螺桿鉆具馬達(dá)定子失效機(jī)理及措施分析

【摘要】伴隨著鉆井工作的不斷發(fā)展，鉆具應(yīng)用到實(shí)際工程工作中的數(shù)量越來(lái)越多，鉆具的使用壽命及其穩(wěn)定性受到越來(lái)越多的關(guān)注。螺桿鉆具定子失效的主要類型包括：機(jī)械失效、疲勞失效、熱失效、滯后失效和化學(xué)失效。本文通過(guò)對(duì)不同的失效原因的分析，提出了一些延長(zhǎng)定子壽命的措施，希望能夠?qū)︺@井工程的發(fā)展有所幫助。

【關(guān)鍵詞】螺桿鉆具；馬達(dá)；釘子；失效機(jī)理；措施

引言

伴隨著鉆井工程的不斷發(fā)展，鉆具壽命的穩(wěn)定性受到廣泛地關(guān)注。鉆具的壽命穩(wěn)定性，和鉆具使用的成功率，對(duì)于工程的正常施工以及施工進(jìn)度有著重要的影響。仔細(xì)分析鉆具出現(xiàn)故障的幾率可以發(fā)現(xiàn)，馬達(dá)定子部件出現(xiàn)的故障是影響最嚴(yán)重，也是最不可控的。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因有是三個(gè)：一是馬達(dá)屬于鉆具的動(dòng)力源，沒(méi)有馬達(dá)鉆具不能工作；二是馬達(dá)中定子內(nèi)襯的力學(xué)性能和耐用程度都比較薄弱；三是定子橡膠使用之后對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)十分困難。所以，對(duì)鉆具馬達(dá)定子失效的深入研究時(shí)十分必要的，及時(shí)地制定出相應(yīng)的解決措施是促進(jìn)鉆井工程發(fā)展的關(guān)鍵所在。

一、定子失效機(jī)理

（一）機(jī)械失效

機(jī)械失效的主要問(wèn)題出現(xiàn)在定子橡膠基體上，在工作的過(guò)程中，由于作用力過(guò)大，超出了橡膠基體的設(shè)計(jì)應(yīng)力和變形極限，導(dǎo)致故障出現(xiàn)。其中主要的原因有：（1）馬達(dá)工作的環(huán)境經(jīng)常處在超高壓的狀態(tài)下；（2）馬達(dá)工作的過(guò)程中出現(xiàn)滯動(dòng)的次數(shù)過(guò)多；（3）過(guò)盈配合的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)的馬達(dá)定轉(zhuǎn)子之間的配合上。

（二）疲勞失效

疲勞失效是由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的，其選裝對(duì)橡膠產(chǎn)生的作用率，會(huì)由于高頻交變載荷作用的原因而作用在定子橡膠上，進(jìn)而就會(huì)導(dǎo)致定子橡膠疲勞失效的產(chǎn)生。

（三）熱失效和滯后失效

其中熱失效，是由于定子橡膠基體工作環(huán)境的溫度長(zhǎng)時(shí)間地超過(guò)額定溫度，導(dǎo)致故障的出現(xiàn)。影響定子橡膠基體溫度的主要因素有：（1）井內(nèi)溫度；（2）由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的的內(nèi)應(yīng)力，從而由此產(chǎn)生的之后熱量；（3）前兩者綜合作用產(chǎn)生的熱量。滯后失效產(chǎn)生的原因，是定子橡膠內(nèi)產(chǎn)生了滯后熱量，從而導(dǎo)致橡膠的力學(xué)性能急劇衰減。

（四）化學(xué)失效

化學(xué)失效出現(xiàn)的是由于定子橡膠和某種化學(xué)物質(zhì)接觸而導(dǎo)致的，直接產(chǎn)生的后果就是橡膠的化學(xué)性能明顯地下降，產(chǎn)生收縮或者是膨脹的現(xiàn)象最終致使定子化學(xué)失效。其中最有可能引起化學(xué)反應(yīng)的就是鉆井液，它包含多種化學(xué)物質(zhì)，會(huì)破壞橡膠的分子鏈。

二、延長(zhǎng)定子壽命的措施

（一）根據(jù)馬達(dá)的實(shí)際狀況做到與服務(wù)的井況向匹配

由于螺桿鉆具馬達(dá)自身的特殊性，使得和其他配套工具相比，螺桿鉆具馬達(dá)擁有著相對(duì)較短的壽命。為了相對(duì)延長(zhǎng)其使用壽命，在現(xiàn)階段馬達(dá)制造水平的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選取本區(qū)塊最佳型號(hào)的馬達(dá)，合理地對(duì)各井?dāng)嗟你@具進(jìn)行組合，利用各種科學(xué)的信息對(duì)鉆具的壽命進(jìn)行評(píng)估，利用參數(shù)對(duì)鉆具和相應(yīng)的井段進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)鉆具馬達(dá)使用壽命的最大化。

（二）采取措施嚴(yán)格控制馬達(dá)的現(xiàn)場(chǎng)操作

充分了解螺桿鉆具的工作特性，在現(xiàn)場(chǎng)操作的過(guò)程中，除了要重視壓降個(gè)流量的變化之外，還要加強(qiáng)對(duì)其他因素的控制：

（1）在鉆井的過(guò)程中，及可能地將壓降控制在推薦壓降的最大值左右，盡量保持持平或者是略低；

（2）馬達(dá)的最大推薦壓降值不是一成不變的，要將馬達(dá)轉(zhuǎn)速所處的實(shí)際情況作為參考值，隨時(shí)做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。當(dāng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速較低時(shí)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)高最大推薦壓降值；當(dāng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)低最大推薦壓降值。

（三）合理選擇馬達(dá)定子橡膠的材料

由于馬達(dá)定子橡膠自身的特性，使得它對(duì)環(huán)境溫度和鉆井液的化學(xué)性質(zhì)都十分地敏感，所以對(duì)馬達(dá)定子橡膠的材料選擇就顯得十分重要。馬達(dá)定子橡膠的才來(lái)哦主要分為兩種，分別是普通丁腈橡膠（NBR）和氫化丁腈橡膠（HNBR）。其中丁腈橡膠主要由腈基化合物、加強(qiáng)材料、催化劑、妖姬和增塑劑構(gòu)成，它的特點(diǎn)是具有較好的物理性能和耐油性，成本較低，能夠適應(yīng)井下環(huán)境溫度120℃。氫化丁腈橡膠在制作的過(guò)程中，通過(guò)加入氫使得丁腈橡膠分解，對(duì)橡膠的物理性能進(jìn)行了改善，具有很強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度、耐高溫性能、抗撕裂能力，雖然成本較高，但是可以經(jīng)受住150℃甚至更高的溫度。對(duì)于材料的選擇，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況而定。

（四）加強(qiáng)定子橡膠內(nèi)襯套檢測(cè)手段，提高修復(fù)定子橡膠的質(zhì)量

在現(xiàn)在的檢修水平之下，由于馬大定子內(nèi)腔的復(fù)雜性，很難對(duì)馬達(dá)定子內(nèi)腔的質(zhì)量進(jìn)行細(xì)致地檢測(cè)，特別是由于長(zhǎng)時(shí)間地使用導(dǎo)致的定子表面由疲勞失效二引起的微裂紋，是非常難以發(fā)現(xiàn)的?，F(xiàn)在的簡(jiǎn)單方法，只能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單地沖洗，對(duì)于故障的檢測(cè)只能通過(guò)肉眼進(jìn)行觀察，再通過(guò)馬達(dá)試壓進(jìn)行檢驗(yàn)。如果馬達(dá)的壓力壓力值達(dá)到要求就被認(rèn)定為合格，而馬大釘子表面的微裂紋就可能成為導(dǎo)致馬達(dá)體腔失效的重大隱患。所以，加強(qiáng)定子橡膠內(nèi)襯套的檢測(cè)手段是十分重要的，具體的措施如下：

增加定子內(nèi)腔內(nèi)窺鏡檢測(cè)的工序，將其至于清洗工序和馬達(dá)試驗(yàn)工序之間，作為現(xiàn)有的維修工藝的補(bǔ)充。在對(duì)馬達(dá)定子內(nèi)腔進(jìn)行清洗之后，使用電子內(nèi)窺鏡對(duì)定子內(nèi)腔進(jìn)行細(xì)致地觀察，針對(duì)每一個(gè)部位都進(jìn)行放大和照相，以方便對(duì)每一個(gè)部位表面進(jìn)行細(xì)致地分析，根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)判斷損壞的程度，再制定相應(yīng)的修補(bǔ)措施，盡可能低降低誤判的幾率。

總結(jié)

伴隨著鉆井工作的不斷發(fā)展，鉆具應(yīng)用到實(shí)際工程工作中的數(shù)量越來(lái)越多，鉆具的使用壽命及其穩(wěn)定性受到越來(lái)越多的關(guān)注。馬達(dá)是螺桿鉆具最重要的部件，沒(méi)有馬達(dá)，螺桿鉆具局不能進(jìn)行鉆井工作，同時(shí)定子馬達(dá)本身的特性有決定著它是螺桿鉆具中最薄弱的一個(gè)部件，對(duì)于環(huán)境的變化和化學(xué)的刺激十分敏感。仔細(xì)分析鉆具出現(xiàn)故障的幾率可以發(fā)現(xiàn)，馬達(dá)定子部件出現(xiàn)的故障是影響最嚴(yán)重，也是最不可控的。本文通過(guò)對(duì)不同的失效原因的分析，從四個(gè)不同的角度提出了一些延長(zhǎng)定子壽命的措施，希望能夠?qū)︺@井工程的發(fā)展有所幫助。

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