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螺杆钻具输出性能分析与现场应用研究

许斌  
【摘要】: 螺杆钻具是油气钻井中应用最广泛的一种井下动力钻具。随着螺杆钻具性能和使用寿命的提高,螺杆钻具除用于钻特殊工艺井(如定向井、大斜度井、水平井、大位移井、分支井、从式井和小井眼井等)外,在直井钻井中也得到了广泛应用。在深井、超深井、高陡构造防斜打直等钻井施工过程中,采用螺杆钻具配高效PDC钻头的复合钻井方式不仅能够提高深部井段的机械钻速,而且可以大幅度的提高单只钻头的进尺,从而达到提高钻井效率的目的。 本文研究了螺杆压降与螺杆几何尺寸、排量、钻压之间的关系,建立了螺杆压降计算模型,分析了钻压和排量对螺杆实际工作压降的影响,计算结果对于了解螺杆钻具实际输出转速和扭矩有重要意义。 本文建立了在液体钻井液工况下螺杆马达理论和实际输出转速和扭矩的数学模型,归纳总结了多头螺杆马达定、转子副型腔横截面面积和容积对螺杆输出特性的影响,通过考虑螺杆漏失等影响因素计算出了螺杆的容积效率,考虑了定子和转子之间的摩擦扭矩建立了螺杆机械效率计算模型,从而计算出螺杆的总效率。在此基础上,建立了螺杆理论输出特性和实际输出特性之间的定量关系,计算结果为选择与地层相匹配的螺杆结构和类型提供了理论基础。 在理论研究的基础上,分析了在川西地区的三口深井钻井过程中采用螺杆钻具配高效PDC钻头的复合钻进技术提高深井机械钻速和防斜打直打快中的现场试验效果。现场试验结果表明,只要选择与地层相匹配的PDC钻头,复合钻进技术就能够有效地提高机械钻速,并且也是高陡构造防斜打直打快的一种有效手段。


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