[科普中国]-涡轮钻井

涡轮钻井是相对先进的一种钻井方法。将涡轮直接装在井下钻头上方，利用高流速的洗井液冲动涡轮钻具，带动钻头在井底旋转，将岩石破碎。这种钻井方法的主要优点是：(1)由于钻杆不转动，可以减少钻具磨损及折断事故；(2)所需动力并不比旋转钻井大，但却可以获得较高的钻速。

涡轮钻井技术涡轮驱动+地面驱动钻井是复合钻井的另一种形式。现代的涡轮钻具都采用金属轴承、无橡胶件，相比螺杆钻具更适合深层高温条件下的钻进;涡轮直接给钻头提供机械动力，涡轮钻具配合长寿命孕镶金刚石钻头，能显著减少深部地层起下钻等辅助时间；在镶金刚石钻头的高速散剪切作用下，钻遇弹塑性泥页岩时，即使存在较大正压差也不会影响其钻速；复合钻井时地面驱动的转速较低，减小了套管和井下钻具的磨损；涡轮钻具的震动水平低，可减少由于震动对钻头和井底钻具组合的损坏;涡轮钻井形成的井眼质量好并能起到防斜和微降斜的作用。

自前苏联在1924年成功将涡轮钻具应用到钻井中，涡轮钻具不断发展，目前可用于直井及定向井钻井作业。俄罗斯在浅井段采用涡轮钻具配合高速滚动轴承牙轮钻头钻进，机械钻速达到20~30m/h，与转盘配合牙轮钻头相比，钻速提高2~3倍。在欧美各油田多采用PDC钻头配合涡轮钻具钻进，机械钻速得到大幅度提高。1

涡轮钻井的钻具及钻井设备一、涡轮钻井的钻头

在涡轮钻井中钻头的工作条件和转盘钻井有很大的区别，加到钻头上转矩的最大值就是涡轮轴转矩的极限值(制动值)。涡轮钻具的转矩与转盘所能加给钻柱的转矩相比并不算大，但涡轮钻具的转速却比转盘转速高达3倍以上。涡轮钻井中的钻压的大小一般同转盘钻井的钻压差不多，或者较大些。由于涡轮钻转矩不大，而转速很高，这就决定了在涡轮钻井中只能使用在下底滚动的牙轮钻头。

二、涡轮钻井的钻杆

由于涡轮钻井时，钻杆不旋转，只承受反力矩，钻杆的工作条件减轻了，因此就可选用壁薄的钻杆。为了减少泥浆循环阻力，保证井底的最大功率应烬可能地使用人直径的钻杆。从同样的观点来考虑，我们需要用具有最大内径的钻杆接头。在涡轮钻井中，绝对禁止使用正规接头。最好是使用薄壁的大直径钻杆，或者带焊接接头的新型钻杆。这种新型钻杆是焊接起来的，接头焊到钻杆体上，钻杆和接头内径是一直的。在涡轮钻井中由于钻杆没有大的转矩，所以接头的工作条件也减轻了。

三、球形起动闸门、钻杆滤清器

由于涡轮钻井时起动泵压大，在泥浆管线上常装置一起动闸门，使起动时压力和缓上升。一般是使用球形起动闸门。1

涡轮钻井的工艺基础每一种钻井方法都有自己独有的一些特点，这些特点正反映在钻井的工艺上面。

第一，在转盘钻井中，卡钻的主要原因在于：泥浆性能不好，钻具处在不动的状态和钻杆的密封性受到了破坏。在涡轮钻井时，钻具只作缓慢的自上而下的前进运动，在纯钻井过程中，不必要使它旋转；但是，在涡轮钻井时，缓慢运动着的钻具仍然会被卡，为此，必须借助转盘定时地把它转动。性能不合格的泥 浆会增加卡钻的可能性，所以，在涡轮钻井肘，要特别注意泥浆的性能和清除泥浆中的岩层。再则，在涡轮钻井时，钻杆将处在比转盘钻井时更大的内压力下，因此，在丝扣连接处破坏密封的危险性将更大，泥浆的漏失也将更有可能。

第二，在转盘钻井时，加于钻头的钻压，可以足够精确地根据指重表来确定。但是，在涡轮钻井时，由于钻具的悬挂，就不能够经常正确地指示出轴向负荷。悬挂是一种钻具下半部被局部卡住的现象，其结果使部分轴向负荷到达不了钻头上，而被消耗在把钻具下推的运动上。所以，虽说指重表指示的是必须的加于钻头的轴向负荷，但实际上并不是这样，而涡轮钻具此时则开始提高转蜘近似空转。

第三，无论是转盘钻井或者是涡轮钻井，它们都是用旋转的力法破碎井底的岩石，但在质量上它们是有区别的。在转盘钻井时，如果用12号钻头来钻极硬地层，并采用45-55吨的钻压，每分钟45-75转的转速和将近50-60公升/秒的洗井液排量，达可以算是最适宜的了。在涡轮钻井时，使用T12M210型涡轮钻具，则在同样的条件下，如果采用30-45吨的钻压，每分钟750-900转的转速和与上面相同的工作液排量， 也可以得到较好的指标。

第四，在转盘钻井时，无论是轴向负荷还是转速都可以自由调节，但在涡轮钻井时，这种自由就没有。所以，必须根据岩石条件来选择各种不同类型的涡轮钻具。一般在钻极硬岩石时，最好采用把水当作泥浆使用的T12M型涡轮钻具，而在钻粘质岩石时，则常使用TC型涡轮钻具。这时，如碰到松软的岩石，还常用三刮刀钻头代替牙轮钻头。原则上，在工艺过程方面，涡轮钻井与转盘钻井没有什么区别。 像任何机器一样，涡轮钻具在开始工作前必须仔细检查。往井底下入未经检查的涡轮钻具是很危险的，涡轮钻具还会拒绝承受负荷，或者干脆涡轮钻具的轴不旋转。这时不得不把钻具提起(起钻)，这就造成把时间都浪费在起下钻这繁重的工作上。涡轮钻具送到井场后，必须经过仔细的外表检查。2

涡轮钻井过程中的一些复杂问题在涡轮钻井中也有一些在转盘钻井中所回到的复杂问题。但应指出钻杆的损坏是大大地减少了。所以我们所研究的复杂问题将是涡轮钻井中的特殊问题，这些问题在转盘钻井中是不会碰到的。例如，消除涡轮钻井时钻头在井中卡钻的问题，就与转盘钻井的条件不同。

当钻头卡在井十并且钻具的重量很大时，用上下活动钻抖的方法取出钻头通常是不行的。同时利用转盘旋转钻秆柱取出钻头，在涡轮钻井也不可能。这是由於钻头同钻杆是通过涡轮的轴承相联结的，钻杆旋转仅能带动涡轮钻具的列壳旋转，因此消除涡轮钻中诺如此类的事故具有特殊的性质，并且需要进行—系列的辅助操作。在用转动钻具提出钻头前，必须将先体内涡轮的轴卡住为此目的，需要从把安装在方钻杆下部和钻杆上部之间的灭火器取出，然所把大量的小块金属物(如钉子，坏了的螺帽等)抛入钻杆中。被抛入钻杆内的小块金刷物应和泵入井中的泥浆—起流过涡轮钻具，以保证小块金属物落入涡轮钻具的涡轮中。在泵泥浆和用转盘慢慢转动钻具时，小块金属物落入上部几级涡输的叶片中间，并把叶片损坏，毁坏了的叶片碎与金属物—超落入下一级涡轮，因之便卡住了定子和转子。当卡住涡轮钻具壳体中的轴肘，取出钻头的方法即和转盘钻井的取出钻头方法一样，即是用转动钻杆的方法取出钻头，因为这时钻杆旋转已能保证钻头转动。

这种取出钻头方法的特点，妩论在用涡轮钻具钻井时钻头的被卡住或是在使用取心钻具钻井时钻头的被卡住都可以采用上述取出钻头的方法，这是这种方法的特点。如果钻头在钻进中被卡住，力钻杆上提的高度，不足以卸开方钻杆和从其叫，取出滤清器，则必须卸下水龙头，造一个适当的工具，钻透方钻杆和上部钻杆间滤器的底部，便保证可以把小块金属物抛入涡轮中。当涡轮钻井时，由於各种事故以及井底有金属时，则用连续的平头铣鞋来铣削井底，这一工作同样也与转盘钻井时不同。如果在转盘钻井时，这个工作是在降低了转数和加大了负荷的情况下进行的，但在涡轮钻井时则相反，铣削井底要在尽可能小的负荷、涡轮几乎是悬空的、但涡轮转数最大的条件下进行的。在上述情况下应用所述的方法，借着涡轮钻儿的旋转来带动铣鞋锐脚井底金属，要此用转盘钻井法有效得多。2

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学