螺杆钻具常见故障及预防措施分析

浅谈螺杆钻具的正确使用方法及故障解决摘要：螺杆钻具是一种井下动力钻具，它是由高压泥浆驱动的容积式井下动力钻具。

具有结构简单、过载性能好、在小尺寸时能得到大的扭矩和功率的特性已广泛应用在定向井和直井中。

关键词：螺杆钻具故障判断解决措施一、螺杆钻具的结构和工作原理（一）螺杆钻具的结构螺杆钻具主要由旁通阀、马达、万向轴和传动轴等四大部件组成。

（二）工作原理螺杆钻具是以钻井液为动力的一种井下动力钻具。

泥浆泵泵出的钻井液流经旁通阀进入马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动马达的转子绕定子的轴线旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。

其性能主要取决于马达的性能参数。

二、螺杆钻具使用时的注意事项（一）现场使用注意事项：1.根据井眼尺寸和地层硬度合理选择螺杆动力钻具。

2.考虑反扭角时，要注意上部钻具的刚性及装置角与高边的关系。

3.钻进排量要符合生产厂家推荐的数值范围，以免造成螺杆钻具的先期损坏。

4.控制好钻井液的含砂量。

钻井液的含砂量高，会加速动力钻具的定子、转子、轴承及万向轴节的磨损，造成钻具提前大修或报废。

5.注意钻井液中不要有铁屑。

6.考虑井下温度不要超过动力钻具允许使用的温度极限（普通定子额定温度为95℃-120℃；耐高温定子额定温度135℃-150℃）。

7.钻头压降要求控制在钻具性能规范的范围以内，以免造成钻具的轴承严重磨损或烧毁。

8.加钻压时要考虑井斜产生的摩阻力的影响。

（1）可以通过上下活动钻具求出摩擦阻力的大小，指重表显示的钻压再减去摩擦阻力就是实际钻压。

（2）可以通过控制动力钻具压差（压力降）的形式进行钻进。

（二）下钻时注意事项：1.检查旁通阀活塞是否上下活动灵活。

2.检查轴向间隙是否超过标准。

3.接方钻杆试运转。

4.下钻过程中严禁猛冲猛砸，在通过防喷器、套管鞋和裸眼井段时，注意下钻速度防止突然迂阻而损坏钻具。

5.下钻至到底1～2m时，开泵记录钻具空转泵压。

6.上下大幅度（7～9m）活动钻具数次，消除钻具扭矩，确保定向准确。

螺杆钻具钻进时应注意的几个问题
1、螺杆钻具的特点是高转速、低钻压。

一般对517钻头来说牙齿较长，而且在复合钻进中钻头转速较高，使用时钻压不能过大，钻压过大会使牙齿掰断，造成井底不干净，影响以后的钻进施工，经过几口井的使用，160-180KN钻压对螺杆及517钻头比较理想。

2、对泵压的监控一定要落实到位，螺杆是否失效主要靠泵压来判断，准确记录井口试运转泵压值、井底未加压前泵压值、正常钻进时的泵压值和每次加药品前后的数值，以便在泵压有变化时有数值做参考，原始数值是最有可参考性和可比性的。

我们的司控房设有专门的参数记录表，指定专人每半小时对各参数进行一次真实记录，如果各参数有变动要及时查找原因。

对不同的地层根据钻时应对钻压、转速等参数进行及时适当地调整，以达到快速钻进的效果。

3、螺杆钻进中送钻要平稳均匀，防止顿溜钻；
4、上提钻具遇阻禁止倒划眼，防止倒扣；
5、在防喷演习前一定进行循环钻井液。

6、接完单根开泵后慢慢下放接触井底，严禁加压开泵。

7、单根打完后要循环钻井液，防止突然停泵上提钻具造成沉砂卡钻。

钻杆钻具失效与预防在钻井过程中，钻杆在任何部位失效都会造成严重的后果，甚至使井报废。

我国各油田每年发生钻杆事故约五六百起，经济损失巨大，每年进口各种规格的钻杆就要耗用数亿元人民币的外汇。

随着浅层资源的不断枯竭，今后越来越多的钻深井、超深井，钻杆的安全可靠性就成为一个十分突出的问题。

钻杆失效一般表现为本体断裂和刺漏，钻杆螺纹处失效等。

原因大致是由以下一些因素引起的：钻进时钻杆的基本力学工况，钻具的组合及钻井工艺，井径规则性，偏磨，螺纹密封脂，钻井液，钻杆结构和材料，地层因素，井内腐蚀介质等，以上因素交互作用的结果导致钻杆失效。

钻杆的基本力学工况钻杆在内外充满钻井液的狭长井眼里工作，通常承受压、弯、扭、液力等载荷。

如果钻杆所受应力小于每平方米206.8牛顿时，钻杆虽经过无数次的弯曲，也不会产生疲劳裂纹。

钻井时钻杆承受弯曲、扭转和拉伸应力组成的复合应力很大，特别是在大位移定向井及水平井中扭矩极大，钻杆在远远小于100万次弯曲次数时便产生疲劳微裂纹；微裂纹产生后便不断扩大延伸，此时如果具有腐蚀作用的高压钻井液进入微裂纹中，就会加速裂纹扩展，最终导致钻井液刺穿钻杆的失效事故。

刺穿发展的结果，使钻杆有效断面不断缩小，刺孔加裂纹的总长度超过其临界裂纹尺寸时，即发生断裂。

除旋转向下的运动，同时还有钻杆的各种振动和涡动。

钻具组合及钻井工艺钻杆作为一个旋转的细长弹性杆件，有其固有振动频率，钻具的组合决定了此固有频率。

钻杆旋转时还会产生纵向、横向和扭转3种形式的振动，当它们的频率与固有频率相吻合时则产生共振。

共振的结果会在原来钻杆疲劳应力的基础上附加一个额外的疲劳应力，加速钻杆的失效。

采用长效螺杆钻杆替代转盘钻定向井、水平井的钻井工艺可以减少钻杆的旋转弯曲疲劳程度。

井径不规则影响井径不规则或扩径严重的井段，钻杆的弯曲程度随之相应增大，钻杆旋转时连接螺纹部位受交变弯曲应力加速钻杆疲劳失效，同时螺纹连接受力复杂化，加剧了螺纹疲劳损坏。

螺杆钻具操作注意事项螺杆钻具操作注意事项一、螺杆钻具下井前的地面检查1、钻具到井后，如果是单弯井队技术员要检查其弯曲角度是否与设计相符，壳体有无变型。

2、除旁通阀连接处外，其他部分的壳体连接均涂有粘接剂，不需要再次紧扣。

3、用钻头装卸器把钻头装上。

只许用链钳转动钻具传动轴，而且只能逆时针旋转，以防止内部螺纹松扣，紧扣时大钳不得打在本体上。

4、测量轴向间隙，起提升短节，使钻具处于自由壮态，丈量动力钻具细脖处两台肩距离，其差值大于6mm时不得再次下井。

5、查旁通阀：卸掉提升短节，用锤柄或木棒向下压旁通阀芯，从上部向旁通阀注请水，此时旁通阀应不漏，水面无明显下降，松开后，阀芯应被弹簧弹起复位，所注清水应从侧面各孔流出，即为正常。

6、接方钻杆并下放，使旁通阀位于钻杆下方便于观察的地方，开动钻井泵，逐渐提高排量直到旁通阀关闭。

上提钻具，看钻头是否转动，此时旁通阀处于“关闭”位置，不应有钻井液从旁通阀孔流出。

并观察立管泵压，一般在5~7Mpa。

停泵后注意观察旁通阀是否再次打开，使钻井液从旁通阀孔排出。

7、卸下方钻杆，按设计要求组合钻具，紧好各连接扣二、螺杆钻具及其组合下井时，要控制下放速度，否则易被井眼中的砂桥、井眼台肩、套管鞋碰坏。

如果用弯接头或弯壳体，钻头侧面就更容易碰上井壁、硬地层和套管鞋。

因此要周期性的转动钻具组合，以消除侧钻的影响。

对于深井和高温井，下放钻具时周期性的进行中途循环，这样可以防止钻头堵塞，或因高温造成钻具定子损坏。

三、开动螺杆钻具1．钻头离井底三米以上开泵，排量由小到大，如果立管压力超过计算的压力值也是正常的，这是钻头侧钻引起的。

2．清洗井底。

尤其是打斜井，井底必须足够干净。

因为井底堆积或沉淀的岩屑会直接影响钻速或造斜。

清除时也可以慢慢转动钻具，清理干净后，再把钻具上提1-3米，校对压力值。

3．钻头下至井底，逐渐增加钻压，马达扭矩增加立管压力值也逐渐升高，直至正常值。

施加钻压不要过猛，钻具的钻压与地层和井深有关，钻压不是监测钻具工作的唯一标准。

长螺旋钻机施工中常见的质量问题和控制措施1 桩机定位不准在施工前，根据桩位的设计距离定位桩位并用白灰灌孔，在施工过程中清理地表的土使白灰桩外露从而定出桩位。

由于长螺旋成孔时将孔内的土全部旋出地面，若不及时清理，随着孔口的土增加，施工中找到已定位的桩就比较困难，所以在成孔过程长螺旋成孔管内泵压混合料灌注成桩法施工工艺流程中，要及时清理钻出的土，再根据桩间距离找到已定位的桩。

2 桩身倾斜控制斜影响桩的承载力，同时在桩体进行超声波检测时，容易测成短桩。

要保证桩的垂直度主要通过控制钻机钻杆的垂直度，在钻机前部立柱的正面和侧面各安装 1 个线锤或指针，贴上刻度反光膜，在反光膜上画出刻度线表示指针或线锤的最大偏移量，超出刻度线时，要调整钻机的支腿达到指针或线锤落在刻度线之内。

3 钻进过程瞬间电流和桩长的控制CFG 桩按设计桩长控制，以瞬时电流值作为辅助控制。

钻头穿过各土层时发生电流的瞬时变化，不同土层钻进电流不同，若达到设计桩长时，电流值出现减小的趋势，则土层的承载力值变小，此时必须联系设计等相关人员到现场解决。

4 桩端不饱满或离析、桩身离析、断桩及桩头疏松控制提钻和泵送混合料相互协调配合的好坏，直接影响桩的质量，容易引起离析、断桩和桩头疏松等质量问题。

当钻头钻到设计孔深后，停钻上提 30cm~50cm 停机待料在上提过程中不得转动钻杆），此时钻机操作手立即向操作地泵的人员发出信号可以泵送料，当地泵开始泵送料时，严禁上提钻杆，必须待混合料泵送 10s~30s 后才能上提钻杆，由此来确保桩底混合料的密实度。

钻杆上提的速度控制在 2m/min 左右（具体数值按工艺性试验确定），并匀速上提，中途尽量不要中断。

在钻杆上提过程中，若地泵操作手发现混合料将要完时，立即通知钻机操作手停止提钻，然后才能停止泵送混合料。

钻机操作手接收到停钻的信号后必须立即停钻，否则会造成钻头与已灌注的混合料之间有段空隙，地下水通过孔壁渗入孔内充满空隙。

螺杆钻具断落事故处理与预防探讨摘要：随着我国油田开发规模的不断扩大，定向井、水平井和特种工艺井也越来越多，螺杆钻具在钻井过程中的应用也越来越广泛。

由于目前国内螺杆钻具制造技术的限制，井下钻具断裂、坠落等事故时有发生，影响钻井效率。

本文深入分析了螺杆钻具井下事故的类型和原因，提出了预防措施和处理方法，为防止类似钻井事故的发生提供了指导和借鉴。

关键词：螺杆钻具；断落事故；处理；预防1螺杆钻具断落事故原因1.1螺杆钻具外筒壳体脱扣螺杆钻具外壳体由旁通阀壳体、防掉壳体、马达壳体、万向节壳体及传动轴壳体组成，通过螺纹连接。

在定向钻井的过程中,转盘带动钻杆及螺杆钻具旋转,在钻井液的驱动下马达转子顺时针旋转，输出扭矩。

但定子外壳、钻铤及稳定器等钻具部位在与井壁接触的过程中所产生的顺时针摩擦力容易引发万向节壳体和传动轴壳体连接处发生脱扣，导致转子、万向节、传动轴落井。

螺杆钻具在150~180r/min的转速下比转盘转速大，所发生的反转运动及所承受的交变弯曲应力频率也更大。

但井下钻具滑动式滚动过程中还会出现跳离和击打井壁等现象，加剧螺纹的松动和螺杆钻具壳体的脱扣。

复合钻进过程中钻具外壳和井壁的摩擦能起到紧扣作用，但因可能的反转运动及跳离和击打井壁，会加剧脱扣。

螺杆钻具高速转动时发生砂卡、轴承损坏等，瞬间卡死产生的瞬时震荡力也会加剧螺杆钻具松扣脱扣。

1.2螺杆钻具外筒壳体断扣螺杆钻具外筒壳体断扣的原因有材料缺陷、加工工艺不当、应力集中、钻井参数选取不当、操作不平稳等。

通常情况下，钻铤连接的平衡度通过钻铤接头弯曲强度比进行评价，《钻具构件检验推荐操作规程》推荐的平衡连接弯曲强度比应为2.5:1.0，但实际中钻铤内弯曲强度比通常控制在3.2:1.0~2.0:1.0，螺杆钻具螺纹接头大部分为不平衡连接，降低了旁通阀壳体与马达壳体连接处螺纹的抗疲劳性能，尤其是管柱内受到冲蚀及管柱外径磨损后，不平衡性加剧，引发螺杆钻具断扣事故。

- 57 -第11期螺杆钻具失效原因分析与技术对策探讨陈石（大庆钻探工程公司钻井一公司， 黑龙江 大庆 163411）[摘 要] 近年来螺杆钻具在定向井和水平井钻井施工中应用的数量逐渐增多，由于受到多种因素的影响，经常出现螺杆钻具失效的情况，严重影响了石油钻井的施工效率。

本文对近几年螺杆钻具的失效情况进行了统计，从中分析螺杆钻具失效的原因，并制定相应的技术对策，减少了螺杆钻具的失效频率，对提高石油钻井生产效率具有积极作用。

[关键词] 石油钻井；螺杆钻具；失效原因；技术对策作者简介：陈石（1983—），男，黑龙江双鸭山人，大学本科学历，工程师。

在大庆钻探工程公司钻井一公司从事钻井工作。

随着石油钻井中的定向井、水平井钻井技术的进步与发展，螺杆钻具的使用越来越广泛，已经不再局限于直井复合钻井提速，而在定向井、水平井的造斜段和稳斜段使用中均发挥着重要的作用。

但由于螺杆钻具发生失效致使部分定向井、水平井的施工效率低下，因此需要对定向井、水平井施工中螺杆钻具失效原因进行分析，并制定对策。

1 螺杆钻具失效调查分析螺杆钻具在定向井、水平井的使用中失效情况时有发生，笔者统计了某钻井公司2015年以来的所有螺杆钻具失效案例，并对这些螺杆钻具失效案例的失效原因进行分门别类的统计分析后发现，螺杆钻具在定向井、水平井钻井施工中失效形式主要分为以下几种：一是传动轴不能转动、卡死；二是马达定子发生脱胶；三是螺杆钻具最顶端的旁通阀刺漏；四是传动轴发生断裂；五是螺杆钻具本体发生倒扣。

这些不同种类的螺杆钻具失效案例的发生不仅影响了定向井、水平井的钻井施工效率，而且大大增加了钻井成本。

2 螺杆钻具使用中失效原因分析2.1 传动轴不能转动、卡死原因分析通过拆卸失效的螺杆钻具发现，传动轴不能正常转动，最终导致传动轴卡死的直接原因是在传动轴总成的最顶端部位堆积了大量的钻井时产生的岩屑，岩屑的由来一是使用的钻井液性能未能达到施工要求，含砂量高，在停泵接单根过程中由于钻井液的悬浮能力差，导致钻井液中大量的岩屑下沉到传动轴的顶部；另一原因是在下钻过程中片面追求下放速度，导致钻井液中的泥沙倒灌入螺杆钻具的马达中，开泵后大量泥沙集聚堆积到传动轴顶部致使传动轴卡死。