小修作業(yè)螺桿鉆具故障及實例分析

劉紀臣

摘要：隨著油田油水井使用時間不斷累積，鉆塞、套磨銑等修井作業(yè)日益增多，螺桿鉆具故障時常發(fā)生，主要原因是對于螺桿鉆具結構認識的不足，對失效環(huán)節(jié)缺少總結和疏于防范。掌握螺桿鉆具的工作原理，合理地進行操作使用，降低其故障率，可以極大地減小返工率，降低勞動強度同時提高施工進度，對于我們井下作業(yè)行業(yè)有一定指導意義。

關鍵詞：螺桿鉆具;故障分析;預防措施

1引言

螺桿鉆具是一種把液體的壓力能轉換為機械能的能量轉換裝置，它由旁通閥、防掉裝置、馬達、萬向軸、傳動軸等部分組成（見圖1）。

2常見失效分析

2.1旁通閥總成故障分析

旁通閥主要在起下管柱過程中建立油套循環(huán)，出現(xiàn)問題主要表現(xiàn)：泵壓異常波動直至下降，進尺變慢或無進尺的現(xiàn)象。主要原因包括鉆井液含砂量過高或落物等雜質，造成閥芯、閥座之間卡死而不能關閉;泵壓過高刺壞閥芯滑套或旁通閥老化，工作不靈活，關閉不到位。預防措施做好進水好口過濾，保持鉆井液保持清潔，無雜物;入井前檢查好旁通閥開啟關閉是否靈活好用;鉆進時保持合理泵壓。

2.2馬達總成故障分析

馬達是通過定子和轉子作用將水力流動轉化為機械轉動的核心部件。加壓泵壓升高或憋泵，有時膠塊返出，進尺變慢甚至無進尺。主要原因為：

1、井下落物造成定子和轉子損壞;

2、井溫超過120℃、油基泥漿、鹽水泥漿會使普通螺桿定子橡膠脆化;

3、鉆井液中混入氣體造成氣蝕，攜帶性能下降，修井液固相含量過高;

4、螺桿鉆具在井下（高溫下）累積工作時間長，超過7-10小時;

5、倒單根速度慢，固相沉淀倒灌造成馬達卡死。

6、加壓過大。

預防措施：

1、調整好鉆井液性能，降低含砂量，減輕對定子橡膠的磨損，盡量減少含砂量，固相含量<1%;鉆具入井前應進行通井，防止水眼內有異物;

2、使用規(guī)定的排量和參數(shù)鉆進，減輕對馬達的損壞;

3、使用好除氣設備，保持鉆井泵上水良好，防止氣蝕;

4、分析地層條件，合理選擇螺桿鉆具，井底高溫段保持循環(huán)鉆進，避免長時間等停泵;

5、倒單根前進行充分準備，盡量選擇白天施工，人員、設備及環(huán)境達到最佳配合狀態(tài)，提高操作速度;

6、根據(jù)鉆洗物件，采用合理加壓，控制好排量和泵壓。

2.3萬向軸總成故障分析

萬向軸的作用是將馬達的行星運動轉變?yōu)閭鲃虞S的定軸轉動，將馬達產生的扭矩及轉速傳遞給傳動軸至鉆頭，多采用撓軸式。主要失效原因包括萬向軸斷裂、萬向軸嚴重磨損等，預防措施：根據(jù)鉆磨銑目標特點，合理選擇螺桿鉆具及鉆頭，防止工具疲勞。

2.4傳動軸故障分析

傳動軸的作用是將馬達的旋轉動力傳遞給鉆頭，同時承受鉆壓所產生的軸向和徑向負荷。傳動軸屬于薄弱環(huán)節(jié)，失效原因主要有：

2.4.1傳動軸折斷

現(xiàn)象為鉆進中突然無進尺或鉆時突然加長。

發(fā)生的原因：

1、復合鉆進情況下，螺桿鉆具的旋轉擺動加劇，瞬間載荷急劇變化;

2、非均質地層或水泥灰塞硬度不均，螺桿鉆具承受的軸向和徑向沖擊載荷忽大忽小;

3、鉆壓過大，排量過大，超過傳動軸總成的安全載荷;

4、間歇式送鉆、溜鉆、頓鉆，使鉆具頻繁制動，造成傳動軸折斷。

預防措施：根據(jù)地層或水泥灰塞硬度變化，合理控制鉆壓5-20KN，均勻送鉆，避免間歇式送鉆、溜鉆、頓鉆，避免不得長時間空轉循環(huán)或壓死循環(huán)。

2.4.2傳動軸卡死

主要表現(xiàn)現(xiàn)象為泵壓升高，上提管柱卡鉆，鉆速慢或無進尺，停止后管柱出現(xiàn)倒轉現(xiàn)象。發(fā)生的原因：鉆井液性能不合要求，含砂量高，鉆進速度過快，巖屑不能及時返出，接單根時停泵時間過長造成，鉆進過程未進行劃眼作業(yè)，鉆遇較硬層位，大塊固相物質沉積卡死。預防措施為調整好鉆井液性能及進水口，控制含砂量和下放速度，進行劃眼作業(yè)，鉆進時減少停泵時間。

2.5各部分殼體斷裂或刺漏

殼體出現(xiàn)問題主要有旁通閥與上部管柱絲扣連接處、萬向節(jié)殼體與傳動軸殼體連接處等位置松扣脫扣、傳動軸外殼體斷裂。主要表現(xiàn)泵壓下降、下放無進尺，出口液固相含量降低。預防措施測試準確正常鉆進時泵壓做好對比，控制好鉆壓，避免間歇式送鉆、溜鉆、頓鉆，觀察好出口液性。

3案例解剖

坨新120井為一口老井試油井，先期通井判斷套管縮徑，2011年10月8日下Φ73mm油管+Φ95mm螺桿鉆+Φ118mm復式銑錐，采用本區(qū)污水30m3正循環(huán)磨銑，泵壓3MPa，排量500L/min，鉆壓4kN，鉆下Φ73mm加厚油管1根，方入0.90m后無進尺，上提下放多次無效，上提管柱懸重不增加，下放管柱懸重降低，磨銑井段2007.20-2007.64m。起出管柱發(fā)現(xiàn)螺桿鉆轉子、工具連接接頭和復式銑錐落井。直接落井原因萬向節(jié)撓軸與定子外筒絲扣連接處脫扣。原因分析：不明確螺桿鉆具型號盲目操作加壓過大，工具入井前未檢查螺桿鉆具性能檢測，鉆具本體存在松扣跡象;加壓過大造成管柱反轉。

4預防措施

人員對螺桿鉆具缺乏認識了解，基本構造原理知之甚少，盲目使用，加強螺桿鉆具方面知識培訓;

現(xiàn)場工況缺乏總結，對井身結構、地層參數(shù)不重視、螺桿鉆具高溫低溫使用混亂、現(xiàn)場使用細節(jié)不注意。我們應該形成系統(tǒng)性使用規(guī)程，認真分析地層參數(shù)及井身狀況，合理選擇螺桿鉆具及鉆頭，，使用前進行對職工技術交底，做到科學操作、合理使用。

螺桿鉆具管理不系統(tǒng)，生產時間、使用時間、性能參數(shù)、用后保養(yǎng)等無系統(tǒng)檔案，使螺桿鉆帶病工作;做好對螺桿鉆的保養(yǎng)，用完后，及時用清水沖洗干凈，在灌入機油，兩端上好絲扣帽。鉆洗工具與螺桿鉆接頭上緊，最好再焊死防止松口。

鉆磨銑相應配套設備不健全，憑借經驗進行現(xiàn)場操作指揮，進水管線無過濾器、拉力指重計不準確、無扶正裝置鉆破套管等因素造成諸多不嚴謹。

參考文獻：

[1] 何文濤，螺桿鉆具失效分析[D].2008.

[2]李明謙，黃繼慶.螺桿鉆具的應用現(xiàn)狀及未來發(fā)展建議[J].石油機械，2006，34（5）：73-75.