主要功能:
恒压恒扭工具可以平衡所保护的下部钻具的重量,实现钻头及下部测量仪器的软着陆,同时在钻进过程中,减少钻头的跳钻、顿钻、憋钻、钻柱粘滑,改善钻头、马达、随钻仪器的工况,延长寿命,减少起下钻次数,节约用户成本。
结构特点:
恒压恒扭工具的主要组成结构如图3所示,它主要由上接头、上壳体、碟簧组、密封螺母、中壳体、下壳体、下接头、补偿接头、连接筒及锁紧螺母等组成。工具主体采用特制螺纹连接,承载能力高;最优的压扭转换机构设计,传递效率高,能量损失少。
恒压恒扭工具采用纯机械形式,主要由压扭转换机构、储能机构及密封油浴机构组成。中壳体和下接头上的多头螺纹组成压扭转换机构,起到相互转换钻压和扭矩的作用。碟簧组组成储能机构,起到储能和释能的作用。密封螺母、下接头和下壳体等组成密封油浴机构,起到密封抗磨液压油的作用,保证多头螺纹在清洁、润滑的环境中工作。上接头和下接头为与其他工具连接提供标准螺纹接口。所有工具零件材料均使用高强度合金钢,保证工具的可靠性。
工作原理:
当把恒压恒扭工具接在所要保护的下部钻具上面时,通过调整碟簧组II的压缩量,可以平衡下部钻具的重量,实现随钻测量仪器及钻头的软着陆,另外PDC钻头在钻遇硬地层、软硬交错地层时,钻头上的扭矩波动较大、蹩跳钻现象严重,其不但会缩短PDC钻头的使用寿命,还容易导致井下钻具断裂,影响机械钻速。
使用恒压恒扭工具能够起到纵向和周向减震作用。在钻遇硬地层、软硬交错地层时,恒压恒扭工具能够主动调整钻头切削深度来为钻头提供一个相对稳定的扭矩。当钻头转速下降反扭矩迅速增加时(钻头失速),过大的扭矩转化为轴向力,碟簧组I被压缩,储存能量,工具收缩,同时钻头的切削深度减少,进而钻头上的钻压减小;当钻头转速正常时,工具上储存的能量会逐渐释放。该过程会在钻井作业中持续反复,自动调整钻井扭矩的波动,起到“消峰填谷”的作用。整个过程钻头始终保持在岩层中,钻井过程不会被中断。
上述过程减小了扭矩的波动,实现钻井扭矩的平衡,同时也大幅降低了井底钻柱的振动,从而增加了随钻测量仪器及钻头的使用寿命,减少钻头的更换次数;相对稳定的扭矩还可以增加机械钻速。
技术特点:
恒压恒扭工具采用纯机械结构,结构简单、巧妙,操作简易,适用性强,无须专用钻头,性价比高。总体具有以下特点:
1. 可以平衡下部钻具的重量,实现钻头及随钻仪器的软着陆;
2. 减少复杂地层中引起的粘滑效应和钻头失速;
3. 减少钻头钻遇地层时的憋钻及跳钻现象,提高钻头的使用寿命;
4. 主要关键密封采用油浴密封机构,提高了密封件及压扭转换机构的使用寿命;
5. 减少井下工具的振动,提高井下工具串如螺杆钻具、MWD/LWD、旋转导向等工具的使用寿命;
6.减小钻具的轴向及径向振动,提高钻具的使用寿命;
7.提高随钻测量仪器信号传输的稳定性;
8. 提高机械钻速和钻头进尺。
技术参数对比:
主要技术参数:
使用方法:
扭矩保护器适用于易“憋跳”、有夹层及可钻性差的地层,安装在近钻头处,离钻头距离不超过50米。使用方法简单,先根据井况和钻具组合确定工具的启动预设值,然后选择对应厚度的碟簧垫圈。完成组装后,直接接入钻柱串并下入井中,用以保持一个稳定的扭矩负载。具体使用方法如下:
1. 无定向钻井工具时,可直接连在PDC钻头或扩眼器上;
2. 定向钻井时,安装在MWD或旋转导向工具的上面;
3. 不能将工具连接在钻具过渡位置,如钻铤和加重钻杆之间;
4. 当需要安装在接近稳定器位置时,安装在稳定器下面。
恒压恒扭工具及螺杆钻具配合使用的优点:
1. 避免出现螺杆钻具制动及憋泵现象的发生,显著提高螺杆钻具的使用寿命,通过多井次的使用证明,螺杆钻具的使用寿命提高25%-35%左右;
2. 大幅提高钻井机械钻速,通过多井次的使用证明,钻井机械钻速提高40%-70%左右;
3. 延长钻头使用寿命,通过多井次的使用证明,钻头使用寿命提高20%-35%左右。