[发明专利]一种评价高温高压状态下螺杆钻具输出性能的方法

说明书

本发明公开了一种评价高温高压状态下螺杆钻具输出性能的方法，本发明涉及钻探工程技术和石油钻井工程技术领域，针对螺杆钻具在深井高温高压环境下输出性能难以评价的问题，该方法通过建立螺杆钻具输出性能参数理论模型，将温度和压力产生的应变与理论模型进行耦合，定量确定温度应变与压力应变对螺杆钻具输出性能参数的影响，得到高温高压下螺杆钻具的实际输出扭矩与实际输出转速，并以此为依据对螺杆钻具在高温高压环境中的输出性能进行评价，本发明提出的方法计算步骤简单方便，具有较强的适用范围，可供现场工程人员、生产厂家及研究人员参考使用。

技术领域

本发明涉及钻探工程技术和石油钻井工程技术领域，尤其涉及一种评价高温高压状态下螺杆钻具输出性能的方法。

背景技术

螺杆钻具是一种以钻井液为动力的容积式井下动力钻具。工作时，钻井液由钻杆进入螺杆钻具旁通阀总成后，使阀芯关闭，然后进入马达总成，在马达进出口处形成一定压差推动马达的转子旋转，产生扭矩和转速，通过万向轴总成和传动轴总成传递到钻头上，达到钻井的目的。

近年来，钻探领域向深部发展是一个主要的趋势。在油气井钻探领域，随着可开采浅层资源的逐渐减少，油气井的深度不断增加，定向井、水平井等特殊井的数量也越来越多。而在地质钻探方面，随着深部科学钻探和深部资源勘探的兴起，可以预见3000m以上的深孔地质钻探也将会越来越多。钻探深度的增加，复杂井型的增多，使得钻具面临的恶劣钻进环境也会随之增多，这是深部钻探必须解决的问题。

按照全球平均地温梯度3℃/100m计算，井深达到5000m时，井底温度将高达170℃，只考虑钻井液静压强的情况，压力也有50MPa，因此高温高压问题在深部钻探将非常突出。

螺杆钻具作为一种井下动力钻具，其诸多优点非常适合深部钻探，这意味着螺杆钻具必须直接承受井底的高温高压恶劣环境。但是由于螺杆钻具的结构和材料原因，高温高压环境将会严重影响定子橡胶衬套的物理化学性能，使其发生严重形变。这些变化将会导致螺杆马达结构参数发生改变，进而导致螺杆钻具的输出性能发生极大的改变。高温高压的恶劣条件还会缩短螺杆钻具的使用寿命，甚至直接破坏钻具结构。

但是，螺杆钻具在实际工程应用中，由于深井检测技术的限制，其高温高压下的输出性能很难进行实际评价。因此，设计了本方法用以评价螺杆钻具在高温高压环境下的输出性能变化情况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种评价高温高压状态下螺杆钻具输出性能的方法。

本发明提供了一种评价高温高压状态下螺杆钻具输出性能的方法，包括以下步骤：

步骤1：建立评价螺杆钻具输出性能参数的理论模型，理论模型包括以下参数：螺杆钻具理论输出转参数速n_T、理论输出扭矩参数M_T以及包括过流面积 A_G和每转排量q的结构参数；计算公式如下：

n_T＝Q/q

式中：n_T为理论输出转速；M_T为理论输出扭矩；ΔP为工作液体压力降；Q 为螺杆马达输入流量；q为每转排量；

q＝A_G·T_S·Z₂

式中：A_S为定子面积；A_R为转子面积；A_G为过流面积，即螺杆马达的横截面上能够通过流体的面积；D_S和d_S分别为定子的大、小直径；D_R和d_R分别为转子的大、小直径；T_s为螺杆马达转子的导程；Z₂为螺杆马达转子的波齿数；