浅谈螺杆钻试压检验装置的改造及应用1

浅谈螺杆钻具带钻压检测许季彭波郭晓虎（井下作业处工具车间）摘要随着螺杆钻具应用数量的增多，钻具寿命的稳定性越来越受到关注，其重要性直接影响修井作业及施工进度。螺杆钻具试验装置是螺杆钻具维修、保养的配套装置，也是检验螺杆钻具维修后的质量的重要措施。原来使用的试验装置，检验结果不能反映螺杆钻具的各项技术性能。经改造后的螺杆钻具试验装置结构紧凑、操作方便，可以模拟螺杆钻具在井下工作时的工作状态。关键词螺杆钻具带压检测加载钻压一、螺杆钻概述螺杆钻具通过转子和定子将高压液体的能量转变为机械能。当高压液体通过钻具内孔进入钻具后，阀球被推动下移，关闭旁通阀，从而进入转子与定子形成的各个密封腔。液体在各腔中的压力差推动转子沿定子的螺旋通道滚动。转子在沿自身的轴线转动的同时，还绕转子的轴线平行并与之有一偏心距的定子中心线公转。这就是所谓的螺杆钻具的行星转动原理。由于转子和定子都采用螺旋线，因而转子绕定子轴线做逆时针转动，并以自身轴线做顺时针转动去带动钻头旋转。螺杆钻具主要由旁通阀总成、马达总成、万向节总成、传动轴总成四部分组成。作为井下动力装置，具有低转速、大扭矩、大排量等优点。随着螺杆钻具应用数量的增多，螺杆钻具维修质量直接影响到修井作业及施工进度，决定企业经济效益。螺杆钻具带压检测装置检测出的钻具技术参数能为其能否下井使用提供科学依据，避免不合格钻具下井造成返工作业。由于原来使用的检测装置，不能对钻具螺杆钻具施加载荷，检测范围小，已不能满足螺杆钻具使用要求。经过改进，现在的试压装置结构简单，操作方便，可以在地面模拟钻具井下工作时的状态，检测效果好。二、旧螺杆钻试压装置从结构上看，原来的检测装置主要由试压平台、卡箍装置组成，检测操作时把螺杆钻具固定在检测平台卡箍装置上卡紧，该卡紧装置有三个，分别卡在钻具上、中、下三个部位，防止检测时钻具抖动。驱动轴装上钻头或磨鞋，上接头接大小头，经水龙带与水泥车连接。检测时，水泥车打压清水沿水龙带进入钻具旁通阀，阀球被推上移，旁通阀被关闭，清水经定子与转子的各个密封腔进入转动轴总成，驱动钻具旋转。试压装置示意图：该螺杆钻具检测装置检验标准是：1、旁通阀关闭自如；2、旋转部分旋转正常，无异常声音。从检测特点看：1、该检测装置只能检验钻具空钻时的效果，不能加载负荷检测；2、螺杆钻具的转速、扭矩只能凭长期工作经念判断；3、螺杆钻具实际工作性能无科学检测数据说明。检测后的钻具只有在经前线使用后，才能判断是否达到使用要求。主要存在问题有：1、无进尺；2、加压后钻具转动不灵活；3、钻速慢；4、螺杆钻具使用性能不稳定。造成井下情况判断失误，井下事故判断困难，井下作业返工、暂停甚至造成井的报废，不但增加了劳动强度，也延长了修井时间，造成很大的经济损失，增加企业成本。三、改进后的螺杆钻检测装置针对原来检测装置使用中存在的问题，对原有螺杆钻具检测装置进行了重新设计改建，现有装置最大的特点就是能够模拟钻具在井下工作时状况，并通过一系列科学的检测数据反映出螺杆钻具的实际工作性能。结构改进：（1）增加了加载负荷部分，（根据液压传送原理）主要由液压油缸、液压胶管、电动试压泵等组成。（2）增加了压力和扭矩显示装置，主要有压力表、液压缸和扭矩转换装置组成。（3）根据钻具不同的作业施工，如磨铣、钻进作业，配置不同的模具。螺杆钻具检测装置示意图如下：四、螺杆钻具带压检测装置的工作原理螺杆钻具装上检测用三牙轮钻头或磨鞋并配以相应模具固定在检测平台上用卡瓦卡紧，上接头通过变扣与水泥车水龙带连接，水泥车打压清水沿水龙带进入钻具，旁通阀关闭，钻具开始旋转，此时就能检测出旁通阀是否关闭灵活。若旁通阀不能灵活关闭水会由旁通阀流出，螺杆钻具转子不能转动或转动缓慢无力。钻具在空载情况下空转一段时间观察转动是否灵活、各密封接头有无渗漏、有无杂音异响、水泥车有无憋压，当空转转动灵活后，由加压液缸对螺杆钻具缓慢加压。观察运转情况，并由承钻体通过运转测试力臂和运转测试液缸将力传给压力表，从压力表读数就可以计算出运转时的阻力矩。钻压施加是根据液压传动原理，通过操作电动试压泵，液压油经液压胶管进入油缸，推动活塞向前运动，将液压能转变为直线运动的机械能，推动装在活塞轴端面的螺杆钻模具，向旋转的钻头部位接触缓慢施加压力，这就是要模拟钻具在井下工作时钻柱施加给钻具的钻压。该装置的施压标准钻压为4Mpa，水泥车的泵压为8Mpa，最大流量不得超过1200L/min，不同的作业选择不同的钻压。在一定钻压下，水泥车施加给钻具的泵压和流量，钻具的转动情况是否灵活，进尺是否正常；随着钻压逐渐增加，水泥车泵压循环压力逐渐上升，该压力的增量与钻压或钻速所需的扭矩的增量成正比，当达到最大推荐工作压力降时产生最佳扭矩，记录水泥车的泵压和扭矩。阻力矩测试完毕后除去钻压挂上牙嵌离合器阻止螺杆钻转动，通过制动测试力臂和制动测试液缸将力传到压力表，从压力表读数计算最大输出扭矩。检测结束后，水泥车停泵，电动试压泵泄压，钻具旁通阀在弹簧作用下灵活收回并打开，钻具内部泄压。1、操作方法：将螺杆钻具拧装上三牙轮钻头或者磨鞋，用行吊将螺杆钻吊装在螺杆钻具试压台上，三牙轮钻头或磨鞋卡在检测台卡盘上，螺杆钻具定子固定在试压装置3个卡箍装置上，内装有卡瓦牙，一个卡在螺杆钻连接短节台肩处，防止液压油缸工作时，推动螺杆钻具后退，憋不起压力；一个卡在定子中部，起到平衡止转作用；另一个卡在螺杆钻具接头处，防止试压时螺杆钻具跳动。根据不同用途，选择不同的模具，装在油缸轴头处，用液压胶管把液压缸与电动试压泵连接起来。上接头用水龙带同水泥车相连接，水泥车加压后清水驱动钻具旋转，操作电动试压泵缓慢加压，推动油缸向前运动，给钻具施加额定钻压，最后观察钻具转动情况，并记录压力表2上的数据。根据表二和图二可以查出正常工作时的扭矩。关闭电动试压泵除去钻压，挂上牙嵌离合器开动水泥泵观察并记录制动液缸压力；记录水泥车上泵的输出泵压和压力表1的数据。根据表二和图二可以查出相对应的最大扭矩。2、改进后的特点：改造后的试压装置，结构简单、操作也很方便，2-3人就可操作。检测效果也很明显，大大提高了螺杆钻具工作性能的稳定性，降低了维修后检测不合格钻具出厂率。五、现场效果试验证及经济效益该装置改造成功后，经过使用证明，试验合格的螺杆钻具在井下工作正常，将因为螺杆钻具维修质量不合格造成的返工率降为零。经济效益方面：此装置使用后，因螺杆钻具质量造成的问题大大减少，试压质量的提高、延长了钻具的使用时间，降低了劳动强度和返工次数，缩短了修井作业周期，大大降低企业成本。试压装置的改造前半年共有六口井螺杆钻具无明显进尺，见表三表三、试压装置的改造前故障螺杆钻具使用情况序号井号工作时间（h）进尺（m）井号工作时间（h）进尺（m）1王云104-57-8周8-312202王东9-746-7王8-510193黄3257-8广斜8-141221大约每年可减少12井次重复作业，每井次节约费用2万元左右，年创效24万元。六、结论及建议改造后的螺杆钻试压装置经使用后说明达到了技术要求，在螺杆钻维修检验工作中具有使用价值，具有如下特点：1、结构简单操作方便2、更换模具可适应不同作业需要（磨铣、钻进）3、可以模拟钻具在井内的工作环境4、检测数据科学有效建议。车间目前使用简易装置对螺杆钻具进行扭矩的带压测试，因受场地、设备限制，对精确度造成一定影响。建议尽快将其升级为专业的螺杆钻具地面测试模拟装置，以有效提高测试精确度，确保螺杆钻具下井合格率。参考文献[1]《井下作业工具工》中国石化集团技师培训教材2008、9[2]《新编机械师设计手册》、机械工业出版社1995[3]《螺杆钻具SY/T5383-2010》中华人民共和国石油天然气行业标准[4]《螺杆钻具使用、维修和管理》SY/T5547-2000中华人民共和国石油天然气行业标准表一：钻压、压力对应表压力(MPa)0.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7钻压（N）4083.64900.35717.06533.77350.48167.18983.99800.610617.311434.012250.713067.413884.1压力(MPa)1.81.92.02.12.22.32.42.52.62.72.82.93.0钻压（N）14700.915517.616334.317151.017967.718784.419601.120417.921234.622051.322868.023674.724501.4钻压与压力关系公式推导如下：N=P×S①S=π×r²②N=P×π×r²③注：N——钻压P——电动试压泵表压S——加压液缸横切面面积r——加压液缸横切面半径图一钻压、压力曲线图0100020003000400050006000700080009000100001100012000130001400015000160001700018000190002000021000220002300024000250000.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.02.12.22.32.42.52.62.72.82.93.0表二：压力、扭矩对应表压力（MPa）0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0扭矩（N.m）147.7295.4443.1590.8738.5886.21033.91181.61329.41477.1压力（MPa）2.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0扭矩（N.m）1624.81772.51920.22067.92215.62363.32511.02658.72806.42954.1压力与扭矩关系公式推导如下：T=N×L①N=P×S②S=π×r²③N=P×π×r²④T=P×π×r²×L⑤注：T——螺杆钻具输出扭矩L——测试力臂长N——压力P——测试液缸表压S——测试液缸横切面面积r——测试液缸横切面半径图二压力、扭矩曲线图01002003004005006007008009001000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002500260027002800290030000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0