井下动力钻具新型万向轴研制及应用研究

王克雄，王镇全，巩立根

(中国石油大学石油工程学院·北京)

随着油气田的勘探和开发向陆地深部和深海(深水)的发展，涌现出了大量的深井、超深井、大位移井和水平井等复杂结构井，复杂结构井的钻井必须采用井下动力钻具(螺杆钻具及涡轮钻具等)配合高效PDC钻头的复合钻井技术达到提速和定向的目的［1－4］。目前复合钻井技术常用的井下动力钻具主要为螺杆钻具，具有低中速大扭矩的硬特性、过载能力强、操作方便、结构简单及维修方便等优点，得到了广泛地应用，如何提高螺杆钻具寿命、避免疲劳失效是目前急待解决的问题;螺杆钻具失效除了本身的设计制造水平外，还与螺杆钻具使用方式、地层因素、钻井液性能控制、钻进参数优化及操作规范等现场应用技术有关。

万向轴构件在螺杆钻具结构中是仅次于马达的重要部件，其作用有两方面:一是把马达转子的偏心运动转化为传动轴的同心运动;二是传递马达的转速和扭矩。万向轴作为钻具中最易失效的部件(据统计万向轴失效在螺杆钻具常见的失效类型中约占1/3)，往往导致钻具落井事故和不必要的起下钻，对钻井作业造成了很大影响，所以万向轴的工作稳定性直接决定了螺杆钻具的工作寿命［5－9］。

笔者在分析了常规万向轴结构的优缺点和运动特性的基础上，提出了新型万向轴的设计原则，继而设计出了新型万向轴结构，并对该万向轴易损件进行了强度校核验算，研制的新型万向轴配合高温螺杆在塔里木油田深井钻井中进行了现场试验，使得螺杆钻具寿命提高40%以上，满足了深井钻井复合钻井技术的要求，达到了提高钻井速度、降低钻井成本的目的。……