能有效提高机械钻速的新型小井眼钻井装置保护插头

最近在美国所做的现场试验表明，一种为美国能源部（DOE）开发的具有高度可靠性的大功率小井眼马达实现了两倍于常规装置的机械钻速。这种小井眼钻井马达具有能缩短钻井时间、降低泥浆、水泥和管材成本，并最大限度减小环境危害的潜力。这种钻井装置包括一种双倍长度的大功率容积式马达（PDM）和与之相联的一种混合式钻头，钻头上同时装有聚晶金刚石齿（PDC齿）和热稳定金刚石齿（TSP齿）。经实验室功率计测定，以及在美国休斯顿钻井研究中心和美国俄克拉何马州天然气研究院（GRI）的Catoosa试验场所做的钻井试验证明，这种容积式马达（PDM）所输送的扭矩和功率是常规马达的二倍，而混合钻头发生的磨损却最小。 通过比较发现，3-3/8英寸的大功率DOE小井眼马达的输出功率为73hp（马力），而常规油田用马达的输出功率仅为28hp。当用在配备了能够为这类马达输送较高循环压力的钻机上时，这种大功率输出便能使机械钻速提高2～3倍。 在钻头开发方面，为了使TSP齿能在较高温度下工作，去除了其材料中的钴粘结剂，使这种齿的耐磨性达到PDC齿的7倍。TSP齿的主要局限性是由于其尺寸较小而不能象PDC齿那样在较软地层中实现高的机械钻速。为了克服这一问题，同时使用PDC和TSP齿的混合钻头。在这种钻头上成排布置PDC齿以便能在软地层中高速钻进，而在PDC齿后部同时成排布置TSP齿以用于钻进通常会损坏PDC齿的硬夹层。 在美国俄克拉何马州的GRI Catoosa试验场对大功率小井眼马达和钻头进行了两次现场试验。其中第一次“试验性”试验找出了这种新型装置结构方面的一些弱点，而第二次试验则对常规和DOE马达的钻速作了比较。 Catoosa试验场地是在现场钻井条件下试验油田井下设备的理想地点，原因是其地下地质可提供包括软、硬地层在内的多种地质状况。通过声波测井发现，这些地层中抗压强度的范围为5000～30000Psi。 在第一次试验中，新型DOE小井眼马达以100～175fph（英尺/小时）的机械钻速在低强度地层中从623英尺钻到1380英尺深，在1380英尺深处，钻井人员遇到了密西西比石炭岩，机械钻速迅速下降到1英尺/小时。被别称为“墙壁”的密西西比石炭岩是试验PDC钻头的一种优良层段，因为PDC钻头在这种地层中通常会发生严重损坏。 试验结束后，DOE马达被拆开并检查了其磨损情况。检查发现，在马达定子的下部有一些橡胶磨损迹象，原因是钛质挠性轴对定子施加了过大的侧向负载，即一种刚性结果。所以，在第二次试验中对已损坏的定子进行了修复，并且减小了挠性轴的外径以使其柔性更大。 在Catoosa试验场进行的第二次现场试验是在深度为1605～2920英尺的中硬Arbuckle白云岩地层中对DOE马达和常规马达的钻井速度作了比较，在两次DOE小井眼马达试验之间对常规马达进行了一次试验。该地层上部800英尺层段非常均匀，为比较不同的钻井装置提供了优良的标准。DOE马达钻进时的机械钻速为48英尺/小时，而常规马达的机械钻速仅为23英尺/小时。在第一次DOE马达试验中，司钻施加了各种不同的钻压，并且在接近试验结束时遇到了抗压强度类似于前述“墙壁”的硬夹层。 用DOE马达所做的第二次试验还证明，这种新型马达能在几乎两倍于常规马达的钻压下工作，这是大功率马达具有高扭矩输出的结果，这种高扭矩输出曾获得过70英尺/小时的机械钻速。如果使用一只旁路喷嘴并增大流量以改善井眼清理效果的话，DOE马达还会钻得更快。 通过试验发现，由于其大扭矩和大功率输出，因而DOE装置容易操作。这种马达仅在钻压很大时才会产生失速现象，而且，即使发生失速现象（仅在极少情况下会产生这种现象），司钻只需稍稍减轻钻压便可使之重新起动，而无需将其提离井底，这样就节省了大量的时间。 试验结束后，将两只DOE大功率马达拆开进行了检验，没有发现转子或定子有大的磨损。对两个双倍长度的定子用可视光学内孔探测仪作了检查，发现它们仍然状况良好，只是在一个定子的顶部有一个微小的磨损点，该磨损点与转子上的一处磨痕相对应，这说明是有一块岩屑损坏了转子和定子。在以后的试验中，将会使用一个井下筛，以避免岩屑及其它碎屑进入马达。

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