耐压力提高。每级承压能力是常规定子的2-3倍，自相同长度下等壁厚螺杆钻具比不同螺杆钻具的动力更足。

2.3输出扭矩大，提高定向测量精度

根据螺杆钻具“排量决定转速、转速决定寿命”的特性，等壁厚钻具通过对定子衬套与转子配合的优化，采用马达定子与转子间隙配合，等壁厚螺杆钻具在同样的工作点下，容积效率提高，转速更快，机械效率提高后扭矩随之提高。输入功率相同的情况下，比传统的螺杆钻具提供更大的输出功率。相反，在输出扭矩相同的情况下，等壁厚螺杆钻具定子长度比常规钻具要短，这会使同等输出性能的螺杆钻具缩短，使螺杆钻具上部的定向仪器更接近钻头，有利于提高测量精度。

3 等壁厚螺杆钻具在实践中的主要技术指标

A井组中第一次采用等壁厚螺杆钻具，各方面指标较常规螺杆钻具优势明显。选用的直径197毫米、单弯1.25度的动力钻具在该井组施工中共下井十次，完成总进尺11652米，总运转时间为315.07小时，其中纯钻进时间达182.3小时，马达寿命比以往普通螺杆钻具的1.5倍以上。平均机械钻速达63.92米/小时（比同类型的螺杆钻具提高百分之三十），最快机械钻速达105.33米/小时，创油田同类型动力钻具的多项纪录。

A井组中第一次采用等壁厚螺杆钻具，各方面指標较常规螺杆钻具优势明显（如表1）选用的直径197毫米、单弯1.25度的动力钻具在该井组施工中共下井十次，完成总进尺11652米，总运转时间为315.07小时，其中纯钻进时间达182.3小时，马达寿命比以往普通螺杆钻具的1.5倍以上。平均机械钻速达63.92米/小时（比同类型的螺杆钻具提高百分之三十），CB6GB-8的最快机械钻速达105.33米/小时，创油田同类型动力钻具的多项纪录。

4结论与认识

4.1较普通螺杆钻具相比，等壁厚螺杆钻具机械钻速有一定幅度的提高，可以减少钻井周期，降低钻井成本。

4.2在相同地层情况下，等壁厚螺杆钻具使用寿命长。一个12口井的丛式井组施工过程中，比普通螺杆钻具可以少使用1到2根，大大降低了钻井成本。

4.3等壁厚马达橡胶壁厚均匀，定、转子形成的密封腔稳定可靠，钻具的安全性大大提高。

4.4等壁厚钻具长度缩短，定向随钻测量仪的测量精度提高，在定向钻进与复合稳斜钻进时施工精度高，尤其是水平井施工优势明显。

综上所述，等壁厚螺杆钻具具有较高的推广应用价值。

参考文献

[1]5LZ172-Ⅲ型长寿命螺杆钻具的研制[J]. 张国伟，史桂云，刘广良.石油机械.2012（04）

[2]等壁厚螺杆钻具研制与现场试验[J]. 杨利强，巴鲁军，薛江平.石油钻探技术.2016（02）

[3]螺杆钻具的前沿技术[J]. 李萌，于兴胜，罗西超，黄衍福，刘凤，王宇鹏.石油机械.2017（09）

（作者单位：中石化胜利石油工程公司管具技术服务中心海外一队）