科钻一井第一轮KZ钻具结构设计与试用

 1．钻具结构。
 
  (1)科钻一井初始施工时，要求局部井段定向取心以恢复岩层产状。岩心定向仪器舱作为可组装部件，内部要有独立的密封单动结构，待需要入井时可与外总成连接。
 
  (2)采用向心轴承定位、止推轴承受力的单动结构，密封润滑，轴承腔置于外总成上。
 
  (3)为加强抗震效果，轴承定位采用过渡配合。
 
  (4)泥浆进入心轴通孔，经分水眼排入内、外管环隙。
 
  (5)上、下扩孔器孔内扶正钻具、修孔、保径，采心时卡簧抱紧岩心。
 
  (6)内管螺纹均采用地质勘探的外管扣型，其连接强度足可直接承受采取岩心时的拔断力，故省去了内总成拔心缓冲机构。
 
  (7)外管螺纹采用螺距8mm、丝高2mm的5。梯形直扣。
 
  2．应用效果。
 
  在101. 00～212. 42m (PH1～PH59)井段中，除1个回次转盘驱动外，本轮样机全部使用螺杆马达井底驱动纯回转钻进。
 
  由于向心轴承选用不当，轴承寿命很短，人井工作一般2个回次（最多3个回次）即碎裂。而因为采用密封润滑方式和强调轴承装配精度，钴具的拆卸组装非常困难，频繁的轴承更换，使钻具的现场维护工作量非常大。钻具的使用效果也因单动性差而很不理想，表现为岩心质量差、岩心采取率低、钻进速度低、回次进尺短、内管结泥皮、卡簧与卡簧座易受损等，如图8 44所示。钻具入井55个回次，各项钻进技术指标为：累计进尺105. 68m、累计岩心长93. 64m、累计钻时149. 5h.
 
  平均岩心采取率88. 61%、平均回次进尺1.92m、平均钻速o．7lm/h。
 
  3．技术分析与改进方向。
 
  (l)轴承采用密封润滑方式，泥浆需经心轴中心孔排泄。本轮设计的心轴外径大到+90mm，而轴承腔内径因井径限制仅Φ120mm，使得难以选用重系列轴承克服井底复合震动载荷的影响。单动失效大多是因轴承的损坏造成，也是一系列不良后果的起因。
 
  (2)由于空间有限、井底工作环境恶劣、加工精度不易保证等原因，密封在井底很快失效。密封失效后不仅轴承磨损加剧，还使泥浆中的固相颗粒充填进密封间隙磨损心轴。
 
  (3)内管接头上的侧水眼本为内管泄压所设，但当泥浆高速通过侧水眼处的内、外管环隙时，也对内管腔产生了抽吸作用形成内管中的局部反循环。当钻具单动失效时，内管与外管同步回转，泥浆固相因离心作用附壁结皮。
 
  (4)心轴与内管接头的螺纹连接仅靠一个螺母防松，不足以抵抗井底动力钻具产生的强震。心轴与内管接头间的相对转动使调定的内总成变长，卡簧座因此顶到钻头刚体上使单动失效。
 
  (5)频繁的轴承更换和复杂的拆装程序，给钻具的现场维护带来很多困难。
 
  (6)卡簧与钻头的配合仍沿用岩心钻探中卡簧内径小于钻头内径0．3mm的规定，卡簧内表面磨损后卡紧力即嫌不足。卡簧表面淬火质量较难控制，易折碎。
 
  本轮设计的指导思想是以密封润滑方式维持轴承寿命，以精确定位提高轴承抗冲击力，以心轴的大通孔降低水力损失。事实上，科钻一井使用的泥浆的黏度与固相含量均很低，但润滑性能很好，井台配置的泥浆泵额定泵压也很高。这些条件都可以使钻具缩小心轴与过流通道面积，以增大轴承腔空间选配重系列轴承，也允许采用开式润滑。故第二轮研制方案确定为：减小心轴直径，扩大轴承容置空间，全排量泥浆强制润滑轴承；舍弃向心轴承、降低装配精度，选用抗冲击性好的重系列推力轴承弥补定位缺陷。