[科普中国]-孔底动力机

孔底动力机是配合实施受控定向钻探的重要工具，是钻探工程的一项高精尖技术。孔底动力机有螺杆钻、涡轮钻和电钻三种。1

介绍在地质钻探中，钻孔口径小，因此以螺杆钻应用较为普遍。孔底动力机有很多优点，首先在于充分利用传递到孔底的液体能量，有利于发挥钻头切削性能，同时钻杆柱不转动，可以减少钻杆的磨损和折断以及避钻杆碰撞孔壁引起的坍塌、掉块、卡钻等事故。与专用造斜器件进行人工造斜，可以精确控制钻进方向，还可实现随钻监测定向钻孔轨迹。2

螺杆钻具井下动力钻具的一种，靠钻井液的流动来驱动。目前定向钻井中常用的戴纳钻具(Dyna-drill)和纳维钻具(Navi-drill)都属于螺杆钻具。它们的结构分为四大部分：旁通阀总成、螺杆马达总成、连杆总成和轴承及传动轴总成。螺杆马达由转子和定子组成，转子是一根实心的扭成螺旋状的轴，定子是在一个圆柱形套筒里面装有一个特制的橡胶衬套，衬套的内孔是两个半圆夹一个矩形，内孔沿着套筒轴向不断旋转。循环钻井液时，钻井液从定子和转子的间隙流过，并推动转子转动，带动钻头旋转。螺杆钻具在钻井中的优点是显著的：螺杆钻具的转速与泥浆排量成正比，而与扭矩无关，通过调节排量就可以调节转速;螺杆钻具的转矩随钻压而变化，而转矩的变化又反映在压力降的变化上，所以从泵压表的变化就可知转矩变化，有利于比较准确地计算钻柱的反扭角，而且通过泵压表还可以看出钻压的变化，司钻可以看着泵压表打钻，这在定向钻井中比看着指重表打钻准确得多。

涡轮钻具实现涡轮钻井的重要工具。它是一种将钻井液所具有的水力能转换成涡轮轴上的机械能的水力机械。涡轮钻具中最主要的部件是上百级至二百级涡轮，每一级涡轮由一个定子和一个转子组成。定子固定在外壳上，转子用键装在主轴上，为了避免主轴径向震动，在主轴中部装有两个橡胶中间轴承和中间轴承套。主轴下部装有下部轴承及轴承套，以承受径向载荷，上部装有上部轴承的枢轴环和枢轴盘。主轴下部带有母扣，以便与钻头相接，涡轮钻具外壳上部与大小头相接，以便连接钻杆。当钻井液自钻杆输入涡轮后，从定子叶片流入转子叶片时，由于液流方向和速度的改变，就在转子叶片上产生推力，迫使转子旋转，从而带动主轴及钻头旋转，以实现钻进。根据钻井的需要，国外还发展了加长式、多长式、低转数大扭矩等多种型式的涡轮钻具，还有为定向钻井应用的短式涡轮钻具，为深井用的复式涡轮钻具。

孔底动力机的一种。柔杆是柔性钻杆的简称，它是用一条钢丝加固中空的橡胶柔杆，杆内通有电缆与钻井液，电缆下端接孔底电钻和钻头的一种新型钻探设备。柔杆本身既是输送电流和钻井液的通道，又代替了刚性钻杆。

海洋柔杆电钻海洋柔杆电钻特点主要是：①电缆通电后，仅钻头旋转而柔杆不转动，因此减少了功率消耗；②柔杆代替刚性钻杆，利用绞车可上提或下放柔杆，大大简化了起下钻作业，提高了起下钻效率，减轻劳动强度；③柔杆钻能适应钻探船在海上进行不稳定的漂浮钻探。该钻探设备首先是法国石油研究院(IFP)研制成功的，最初用于陆地钻300米、500米钻孔，后来与苏联合作钻油井深达3000米。1965年首次在海上试验成功，钻探水深达2500米。主要用于海底底质层取心取样，勘查海洋地质与矿产。

ECSM海洋柔杆取心电钻，是将柔杆、电钻、取心管、钻头和潜水泵等安装在同一机架上，用钢丝绳把它下放到海底，通过电缆由船面供电和实现遥控钻探。可在500米水深钻深达100米，取出3.5英寸岩心。机重约10吨。

法国石油研究院和舍海德公司合作，把柔杆钻机装在动力定位的泰勒贝尔(Terebel)船上，船上装有1000米柔性钻杆，下接电钻或涡轮钻、取心器等。为了避免海浪对船造成上下颠簸，还设有缓冲装置。在试验成功基础上，又研制成"ESARC"地质调查船，在200米水深，能钻600米深孔。

1968年，法国石油研究院还创造了垂线钻探法。从船面下放一铠装多心电缆，向潜水泵和电钻供电，并将孔底钻探参数传到船面，实现取心钻探。其电缆下部依次连接潜水泵、柔杆、电钻及钻具。潜水泵把具有一定压力的海水泵入柔杆、再通过电钻，取心器循环到海底。法国用此法在土伦和地中海水深2000～2500米地区钻孔证明，该法简便可靠，自动化程度高，是深海取样的一种好方法。

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杨刚 - 教授 - 西南大学