井底动力冲击回转取心系统的研发过程

  螺杆马达液动锤井底动力冲击回转取心钻进技术的研发，是在克服了许多困难、解决了诸多技术难题，逐步改进提高，发展完成的。2000m先导孔的施工就是这一全新技术从研发到逐步完善的全过程，而在主孔的取心钻进则是其走向成熟的明证。
 
  根据取心钻进方法试验以及取心钻进系统改进和完善的进程，井底动力冲击回转取心钻进方法的研发可总结为五个阶段：
 
  (1)螺杆马达十双管取心钻进为主的钻进阶段(101.00～502. 06m)，重点在于探讨螺杆马达取心钻进的可行性。
 
  (2)螺杆马达十液动锤系统初步试验阶段(502. 06～1000. 05m)，在完善单动双管取心钻具的同时，重点验证将液动锤用于螺杆马达取心钻进的可行性。
 
  (3)螺杆马达十液动锤系统改进阶段(1000. 05～1503. OOm)，致力于液动锤性能的改进。
 
  (4)螺杆马达十液动锤系统完善提高阶段(1503. 00—2046. 54m)，继续完善单动双管取心钻具和进一步完善液动锤。
 
  (5)螺杆马达十液动锤系统成熟阶段(2046. 54～2982. 18m)，完善螺杆马达液动锤取心钻进工艺、钻进参数优化、改进泥浆性能等。
 
  液动锤螺杆马达取心钻进钻进技术是一项全新的钻探技术方法，在研发过程中所暴露出一下主要问题：①取心钻具故障频繁。②液动锤工作不正常。③钻进工艺参数不合理。
 
  1．取心钻具的改进。
 
  由于对新研发的KZ型取心钻具和这种井底动力组合没有使用经验，先导孔前100m螺杆马达取心钻进经常出现钻具故障，主要表现为：单动接头的密封形式不适合钻进工况，常因密封失效，导致单动失灵。选用的轴承承载力不够，经常出现轴承破碎，失去单动效果。钻具内管结构不合理，因内管接头倒扣，并与钻头内台阶顶死，丧失单动作用。卡簧及卡簧座结构不合理而丢失岩心以及内管严重结垢等问题。经分析，认为螺杆马达取心钻进与常规取心钻进的最大区别在于其回转过程中的横向高频振动问题。由于该振动的存在，使得原来在常规取心钻进中非常成熟且已得到普遍应用的取心钻具的密封、单动、卡心等机构均在螺杆马达取心钻进中出现了严重问题，影响了钻进效率、岩心质量、岩心采取率、钻头寿命等。
 
  针对这些问题，经过几次改进。将轴承腔由密闭式改为开放式，去掉了单动轴承的密封，由油润滑改为泥浆润滑，解决了由于密封失效导致轴承腔内集砂造成单动失灵的问题。将轴承由轻型轴承改为重型轴承，并加大了轴承的规格，提高了轴承抗冲击载荷的能力。把岩心管长度系列化(3m、6m、8m、9.5m等)，根据地层条件优化选用，只要地层条件许可，尽可能使用长岩心管，最终较好满足了生产要求，取心回次长度与岩心采取率不断提高。
 
  2．液动锤的改进。
 
  液动锤的应用对提高取心钻进的两项重要指标：机械钻速和回次进尺长度，有着不可替代的关键作用。但在应用初期，故障率高，其故障主要表现在：无法正常启动、有效工作时间短、关键部件工作寿命短。但现场施工实践也表明，只要液动锤能够正常工作，对提高机械钻速、回次进尺长    度和岩心采取率的作用，是其他任何现有技术方法无法比拟的。
 
  根据上述情况，科钻中心现场决定加大投入，提供条件，与液动锤研发单位共同开展深入研究。根据所暴露的问题，逐一提出改进方案，并进行实验室测试验证。同时，重视泥浆性能的改善，重点加强固控和重视使用润滑剂，确保泥浆具备良好的流变性和润滑性，固相含量控制在0．1%左右。经过若干轮的改进、采取多项综合措施后，液动锤的工作性能得到了根本性的改善，其工作可靠性、易损件寿命等均有了大幅度提高，开始在科钻一井取心钻进中发挥重要的保障作用。
 
  3．钻进工艺参数的优化。
 
  井底动力冲击回转取心钻进与常规金刚石取心钻进相比，钻头、钻具在孔内的工况发生了变化，现有钻进规程参数，由于孔底动力机螺杆马达和液动锤的应用已经不能适应或满足新方法的需求，必须根据孔底动力机的工作特性来进行新的探索。在金刚石取心钻进中，转速、钻压、泵量是最重要的基本钻进规程参数，在常规取心钻探中，三项基本参数均可根据需要在地表单独进行人为调整。而对于孔底动力取心钻进技术来讲，孔底动力机是完成钻进作业的最基本要素，特别是螺杆马达，泵量是决定其工作性能的最重要参数，为确保螺杆马达具备最佳输出性能，其泵量必须在其合理的工作流量范围内，而该流量却不一定满足传统金刚石取心钻进对泵量的要求。因此，转速、钻压、泵压是相互关联的，必须通盘设计，主要通过以下途径实现钻进工艺参数的优化：①优选螺杆马达，使其在一定工作流量下的输出功率尽量接近于金刚石钻进对钻压、转速和泵量的需求。
 
  ②改造液动锤，使其工作流量与螺杆马达的工作流量相匹配。③研制新型金刚石取心钻头，使其实现在适合螺杆马达液动锤工况下的长寿高效钻进。④改善泥浆性能，加强固控与提高泥浆的润滑性，最大限度地降低泥浆对金刚石钻头的冲蚀破坏，同时减少对螺杆马达和液动锤的磨损。
 
  通过以上工作，井底动力冲击回转取心钻进技术在不断探索中逐步完善，钻进工艺参数也日趋合理，最终取得了优良的取心钻进技术经济指标。