能有效提高機械鉆速的新型小井眼鉆井裝置
最近在美國所做的現場試驗表明，一種為美國能源部（DOE）開發的具有高度可靠性的大功率小井眼馬達實現了兩倍于常規裝置的機械鉆速。這種小井眼鉆井馬達具有能縮短鉆井時間、降低泥漿、水泥和管材成本，并最大限度減小環境危害的潛力。這種鉆井裝置包括一種雙倍長度的大功率容積式馬達（PDM）和與之相聯的一種混合式鉆頭，鉆頭上同時裝有聚晶金剛石齒（PDC齒）和熱穩定金剛石齒（TSP齒）。經實驗室功率計測定，以及在美國休斯頓鉆井研究中心和美國俄克拉何馬州天然氣研究院（GRI）的Catoosa試驗場所做的鉆井試驗證明，這種容積式馬達（PDM）所輸送的扭矩和功率是常規馬達的二倍，而混合鉆頭發生的磨損卻最小。
通過比較發現，3-3/8英寸的大功率DOE小井眼馬達的輸出功率為73hp（馬力），而常規油田用馬達的輸出功率僅為28hp。當用在配備了能夠為這類馬達輸送較高循環壓力的鉆機上時，這種大功率輸出便能使機械鉆速提高2～3倍。
在鉆頭開發方面，為了使TSP齒能在較高溫度下工作，去除了其材料中的鈷粘結劑，使這種齒的耐磨性達到PDC齒的7倍。TSP齒的主要局限性是由于其尺寸較小而不能象PDC齒那樣在較軟地層中實現高的機械鉆速。為了克服這一問題，同時使用PDC和TSP齒的混合鉆頭。在這種鉆頭上成排布置PDC齒以便能在軟地層中高速鉆進，而在PDC齒后部同時成排布置TSP齒以用于鉆進通常會損壞PDC齒的硬夾層。
在美國俄克拉何馬州的GRI Catoosa試驗場對大功率小井眼馬達和鉆頭進行了兩次現場試驗。其中第一次“試驗性”試驗找出了這種新型裝置結構方面的一些弱點，而第二次試驗則對常規和DOE馬達的鉆速作了比較。
Catoosa試驗場地是在現場鉆井條件下試驗油田井下設備的理想地點，原因是其地下地質可提供包括軟、硬地層在內的多種地質狀況。通過聲波測井發現，這些地層中抗壓強度的范圍為5000～30000Psi。
在第一次試驗中，新型DOE小井眼馬達以100～175fph（英尺/小時）的機械鉆速在低強度地層中從623英尺鉆到1380英尺深，在1380英尺深處，鉆井人員遇到了密西西比石炭巖，機械鉆速迅速下降到1英尺/小時。被別稱為“墻壁”的密西西比石炭巖是試驗PDC鉆頭的一種優良層段，因為PDC鉆頭在這種地層中通常會發生嚴重損壞。
試驗結束后，DOE馬達被拆開并檢查了其磨損情況。檢查發現，在馬達定子的下部有一些橡膠磨損跡象，原因是鈦質撓性軸對定子施加了過大的側向負載，即一種剛性結果。所以，在第二次試驗中對已損壞的定子進行了修復，并且減小了撓性軸的外徑以使其柔性更大。
在Catoosa試驗場進行的第二次現場試驗是在深度為1605～2920英尺的中硬Arbuckle白云巖地層中對DOE馬達和常規馬達的鉆井速度作了比較，在兩次DOE小井眼馬達試驗之間對常規馬達進行了一次試驗。該地層上部800英尺層段非常均勻，為比較不同的鉆井裝置提供了優良的標準。DOE馬達鉆進時的機械鉆速為48英尺/小時，而常規馬達的機械鉆速僅為23英尺/小時。在第一次DOE馬達試驗中，司鉆施加了各種不同的鉆壓，并且在接近試驗結束時遇到了抗壓強度類似于前述“墻壁”的硬夾層。
用DOE馬達所做的第二次試驗還證明，這種新型馬達能在幾乎兩倍于常規馬達的鉆壓下工作，這是大功率馬達具有高扭矩輸出的結果，這種高扭矩輸出曾獲得過70英尺/小時的機械鉆速。如果使用一只旁路噴嘴并增大流量以改善井眼清理效果的話，DOE馬達還會鉆得更快。
通過試驗發現，由于其大扭矩和大功率輸出，因而DOE裝置容易操作。這種馬達僅在鉆壓很大時才會產生失速現象，而且，即使發生失速現象（僅在極少情況下會產生這種現象），司鉆只需稍稍減輕鉆壓便可使之重新起動，而無需將其提離井底，這樣就節省了大量的時間。
試驗結束后，將兩只DOE大功率馬達拆開進行了檢驗，沒有發現轉子或定子有大的磨損。對兩個雙倍長度的定子用可視光學內孔探測儀作了檢查，發現它們仍然狀況良好，只是在一個定子的頂部有一個微小的磨損點，該磨損點與轉子上的一處磨痕相對應，這說明是有一塊巖屑損壞了轉子和定子。在以后的試驗中，將會使用一個井下篩，以避免巖屑及其它碎屑進入馬達。
[此信息未經證實，僅供參考]
通過比較發現，3-3/8英寸的大功率DOE小井眼馬達的輸出功率為73hp（馬力），而常規油田用馬達的輸出功率僅為28hp。當用在配備了能夠為這類馬達輸送較高循環壓力的鉆機上時，這種大功率輸出便能使機械鉆速提高2～3倍。
在鉆頭開發方面，為了使TSP齒能在較高溫度下工作，去除了其材料中的鈷粘結劑，使這種齒的耐磨性達到PDC齒的7倍。TSP齒的主要局限性是由于其尺寸較小而不能象PDC齒那樣在較軟地層中實現高的機械鉆速。為了克服這一問題，同時使用PDC和TSP齒的混合鉆頭。在這種鉆頭上成排布置PDC齒以便能在軟地層中高速鉆進，而在PDC齒后部同時成排布置TSP齒以用于鉆進通常會損壞PDC齒的硬夾層。
在美國俄克拉何馬州的GRI Catoosa試驗場對大功率小井眼馬達和鉆頭進行了兩次現場試驗。其中第一次“試驗性”試驗找出了這種新型裝置結構方面的一些弱點，而第二次試驗則對常規和DOE馬達的鉆速作了比較。
Catoosa試驗場地是在現場鉆井條件下試驗油田井下設備的理想地點，原因是其地下地質可提供包括軟、硬地層在內的多種地質狀況。通過聲波測井發現，這些地層中抗壓強度的范圍為5000～30000Psi。
在第一次試驗中，新型DOE小井眼馬達以100～175fph（英尺/小時）的機械鉆速在低強度地層中從623英尺鉆到1380英尺深，在1380英尺深處，鉆井人員遇到了密西西比石炭巖，機械鉆速迅速下降到1英尺/小時。被別稱為“墻壁”的密西西比石炭巖是試驗PDC鉆頭的一種優良層段，因為PDC鉆頭在這種地層中通常會發生嚴重損壞。
試驗結束后，DOE馬達被拆開并檢查了其磨損情況。檢查發現，在馬達定子的下部有一些橡膠磨損跡象，原因是鈦質撓性軸對定子施加了過大的側向負載，即一種剛性結果。所以，在第二次試驗中對已損壞的定子進行了修復，并且減小了撓性軸的外徑以使其柔性更大。
在Catoosa試驗場進行的第二次現場試驗是在深度為1605～2920英尺的中硬Arbuckle白云巖地層中對DOE馬達和常規馬達的鉆井速度作了比較，在兩次DOE小井眼馬達試驗之間對常規馬達進行了一次試驗。該地層上部800英尺層段非常均勻，為比較不同的鉆井裝置提供了優良的標準。DOE馬達鉆進時的機械鉆速為48英尺/小時，而常規馬達的機械鉆速僅為23英尺/小時。在第一次DOE馬達試驗中，司鉆施加了各種不同的鉆壓，并且在接近試驗結束時遇到了抗壓強度類似于前述“墻壁”的硬夾層。
用DOE馬達所做的第二次試驗還證明，這種新型馬達能在幾乎兩倍于常規馬達的鉆壓下工作，這是大功率馬達具有高扭矩輸出的結果，這種高扭矩輸出曾獲得過70英尺/小時的機械鉆速。如果使用一只旁路噴嘴并增大流量以改善井眼清理效果的話，DOE馬達還會鉆得更快。
通過試驗發現，由于其大扭矩和大功率輸出，因而DOE裝置容易操作。這種馬達僅在鉆壓很大時才會產生失速現象，而且，即使發生失速現象（僅在極少情況下會產生這種現象），司鉆只需稍稍減輕鉆壓便可使之重新起動，而無需將其提離井底，這樣就節省了大量的時間。
試驗結束后，將兩只DOE大功率馬達拆開進行了檢驗，沒有發現轉子或定子有大的磨損。對兩個雙倍長度的定子用可視光學內孔探測儀作了檢查，發現它們仍然狀況良好，只是在一個定子的頂部有一個微小的磨損點，該磨損點與轉子上的一處磨痕相對應，這說明是有一塊巖屑損壞了轉子和定子。在以后的試驗中，將會使用一個井下篩，以避免巖屑及其它碎屑進入馬達。
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