工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

以消除渦輪鉆具的低扭矩，高轉(zhuǎn)速不利因素為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員提出了建立齒輪(齒輪傳動(dòng)制造業(yè)現(xiàn)狀)減速器渦輪鉆具的設(shè)想，并設(shè)計(jì)出在油浴狀態(tài)下的齒輪減速器。這種減速器的核心部分―――齒輪工作在一種特殊的潤(rùn)滑油中，不會(huì)受到鉆井液的侵蝕，因此其壽命能夠達(dá)到200h以上。TRM―195齒輪減速器渦輪鉆具結(jié)構(gòu)示意圖。充油齒輪減速器的上下兩端有通過(guò)粉末冶金工藝制造的端面密封，以隔斷鉆井液和潤(rùn)滑油的通道。充油齒輪減速器里面的形空間（箭頭指示處）。潤(rùn)滑油通過(guò)殼體上的孔注入，用塞子塞住。輸入軸和輸出軸通過(guò)半聯(lián)軸器作用與主軸內(nèi)部相連。當(dāng)泵入鉆井液時(shí)，帶齒輪減速器渦輪節(jié)轉(zhuǎn)速按減速比減小，其扭矩按一定比例增大，從而實(shí)現(xiàn)大扭矩，中轉(zhuǎn)速的動(dòng)力鉆具配中高速牙輪鉆頭或PDC鉆頭鉆進(jìn)，大幅度提高機(jī)械鉆速。

由于渦輪在工作時(shí)特性基本上不變化，齒輪減速器和支承不承載，且得到充分潤(rùn)滑，因此齒輪減速器具有耐熱性。其常規(guī)系列已在井底150℃以上使用，最大耐熱性達(dá)到300℃。這種優(yōu)越性是普通鉆具不能比擬的。

使用效果及經(jīng)濟(jì)效益

TRM―195齒輪減速器渦輪鉆具在1978～1985年期間，在俄羅斯的Bashkir和Tatar共和國(guó)西西伯利亞的超深井中進(jìn)行了鉆井試驗(yàn)。1987年以來(lái)，在大多數(shù)不可鉆的巖面已經(jīng)鉆成超過(guò)315×106m.具有耐熱性（250～300℃）的齒輪減速器渦輪鉆具在KoLa超深井中創(chuàng)造了鉆至12260m的世界紀(jì)錄。這種渦輪鉆具在阿塞拜疆，俄羅斯和烏克蘭的超深井鉆井中也得到廣泛運(yùn)用。在埃及，采用齒輪減速器渦輪鉆具配PDC鉆頭在1882～3048m井段，鉆頭進(jìn)尺116513m，純鉆10615h，機(jī)械鉆速10194m/h.與沒(méi)有減速器的渦輪鉆具相比，齒輪減速器渦輪鉆具在較淺井段2000～3000m，允許每個(gè)鉆頭（俄羅斯鉆頭）的最大進(jìn)尺提高30～50，起下鉆速度提高20～30.在俄羅斯的西西伯利亞利用減速器渦輪鉆具配中轉(zhuǎn)速的ATM牙輪鉆頭也取得了很好的效果。在1626～3360m井段，鉆頭轉(zhuǎn)速200～220r/min，127只鉆頭共鉆進(jìn)123062m，平均每只鉆頭進(jìn)尺969m，平均純鉆116h，平均機(jī)械鉆速816m/h，整機(jī)壽命1000h，易損件維修周期為125～250h.休斯克里斯坦森公司就ATM―1121519mm牙輪鉆頭與俄羅斯鉆頭進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析計(jì)算。盡管ATM鉆頭價(jià)格高，在每米進(jìn)尺上的平均價(jià)值不劃算，但是由于使用了齒輪減速器渦輪鉆具作為鉆頭動(dòng)力，增加了機(jī)械鉆速，減少了起下鉆次數(shù)，其經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)而言卻是挺可觀的。

在我國(guó)的試驗(yàn)情況

1998年11月，240mm齒輪減速器渦輪鉆具在西部油田的丘東10井試驗(yàn)成功。在大直徑井段，保持鉆壓基本不變的情況下，由于鉆頭的轉(zhuǎn)速?gòu)霓D(zhuǎn)盤(pán)的60～70r/min提高到200r/min，其機(jī)械鉆速得到了大幅度的提高。在井深1700～1900m，機(jī)械鉆速為1217m/h；井深1700～2166m，機(jī)械鉆速為8187m/h.對(duì)比同井段相鄰的丘東4，丘東2和丘東25井，機(jī)械鉆速分別提高了4118，5135，115倍。
此次試驗(yàn)的成功，為當(dāng)前鉆井方式和破巖工具的發(fā)展開(kāi)辟了一條新的道路?，F(xiàn)在我國(guó)又引進(jìn)了不同系列的齒輪減速器，在塔里木油田和江蘇油田進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)范圍，使這項(xiàng)技術(shù)不能只停留在試驗(yàn)階段，而要逐步推廣使用。

現(xiàn)階段的完善和發(fā)展

井越深，給鉆井工作帶來(lái)的難度就越大。由于鉆柱下部的縱向扭轉(zhuǎn)和橫向振動(dòng)，渦輪鉆具在井底會(huì)形成較大的動(dòng)載。為確定齒輪減速器渦輪鉆具的可靠性，俄羅斯專(zhuān)家對(duì)有關(guān)動(dòng)態(tài)過(guò)程和水力問(wèn)題做了多方面的研究。通過(guò)模型計(jì)算，改進(jìn)了關(guān)鍵元件；考慮到過(guò)載和鉆壓振動(dòng)沖擊對(duì)齒輪和軸承的危害，有效地改進(jìn)了油潤(rùn)滑保護(hù)系統(tǒng)；考慮工作時(shí)作用在端面密封上的水力載荷的振動(dòng)，確定了上下部密封水排量的最優(yōu)比率；端面密封設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝的改進(jìn)確保鉆具在強(qiáng)烈振動(dòng)和鉆井液壓力環(huán)境下的可靠性。另外，為了與孕鑲金剛石鉆頭和PDC鉆頭配合鉆水平井，需要井下鉆具提供較高轉(zhuǎn)速和扭矩。專(zhuān)家們?cè)O(shè)計(jì)了裝有兩級(jí)齒輪減速的短馬達(dá)以及各種彎接頭，用于不同造斜率層段。

初步使用表明，改進(jìn)后的齒輪減速器渦輪鉆具能夠適應(yīng)現(xiàn)代鉆井工藝的要求，配合中高速鉆頭能提高鉆井效果，縮短建井周期，降低綜合成本。齒輪減速器渦輪鉆具對(duì)提高大直徑井和深井的機(jī)械鉆速也具有重要意義。