基本介紹
- 中文名：渦輪鑽井
- 外文名：Turbine Drilling
- 作用：開採石油
- 特點：具磨損及折斷事故小，動力小
- 使用地點：油田
- 使用單位：石油開採公司
渦輪鑽井技術,渦輪鑽井的鑽具及鑽井設備,渦輪鑽井的工藝基礎,渦輪鑽井過程中的一些複雜問題,
渦輪鑽井技術
渦輪驅動+地面驅動鑽井是複合鑽井的另一種形式。現代的渦輪鑽具都採用金屬軸承、無橡膠件，相比螺桿鑽具更適合深層高溫條件下的鑽進;渦輪直接給鑽頭提供機械動力，渦輪鑽具配合長壽命孕鑲金剛石鑽頭，能顯著減少深部地層起下鑽等輔助時間；在鑲金剛石鑽頭的高速散剪下作用下，鑽遇彈塑性泥頁岩時，即使存在較大正壓差也不會影響其鑽速；複合鑽井時地面驅動的轉速較低，減小了套管和井下鑽具的磨損；渦輪鑽具的震動水平低，可減少由於震動對鑽頭和井底鑽具組合的損壞;渦輪鑽井形成的井眼質量好並能起到防斜和微降斜的作用。
自前蘇聯在1924年成功將渦輪鑽具套用到鑽井中，渦輪鑽具不斷發展，目前可用於直井及定向井鑽井作業。俄羅斯在淺井段採用渦輪鑽具配合高速滾動軸承牙輪鑽頭鑽進，機械鑽速達到20~30m/h，與轉盤配合牙輪鑽頭相比，鑽速提高2~3倍。在歐美各油田多採用PDC鑽頭配合渦輪鑽具鑽進，機械鑽速得到大幅度提高。
渦輪鑽井的鑽具及鑽井設備
一、渦輪鑽井的鑽頭
在渦輪鑽井中鑽頭的工作條件和轉盤鑽井有很大的區別，加到鑽頭上轉矩的最大值就是渦輪軸轉矩的極限值(制動值)。渦輪鑽具的轉矩與轉盤所能加給鑽柱的轉矩相比並不算大，但渦輪鑽具的轉速卻比轉盤轉速高達3倍以上。渦輪鑽井中的鑽壓的大小一般同轉盤鑽井的鑽壓差不多，或者較大些。由於渦輪鑽轉矩不大，而轉速很高，這就決定了在渦輪鑽井中只能使用在下底滾動的牙輪鑽頭。
二、渦輪鑽井的鑽桿
由於渦輪鑽井時，鑽桿不旋轉，只承受反力矩，鑽桿的工作條件減輕了，因此就可選用壁薄的鑽桿。為了減少泥漿循環阻力，保證井底的最大功率應燼可能地使用人直徑的鑽桿。從同樣的觀點來考慮，我們需要用具有最大內徑的鑽桿接頭。在渦輪鑽井中，絕對禁止使用正規接頭。最好是使用薄壁的大直徑鑽桿，或者帶焊接接頭的新型鑽桿。這種新型鑽桿是焊接起來的，接頭焊到鑽桿體上，鑽桿和接頭內徑是一直的。在渦輪鑽井中由於鑽桿沒有大的轉矩，所以接頭的工作條件也減輕了。
三、球形起動閘門、鑽桿濾清器
由於渦輪鑽井時起動泵壓大，在泥漿管線上常裝置一起動閘門，使起動時壓力和緩上升。一般是使用球形起動閘門。
渦輪鑽井的工藝基礎
每一種鑽井方法都有自己獨有的一些特點，這些特點正反映在鑽井的工藝上面。
第一，在轉盤鑽井中，卡鑽的主要原因在於：泥漿性能不好，鑽具處在不動的狀態和鑽桿的密封性受到了破壞。在渦輪鑽井時，鑽具只作緩慢的自上而下的前進運動，在純鑽井過程中，不必要使它旋轉；但是，在渦輪鑽井時，緩慢運動著的鑽具仍然會被卡，為此，必須藉助轉盤定時地把它轉動。性能不合格的泥 漿會增加卡鑽的可能性，所以，在渦輪鑽井肘，要特別注意泥漿的性能和清除泥漿中的岩層。再則，在渦輪鑽井時，鑽桿將處在比轉盤鑽井時更大的內壓力下，因此，在絲扣連線處破壞密封的危險性將更大，泥漿的漏失也將更有可能。
第二，在轉盤鑽井時，加於鑽頭的鑽壓，可以足夠精確地根據指重表來確定。但是，在渦輪鑽井時，由於鑽具的懸掛，就不能夠經常正確地指示出軸向負荷。懸掛是一種鑽具下半部被局部卡住的現象，其結果使部分軸向負荷到達不了鑽頭上，而被消耗在把鑽具下推的運動上。所以，雖說指重表指示的是必須的加於鑽頭的軸向負荷，但實際上並不是這樣，而渦輪鑽具此時則開始提高轉蜘近似空轉。
第三，無論是轉盤鑽井或者是渦輪鑽井，它們都是用旋轉的力法破碎井底的岩石，但在質量上它們是有區別的。在轉盤鑽井時，如果用12號鑽頭來鑽極硬地層，並採用45-55噸的鑽壓，每分鐘45-75轉的轉速和將近50-60公升/秒的洗井液排量，達可以算是最適宜的了。在渦輪鑽井時，使用T12M210型渦輪鑽具，則在同樣的條件下，如果採用30-45噸的鑽壓，每分鐘750-900轉的轉速和與上面相同的工作液排量， 也可以得到較好的指標。
第四，在轉盤鑽井時，無論是軸向負荷還是轉速都可以自由調節，但在渦輪鑽井時，這種自由就沒有。所以，必須根據岩石條件來選擇各種不同類型的渦輪鑽具。一般在鑽極硬岩石時，最好採用把水當作泥漿使用的T12M型渦輪鑽具，而在鑽粘質岩石時，則常使用TC型渦輪鑽具。這時，如碰到鬆軟的岩石，還常用三刮刀鑽頭代替牙輪鑽頭。原則上，在工藝過程方面，渦輪鑽井與轉盤鑽井沒有什麼區別。 像任何機器一樣，渦輪鑽具在開始工作前必須仔細檢查。往井底下入未經檢查的渦輪鑽具是很危險的，渦輪鑽具還會拒絕承受負荷，或者乾脆渦輪鑽具的軸不旋轉。這時不得不把鑽具提起(起鑽)，這就造成把時間都浪費在起下鑽這繁重的工作上。渦輪鑽具送到井場後，必須經過仔細的外表檢查。
渦輪鑽井過程中的一些複雜問題
在渦輪鑽井中也有一些在轉盤鑽井中所回到的複雜問題。但應指出鑽桿的損壞是大大地減少了。所以我們所研究的複雜問題將是渦輪鑽井中的特殊問題，這些問題在轉盤鑽井中是不會碰到的。例如，消除渦輪鑽井時鑽頭在井中卡鑽的問題，就與轉盤鑽井的條件不同。
當鑽頭卡在井十並且鑽具的重量很大時，用上下活動鑽抖的方法取出鑽頭通常是不行的。同時利用轉盤旋轉鑽稈柱取出鑽頭，在渦輪鑽井也不可能。這是由於鑽頭同鑽桿是通過渦輪的軸承相聯結的，鑽桿旋轉僅能帶動渦輪鑽具的列殼旋轉，因此消除渦輪鑽中諾如此類的事故具有特殊的性質，並且需要進行—系列的輔助操作。在用轉動鑽具提出鑽頭前，必須將先體內渦輪的軸卡住為此目的，需要從把安裝在方鑽桿下部和鑽桿上部之間的滅火器取出，然所把大量的小塊金屬物(如釘子，壞了的螺帽等)拋入鑽桿中。被拋入鑽桿內的小塊金刷物應和泵入井中的泥漿—起流過渦輪鑽具，以保證小塊金屬物落入渦輪鑽具的渦輪中。在泵泥漿和用轉盤慢慢轉動鑽具時，小塊金屬物落入上部幾級渦輸的葉片中間，並把葉片損壞，毀壞了的葉片碎與金屬物—超落入下一級渦輪，因之便卡住了定子和轉子。當卡住渦輪鑽具殼體中的軸肘，取出鑽頭的方法即和轉盤鑽井的取出鑽頭方法一樣，即是用轉動鑽桿的方法取出鑽頭，因為這時鑽桿旋轉已能保證鑽頭轉動。
這種取出鑽頭方法的特點，嫵論在用渦輪鑽具鑽井時鑽頭的被卡住或是在使用取心鑽具鑽井時鑽頭的被卡住都可以採用上述取出鑽頭的方法，這是這種方法的特點。如果鑽頭在鑽進中被卡住，力鑽桿上提的高度，不足以卸開方鑽桿和從其叫，取出濾清器，則必須卸下水龍頭，造一個適當的工具，鑽透方鑽桿和上部鑽桿間濾器的底部，便保證可以把小塊金屬物拋入渦輪中。當渦輪鑽井時，由於各種事故以及井底有金屬時，則用連續的平頭銑鞋來銑削井底，這一工作同樣也與轉盤鑽井時不同。如果在轉盤鑽井時，這個工作是在降低了轉數和加大了負荷的情況下進行的，但在渦輪鑽井時則相反，銑削井底要在儘可能小的負荷、渦輪幾乎是懸空的、但渦輪轉數最大的條件下進行的。在上述情況下套用所述的方法，借著渦輪鑽兒的旋轉來帶動銑鞋銳腳井底金屬，要此用轉盤鑽井法有效得多。
