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5LZ216螺杆钻具

5LZ216螺杆钻具
5LZ216螺杆钻具

螺杆钻具

螺杆钻具是一种新型的井下动力钻具,它采用容积式马达,以钻井液为动力,产生转速和扭矩,广泛用于打定向井、丛式井和水平钻井,因此能满足钻井新工艺的要求,在国外得到了迅速的发展。我国从上世纪80年代开始研制螺杆钻具,80年代中期引进了美国迪纳(DYNA -DRILL)钻具技术,90年代初形成生产规模,产品覆盖全国80%以上地区。但迪纳和国内几大厂家目前还尚无216规格。从钻井工艺要求上看,与197和244钻具相比,216钻具具有以下几个优点:(1)216钻具属于钻井工具里的8″系列,与之配套的工具很完整(特别是打捞工具),因此,在钻井工艺上使用216钻具,钻311mm井眼是实用的、合理的。(2)244钻具在钻311mm井眼时不安全,且出事故后没有合适的工具去处理,而且因环空变小而带来两个害处:a.环空流速变大,使井壁冲蚀加快,特别在软地层井段,更为突出;b.因环空变小,增加了卡钻的机会,一旦有落物,很容易出现卡钻。另外,244钻具本身体积大、重量大、排量大,有时在深井中会出现打不开泵现象。(3)197钻具在打311mm井眼时,功率不够,特别是在导向时容易制动,犹如小马拉大车。(4)从钻井成本上考虑,每个244钻具14.5万元,197钻具11.8万元,而一个216钻具才10.8万元,大大降低钻井成本。由此可见,研制生产5LZ216螺杆钻具势在必行。

螺杆钻具共由四部分组成:万向轴总成、马达总成、传动轴总成和旁通阀总成。

其主要指标:A.效率>40%,扭矩6240-8980N.m,马达压降:2.48~3.3Mpa,钻头水眼压降:1.4~7.0Mpa,流量:27~50L/s,转速:90~150r/min,输出功率:94~140kW;

B.外径216mm,全长6648mm,重量1650kg,弯点距传动轴端面距离1760mm,端面连接螺纹:上65/8REG,下65/8REG。

该项目的完成对企业乃至我国石油业的发展起到了重要的作用。第一,此项目所新增的生产设备,提高了企业生产能力。例如,根据项目要求,公司于2000年12月将计划中的设备购置齐全,调试完毕并进行试生产。2001年1月正式投产,年产680套,销售收入4614万元,利税1186万元。到2002年,生产能力达到800套,销售收入7174万元,利税达到4150万元。第二,该项目对螺杆钻具的使用起到推动作用。我国从国外引进的生产线及制造工艺中,没有216的规格,给很多想使用螺杆钻具钻井作业的井队带来不便,所以不得不放弃了螺杆钻具的使用。在钻311mm井眼过程中,使用216钻具有配套的打捞工具,很安全,这就推动了螺杆钻具在油田的应用。第三,随着钻井工艺的不断发展,定向井和水平井在各油田的比例有大幅度增加,而且随着复合钻井工艺的出现,以及在深直井钻井中,为提高效率,减少钻杆的磨损,也推广使用螺杆钻具。因此,螺杆钻具的需求量在不断增长。第四,在各油田钻井公司推广216钻具,为降低钻井成本,缩短钻井周期起到了明显的作用,特别是在我国西部油田,效果更明显。2001年塔里木油田使用216钻具20套,四川油田24套,基本都是用于4000米以上的深井钻井,为西部开发做出了贡献。目前5LZ216螺杆钻具市场占有率已达到40%。

螺杆钻具使用说明书

DT螺杆钻具使用说明书 A螺杆钻具标识说明 □□×□□--□□□□□ 钻具型式-钻具规格(外径mm)×钻头压降-改进次数— D:单弯钻具 T:同向双弯钻具 S:异向双弯钻具 P:大偏移同向双弯钻具 J:绞接钻具无:直型钻具K:可调角度钻具无:固定弯角钻具W:带稳定器钻具无:不带稳定器钻具F:中空分流钻具无:不分流钻具G:允许最高工作温度(150o) 无: 允许最高工作温度(120o) 常规螺杆钻具主要由以下部件组成: 1)旁通阀总成2)马达总成3)万向轴总成4)传动轴总成 在常规螺杆钻具的基础上还可提供以下特殊用途部件以组成满足各种钻井需要的导向螺杆钻具: 1)定向接头;2)弯接头;3) 特殊马达(中空分流`耐高温`大功率马达);4) 万向轴弯壳体 (0-3.5o间的固定角度,单弯螺杆钻具用);5) 可调角度弯壳体(可调螺杆钻具用);6) 传动轴上轴承壳稳定器(直棱`螺旋或对称`非对称及垫块等形式);7)可换稳定器(部 分型号有);8) 壳体防掉装置(根据需要有)。 B螺杆钻具工作原理 螺杆钻具是一种容积式井底马达(PDM)。高压钻井液由钻杆进入螺杆钻具后,液体的压力迫使转子旋转,从而把扭矩传递到钻头上,达到钻井的目的。 C螺杆钻具结构及其作用 2)螺杆钻具主要部件如下:旁通阀总成;马达总成;万向轴总成(有花瓣式和挠轴 式两种结构供选择);传动轴总成;导向总成(花瓣式`挠轴花瓣式`可调式三种 结构供选择)。 c-1旁通阀总成 旁通阀总成安装在螺杆钻具的最上部,其作用是:a)下钻时使钻井液进入钻柱内从而减少下钻阻力;b)起钻时使钻柱内的钻井液流入环空从而避免钻井液溢于井台。 当泥浆泵启动后,高压泥浆流经旁通阀总成,推动阀芯向下运动,压缩弹簧,关闭旁通孔,使所有泥浆都流经马达。 当泥浆泵关闭后,阀芯在弹簧的作用下向上运动,开启旁通孔,允许钻井液通过旁通孔进入钻柱内或由钻柱流入环空。 c-2马达总成 马达总成是螺杆钻具的核心,它的作用是把高压液体能转换为旋转的机械能。 马达总成由定子和转子两部分组成。 定子是内衬橡胶的金属钢管,其内孔呈螺旋状,与转子相啮合形成密封腔。 转子是由合金钢加工而成的具有特殊曲面的螺旋杆,它的表面有特殊的涂层以起到耐磨和防腐作用。 每种规格的螺杆钻具都具有一定范围的额定流量,流量过大或过小均不能使螺杆钻具处于最佳工作状态。 c-3万向轴总成 万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴和钻头。

井筒钻井新技术介绍

钻井新技术介绍 交流材料 编写人:刘修善刘月军 华北石油管理局钻井工艺研究院 2001年11月

目录 一、水平井钻井技术·····························································································2 二、分支井钻井技术·····························································································5 三、大位移井钻井技术···························································································8 四、地质导向钻井技术······················································································11 五、深井超深井钻井技术 ··················································································14 六、欠平衡钻井技术··························································································18 七、小井眼钻井技术··························································································21 八、连续油管钻井技术······················································································24

螺杆钻具使用说明书 2

螺杆钻具 使 用 说 明 书 江苏长城石油装备制造有限公司 https://www.doczj.com/doc/0017630943.html, 手机:137 **** ****

螺杆钻具使用说明 一、结构及原理: 螺杆钻具主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成四部分组成。钻具通过转子和定子将高压液体的能量转变成机械能,当高压液体通过钻具内孔进入钻具后,旁通阀关闭,从而进入转子与定子形成的各个密封腔,液体在各腔中的压力差推动转子沿定子的螺旋通道滚动,转子在沿自身轴线转动的同时,还绕与转子轴线平行,并与一偏心距的定子中心线公转,这就是所谓的螺杆钻具的行星传动原理,由于转子和定子都采用反向螺旋线,因而转子绕定子轴线作逆时针转动,并以自身轴线作顺时针转动带动钻头旋转。钻具的输出扭距与高压液体流经马达的压力降成正比;输出转速与输出排量成正比。 1.1旁通阀总成: 旁通阀由阀体、阀芯、阀套、弹簧及“O”圈组成,其作用是在起下钻时沟通钻柱内外工作液通道,当无循环时,弹簧使阀芯处于原始位置,此时旁通孔道开启,当泥浆排量达到一定值时液压力克服弹簧力,使阀芯移动,此时旁通孔封闭,泥浆流进马达,如果停泵,弹簧再将阀芯顶回到原来位置旁通孔道又被开启,使钻柱内与环空中的工作液连通。 1.2马达总成: 马达为多级容积式马达,由定子和转子组成。定子是优质合金钢外壳和内衬橡胶组成,橡胶内腔为左螺旋面型腔,具有耐油、耐磨、耐高温(定子安全工作温度-29~120℃、-29~150℃);转子经热处理无应力的合金钢制成,表面镀了一层硬铬,以防钻井液体的

磨损及腐蚀。转子与定子型腔组成许多连续的互不相通的密封腔,当工作液进入马达时,工作液的液能转变为机械能,在转子的螺旋曲面上形成动力距,迫使转子在定子内作行星运动。 1.3万向轴总成: 万向轴部件由万向轴壳体和万向轴组成,壳体的上下端分别与马达定子与传动轴壳体相连接,万向轴上下端分别与马达转子、传动轴相连接,主要作用是将马达产生的扭距和转速传递给轴承总成的传动轴及钻头,它将转子的行星运动转变为传动轴的定轴转动,万向轴经特殊加工而成,使驱动更圆滑,恒速而摩擦更小,振动更小,这一结构形式有效地完成了能量、运动的转换、能量的传递这三个重要环节。 1.4传动轴总成: 螺杆钻具主要部件之一。外壳体上端和万向轴壳体相连,传动轴导流水帽与万向轴相连,下端接钻头。多列推力球轴承承受钻压引起的轴向载荷。用硬质合金烧结而成的径向轴承,分别装在传动轴体的上下两端,用来承受钻具偏斜力距造成的径向载荷。 由马达排出的大部分泥浆通过传动轴内孔经钻头水眼喷出,以利冷却清洗钻头而另一部分泥浆通过上下径向轴承和多列推力球轴承组从传动轴外侧流出,冷却和润滑轴承系统。 二.规格及技术参数: 2.1系列钻井钻具规格及参数: 表一

螺杆钻具结构

1、螺杆钻具结构 螺杆钻具是一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置,由旁通阀、马达、TC轴承、推力轴承、万向轴、传动轴和防掉装置等组成(如图1所示)。 当高压液体进入钻具时,迫使转子在定子中转动(定子和转子组成了马达),马达产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴和钻头上,达到钻井的目的。螺杆钻具作为井底动力装置,具有低转速、大扭矩、大排量等许多优点: 1.增加了钻头扭矩和功率,提高了进尺率。 2.减少了钻杆和套管的磨损和损坏。 3.可准确地进行定向、造斜、纠偏。 4.广泛应用于直井、水平井、丛式井和修井作业。 1.1旁通阀总成 旁通阀由阀体、阀套、阀芯及弹簧等部件组成(如图2所示)。

在压力作用下阀芯在阀套中滑动,阀芯的运动改变了液体的流向,使得旁通阀有旁通和关闭两个状态:在起、下钻作业过程中,阀套与阀体通孔未闭和,旁通阀处于旁通状态,使钻柱中泥浆绕过马达进入环空;当泥浆流量和压力达到标准设定值时,阀芯下移,关闭旁通阀孔,此时泥浆流经马达,把压力能转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时,弹簧把阀芯顶起,旁通阀孔处于开启位置--处于旁通状态。 1.2马达总成 马达由定子、转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成,其内孔是具有一定几何参数的螺旋;转子 是一根有硬层的螺杆 (如图3所示) 。

转子与定子相互啮合,用两者的导程差而形成螺旋密封腔,以完成能量转换。 马达转子的螺旋线有单头和多头之分。转子的头数越少,转速越高,扭矩越小;头数越多,转速越低,扭矩 越大。仅以转子与定子啮合头数为5:6和9:10的截面参考。(如图4、图5所示)。 马达中一个定子导程组成一个密封腔(一级)。每级额定工作压降约0.8MPa~1.1MPa。压降超过最大压降值,马达就会产生泄漏,转速很快下降,对马达也会造成损坏。 为了确保密封效果,转子与定子之间的配合尺寸与不同井深、井温有关。 在选择钻具时应按不同井况选用不同型号马达。 现场使用的泥浆流量应在推荐的范围之内,否则将影响马达效率,甚至加快马达磨损。 马达的输出扭矩与马达的压降成正比,输出转速与输入泥浆量成正比,负载的增加,钻具的转速有所降低。 1.2.1中空转子马达 中空转子可增加钻头液压动力和泥浆上返速度,马达的总流量等于流经马达及转子喷嘴的总和,流经该马达 的液体流量过大,马达将停止转动。因此选择中空转子马达时,应确保马达密封腔流量在正常工况。 1.2.2喷嘴直径选取 在泥浆密度、喷嘴尺寸和马达流量一定时,起钻时马达负载近似为零,流经转子喷嘴流量最小,而流经马达

螺杆钻具参数的计算

螺杆钻具排量的计算: 在井下动力钻具中 ,钻井液总是子上而下刘静马达的,而钻头的工作旋向有总是顺时针旋转,因此,单螺杆钻马达的的转子和定子的旋向是左旋的。钻头的转动来自转子的自转。转子自转r=h N N z )1(+2π,密封线下移z ,由此可求出转子的自转一周密封线的下移距离H : H z r π2= 可求的 H=N(N+1)h (1-27) 或 H=NT s =(N+1)T r (1-28) 若以A s 表示定子线性包容的面积,A r 表示转子线型所包容的面积。择流过的面积A G 为 A G = A s -A r (1-29) 螺杆马达的每转排量q (即当钻头旋转一周,流过马达的液体量)为 q=A H (1-30) 将式子(1-28)(1-29)带入(1-30)可得到: q= A G NT s =( A s -A r )NT s 可见每转排量去、纯粹是一个几何量,它与马达的线型、头数和定子导程有关,式子(1-30)是一个通式。对单头马达,令N=1,结合图1-7.图图1-19、图2-22中的有关参数,可写出 A r = πR 2 A s = πR 2+4eD r =πR 2 A G = A s -A r =8eR= 4eD r T s =2h 可得出q=16eRh 螺杆马达理论扭矩和转速的计算: 若设钻头的输出转矩为M ,马达入口与出口的钻井液压力差为p ?,忽略马达及钻具传动轴等部件的摩擦,那么,由马达吸收的水马力与其输出功率相等,既 ??p q=M ·2 π 则 M=s r s NT A A p )(2-?π 由此同时很容易有每转排量q 和输入体积流量Q 求的无水利损失下的转速,即理论转速 q Q n t 60= 螺杆钻具轴向力的计算: 多线单螺杆钻具螺杆上作用的轴向力,是由于液压降所产生的轴向力和啮合力的轴 向分量之和,数值是很大的。精确的计算螺杆工作时所承受的轴向力以正确的选择支承, 是提高单螺杆钻具的使用寿命、工作可靠性及能量指标的重要条件之一。 图 1.3 中给出单螺杆钻具和螺杆上作用轴向力的简图(略去螺杆本身重量的影响)。

螺杆钻具壳体联接螺纹的强度分析及优化

螺杆钻具壳体联接螺纹的强度分析及优化本文针对当前螺杆钻具失效问题,以壳体联接螺纹为研究对象,从钻具振动入手,对于螺纹参数优选问题展开研究。螺杆钻具被称为定排量马达(PDM),它是一种容积式井下动力钻具,主要包括以下几部分:旁通阀、马达总成、万向轴总成和传动轴总成等。 工作原理是将高压钻井液压入马达,使其旋转,从而驱动钻头钻进,这一过程是高压钻井液压力能转化为机械能。与其他动力钻具相比,螺杆钻具本身的结构特点及性能优势决定着其应用范围广、效率高、操作简单等优点。 目前,螺杆钻具失效概率居高不下,钻具振动较大,钻具联接螺纹断裂时有发生。因此,对于螺杆钻具失效问题的研究非常有必要。 螺杆钻具失效类型主要有:壳体断裂、定子橡胶失效、联接螺纹断裂等,多半都是疲劳引起的失效,现如今针对螺杆钻具联接螺纹疲劳寿命及可靠性的研究,还有许多方面要完善,如在联接螺纹寿命计算中将环境载荷及材料性能等看作为常值而不是服从分布的变量,得出寿命值为一固定值;对螺杆钻具联接螺纹寿命的可靠性研究仅限于数据统计和理论计算上,并没有从其振动冲击动态响应方面进行分析研究。因此螺杆钻具联接螺纹强度与寿命可靠性方面研究还需进一步完善。 国内外大量钻井现场显示,螺杆钻具联接螺纹的疲劳破坏主要存在两种失效形式:疲劳断裂和牙齿剪切失效,一般来说最大应力出现于公扣和母扣的最后几牙螺纹附近,螺纹多从此处开始出现裂纹而发生断裂。螺杆钻具壳体承受复杂的交变弯曲应力,由于钻具壳体比其联接螺纹的刚性大,所以应力集中在联接螺纹上,因此极易发生联接螺纹疲劳断裂。

本文针对螺杆钻具壳体联接螺纹结构问题展开分析,分别从螺纹失效、钻柱力学、钻具振动、螺纹强度等几个方面分析问题。查阅国内外相关文献资料,首先了解到螺纹失效类型、失效机理,从螺杆钻具失效问题中得到其联接螺纹失效的原因,分析可能导致此类失效的静态或动态特性,然后通过对钻柱力学和钻具振动的了解,钻具联接螺纹主要受到钻柱动态载荷的作用。 因此在分析螺纹结构强度问题之前,必须对于钻柱力学和振动问题进行分析,以得出螺纹强度分析的初始条件。通过对钻柱力学的分析模拟复杂的钻柱系统的实际受力状态,简化力学数学模型,以提出假设条件,为钻柱建模分析提供了理论支撑。 钻具振动是导致钻具失效的主要原因,在研究螺纹结构之前必须对钻具振动机理及其求解方法进行较为细致的研究,文中列举了多种求解方式,提出较为合理的假设条件,强调了纵向振动对钻柱的寿命影响最大,然后根据实际钻具组合建立了钻柱纵向振动模型,借助于有限元分析软件对钻具组合进行受迫振动分析(谐响应分析),初步得出了钻柱振动规律与特征,同时也为螺杆钻具壳体联接螺纹强度分析提出了初始载荷条件。本文以φ244螺杆钻具为研究对象,对其壳体联接螺纹结构分别从牙型角、螺距、锥度等参数的不同来优选出最佳设计,借助于有限元分析软件进行螺纹几何建模,定义合理边界条件,加载求解分析,提取数据结果(所有齿根位置等效应力、轴向应力,危险点应力值和最大接触应力值等)。 文中针对大量方案组合分析出的庞大结果数据,首先采用正交设计方案三因素三水平进行分析,以减少对三种因素的细化分析方案,然后运用正交数据分析方法(均值化、极差法)进行结果数据整理,在效应折线图上可较为明显地看出各因素各水平的变化特征,进而优化各因素的水平值。最后分别对螺纹锥度和牙型

新型螺杆钻具的研发及发展方向

新型螺杆钻具的研发及发展方向摘要 由于目前国内螺杆钻具制造技术水平的限制,再加上使用操作不当,造成螺杆钻具井下事故频发,由此带来了较大经济损失。因此,如何采取有效的预防措施,最大限度地减少螺杆钻具井下事故发生,既是提高钻井经济效益的迫切要求,也是充分利用螺杆钻具潜在寿命的重要前提。本文系统分析了螺杆钻具的发展方向,并对螺杆钻具有关实际问题提出了有益的建议。 关键词:螺杆钻具;发展现状;新型螺杆钻具;发展方向;研发建议 1螺杆钻具结构及工作原理 螺杆钻具主要由四大部件组成:旁通阀总成、马达总成、万向轴总成及传动轴总成,如图1所示。其外部由旁通阀接头、马达壳体、万向轴壳体及传动轴壳体通过锥管螺纹依次相连,内部连接顺序是:马达转子的下端与万向轴相接,万向轴的下端与传动轴相接。 图1 螺杆钻具四大部件 旁通阀总成位于马达总上端,当下钻时,钻柱内腔与钻柱外环空相通,钻柱外环空的钻井液进入钻柱内腔,起钻时,钻柱内腔的钻井液进入钻柱外环空,起到平衡钻柱内外压力平衡作用。 马达总成是螺杆钻具的核心机构,也是螺杆钻具的动力源。马达由转子和定子两个部件组成,从马达的一端流到另一端时,推动转子在定子中转动,将液压能转换为机械能。螺杆钻具的转子头数越多,转速越低,扭矩越大;头数越少,转速越高,扭矩越小。

万向轴总成主要有万向轴和万向轴外壳组成。万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴及钻头。 传动轴总成是位于螺杆钻具的下端,传动轴总成的作用是将马达产生的旋转动力传递给钻头。 螺杆钻具以钻井液(或压缩气体)为动力,钻井液(或压缩气体)由钻杆进入螺杆钻具旁通阀总成后,使阀芯关闭,然后进入螺杆钻具马达总成,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,通过万向轴和传动轴总成传递到钻头上,达到钻井的目的。 2发展现状 美国在50年代中期开始研制螺杆钻具,1962年用于生产,不同厂家生产的有迪纳钻具、纳维钻具和波斯钻具,其基本原理都是基于容积式马达,只是内部结构和技术参数有不同。近十年来,随着水平井、径向井、分支井的大量涌现,螺杆钻具的发展也产生了质的飞跃,在美国和西欧,几乎90%的大、中曲率半径水平井的定向造斜和水平井段都是由螺杆钻具钻成,目前已发展出许多新型的专用螺杆钻具。 国内螺杆钻具的研制起步较晚,从20世纪80 年代中后期形成一定规模,目前常规螺杆钻具已规格化、系列化,各主要生产厂家中大港、北京、德州等厂家产品已覆盖国内绝大部分市场。在工作寿命、易损件耐磨性、特种螺杆的设计制造等方面与国外有一定的差距。国内马达数一般为4级或6级,不能完全满足水平井等一些特殊工艺的需要,短半径水平井钻井作业的钻具在国内也只处于起步阶段。 3新型螺杆钻具简介 随着螺杆钻具研发技术水平的提高,加之新材料、新工艺的不断涌现,螺杆钻具的泵体技术发展较快,出现了以下几类能够解决专项问题、满足不同需要的螺杆钻具。 (一)串联多级马达 串联马达的动力段总成增加了一节动力段,中间用一钛挠性轴相连,使马达输出的扭矩和功率增加,但其需要的驱动量、转速与单一动力段马达是一样的,设计与制造材料方面的改进,使串联马达具有极好的耐用性。 (二)加长马达 加长马达就是把动力段加长,使马达的输出扭矩增加。加长马达装备有改进的加强的轴承组合,设计时用有限元分析法评估了各部分的性能,从而能满足输出大扭矩、高负载的需要。 (三)中空转子马达 大斜度井和水平井需要大排量洗井以利于清砂,实心转子马达额定排量小,中空转

国内外螺杆钻具的应用及发展趋势

国内外螺杆钻具的应用及发展趋势 大港油田中成机械制造有限公司 王春阳 吴爱民 李良君 摘要 本文综述国内外螺杆钻具的近十多年来的行业水平及未来发展趋势,介绍了该技术的进展,基础理论与应用,介绍了国内外对螺杆钻具的设计制造技术水平,论述螺杆钻具的发展趋势,提出我国螺杆钻具研究方向。 主题词 螺杆钻具 发展趋势 设计 应用 螺杆钻具的工作原理 螺杆钻具是利用莫依诺原理以油基泥浆、浮化泥浆、及粘土泥浆等作动力液,把液体压力能转换为机械能的一种容积式井下动力钻具。当泥浆泵产生的高压泥浆流经旁通阀进入马达时,转子在压力泥浆的驱动下绕定子的轴线旋转,马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头,从而实现钻井作业。 螺杆钻具由四大部分组成:旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成。旁通阀总成作用是通过其开启和关闭控制泥浆流向,从而控制马达的启动和停止,同时在起下钻时不使泥浆溢于井台。马达总成一对由钢制左旋的转子螺杆在钢管内附着的橡胶衬套中共轭啮合形成的螺杆衬套幅,泥浆的压力推动转子转动,从而把压力能转换为机械能。万向轴总成的作用是将转子的偏心运动转换成传动轴的定轴运动。传动轴总成的作用是把万向轴传递过来的马达动力传递给钻头,实现破碎岩石作业。 螺杆钻具的应用

目前钻井用井下动力钻具有螺杆钻具、涡轮钻具、电动钻具三种,螺杆钻具具有良好的“硬特性”:转速随着钻具扭矩的增加而下降很少,同时又具有良好的“软特性”即通过橡胶的变形漏失泥浆来起缓冲、减震、过载保护的作用。螺杆钻具以其良好的功率特性使它取代涡轮钻具成为最广泛使用的一种井下动力钻具,它与传统的转盘带动钻杆钻进相比有许多优点 1、它可以增加钻头转数和钻头扭矩因而增加进尺率,缩短钻井周期。 2、井底直接提供动力,减少了钻杆底磨损和损坏。 3、可准确的侧钻、造斜、定向、纠偏。 4、可钻定向井、水平井、丛式井,显著提高钻井的经济效益。 螺杆钻具的应用市场非常广阔,随着高产井的开发、后期井的再生利用,薄油层的开采及土地资源政策的制约,定向井得到极大的推广,对螺杆钻具的需求不断增大,东亚、欧美地区许多油田进入后期开采需用定向井。中东及海湾地区多在老井的基础上侧钻丛式井以增加开采量,这都要采用定向井工艺,另一方面随钻测量系统(MWD)、聚晶金刚石钻头(PDC)制造技术的提高,使导向钻井系统日臻完善,也使定向井工艺得到长足的发展并得到大力推广应用。因此螺杆钻具的市场不断扩大。国际上螺杆钻具的消费地区主要在中东富油地区及海洋石油钻井,主要的用途是定向、造斜、侧钻及打水平井。 国内外螺杆钻具的发展状况 美国50年代开始研制螺杆钻具,第一台工业井下马达则是1957

世界螺杆钻具研发新进展

世界螺杆钻具研发新进展 螺杆钻具因具有较高的系统效率而日益受到重视。目前,国、内外生产厂家对许多新型螺杆钻具进行了大量研究。本文介绍了螺杆钻具的研发过程及螺杆钻具生产厂家,系统地分析了国内外螺杆泵的新技术、新工艺、新材料的研究进展。针对目前存在的不足,指出了螺杆钻具的研发方向。 井下动力钻具主要有电动钻具、涡轮钻具、叶片钻具和螺杆钻具。螺杆钻具也称为容积式马达(PDM),具有低速大扭矩的特征,整体长度约为4m~8m,是目前最广泛使用的一种井下动力钻具。主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成和导向总成组成(图1)。其核心部件马达总成主要是由偏心螺旋体的螺杆(转子)和呈螺旋面的衬套(定子)组成。 螺杆钻具是一种以钻井液为动力,把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达,在马达的进出口形成一定的压力差,推动转子绕定子的轴线旋转,并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头,从而实现钻井作业。 螺杆钻具作为井底动力装置,具有低转速、大扭矩、大排量等优点。增加了钻头扭矩和功率,提高了进尺率;减少了钻杆和套管的磨损和损坏;可准确进行定向、造斜、纠偏;广泛应用于直井、水平井、丛式井和修井作业。 螺杆钻具研发进程 美国在20世纪50年代中期开始研制螺杆钻具,1962年用于生产,有迪纳钻具(Dyna Drill)公司,纳维钻具(Navi Drill)公司和波斯钻具等。目前,螺杆钻具的发展主要以美、英、法、苏联等国为代表。 国内螺杆钻具的研制起步较晚,从20世纪80 年代中后期形成一定规模到目前常规螺杆钻具已规格化、系列化,各主要生产厂家中大港、北京、德州等厂家产品已覆盖国内绝大部分市场。在工作寿命、易损件耐磨性、特种螺杆的设计制造等方面与国外有一定的差距。国内马达数一般为4级,不能完全满足水平井等一些特殊工艺的需要,短半径水平井钻

螺杆钻具使用技术措施

编号:SY-AQ-08560 ( 安全管理) 单位:_____________________ 审批:_____________________ 日期:_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 螺杆钻具使用技术措施 Technical measures of screw drill

螺杆钻具使用技术措施 导语:进行安全管理的目的是预防、消灭事故,防止或消除事故伤害,保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中,虽然都是为了达到安全管理的目的,但是对生产因素状态的控制,与安全管理目的关 系更直接,显得更为突出。 1、螺杆到井后记录其型号、厂家、扣型;丈量其长度及外径;检查其水眼及丝扣,确保丝扣完好。螺杆上钻台要用双绞车抬上钻台,在起吊过程中,防止碰伤其丝扣。上扣时丝扣油涂好,扣要上紧,达到额定扭矩值。 2、下钻前螺杆在井口接方钻杆开泵检查旁通阀及传动轴,传动轴运转正常,旁通孔畅通,各连接螺纹完好;井口试运转,开泵后容易启动,旁通阀立即关闭,连接处无渗漏,停泵后旁通阀开启,传动轴逐渐停止转动,记录好泵压,检查完毕后开始下钻。 3、下钻时慢慢让螺杆通过井口、防溢管、防喷器、四通。下钻过程中控制好速度。离井底有一个单根时,提前挂好方钻杆开泵,井底循环好。确认钻头接触井底后,用10-20KN钻压磨合30分钟。磨合时间一定要充分,这对钻头的使用寿命很大的影响。 4、下钻遇阻时,应慢慢转动几个方向上提下放活动,不要轻易开泵,

不能用螺杆钻具长井段划眼。 5、磨合完毕井下正常后慢慢加压,加到80KN打完一根单根后,下一根单根将钻压加到180KN左右进行正常钻进,并视地层具体情况随时进行调整。 这里填写您的公司名字 Fill In Your Business Name Here

中空转子螺杆钻具工作特性分析_张玉英

收稿日期:2007203201 作者简介:张玉英(19612),男,山东鱼台人,高级工程师,工学硕士,现在中国石油大学(华东)油气井工程专业读博士研 究生。 文章编号:100123482(2007)0920028203 中空转子螺杆钻具工作特性分析 张玉英,王永宏 (胜利石油管理局渤海钻井管具公司,山东东营257200) 摘要:介绍了中空转子螺杆钻具的结构、原理,导出了转矩、转速、功率、效率与马达两端压降的关系 式,分析了其工作特性。为了改善该类螺杆钻具转速软特性,对中空转子分流嘴结构提出了改进建议。 关键词:中空;螺杆钻具;特性;分析中图分类号:TE921.2 文献标识码:A Working Performance of Scre w Drilling Tool Using H ollow Rotor ZHAN G Yu 2ying ,WAN G Y ong 2hong (B ohai D rilling Tools Com pany ,S hengli Pet roleum A dminist ration ,Dongy ing 257200,China ) Abstract :This paper present s formulations of t he st ruct ure ,p rinciple ,outp ut torque ,speed ,power and p ressure drop between bot h ends of motor ,including working performance as well.In order to imp rove soft performance of drilling tools of such kind ,a hollow rotor dist ributary ’s nozzle is p ut forward for imp rovement. K ey w ords :hollow rotor ;screw drilling tool ;performance ;analysis 螺杆钻具主要用于定向井、大斜度井、水平井、大位移井、多分支井和丛式井等。在特殊工艺井中,用螺杆钻具控制井眼轨迹,例如造斜、稳斜、降斜、纠斜及扭方位等。在螺杆钻具本身工作的同时又开动转盘,即复合钻进,虽对螺杆钻具可能造成损坏,但可提高机械钻速。总之,在油气钻井中,螺杆钻具所起的作用日益增大。大井眼水平井施工中,需增大钻井液排量,携带岩屑;深井、超深井作业时,需增大钻井液排量,充分循环,降低井下高温,减轻高地温梯度对定子橡胶的损坏。螺杆钻具转速与排量成正比,增大排量必然提高转子转速,转子围绕定子轴线公转的离心惯性力增大,转子向外侧压向定子衬里,改变转子与定子共轭副的理想啮合状态,造成磨损,同时加剧转子周期性横向振动。排量大幅度增加,导致螺杆钻具非正常工作,先期损坏,因此,螺杆钻具工作排量有一额定值。在常规实心转子螺杆钻具 不能解决上述问题的情况下,中空转子螺杆钻具应 运而生。 1 结构 中空转子螺杆钻具由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成组成,如图1。旁通阀总成包括阀体、阀套、阀芯,弹簧、密封圈、弹性挡圈及滤网。马达总成包括定子、中空转子和固定分流嘴。万向轴总成包括万向轴和万向轴外壳。传动轴总成包括导流水帽、传动轴、上TC 轴承、圆弧键、推力球轴承、锁紧螺帽、隔套、下TC 轴承、密封圈及传动轴外壳。 2 原理 中空转子螺杆钻具上接钻柱,下接钻头。启动泥浆泵并达到一定排量,高压钻井液流经旁通阀,推  2007年第36卷 石油矿场机械 第9期第28页 OI L FIE LD EQUIPMENT 2007,36(9):28~30

螺杆钻具使用规程

螺 杆 钻 具 使 用 规 程 一、螺杆钻具的选择 (1)根据井眼大小确定使用螺杆钻具的尺寸(见表1)。 (2)根据所施工井眼类型和所设计造斜率的大小来选用螺杆钻具类型:直螺杆、单弯、双弯(同向双弯和异向双弯),进一步确定其长度、弯壳体度数、稳定器外径及稳定器数量。 (3)用于复合钻进的弯壳体螺杆的度数应根据井眼尺寸的大小来定,只要所选弯壳体螺杆的弯曲点绕井眼轴线的公转半径R ≤φ/2(Φ为钻头直径mm ),就不会导致井眼扩大。R 的计算如下: 2/)]}cos /(sin [sin{arctan 1212d L L L L R ++=γγ 式中 R :弯壳体的弯曲点绕井眼轴线的公转半径 mm L 1:钻头到弯曲点的长度 m L 2:弯曲点至其上第一个切点或至上稳定器的长度m γ:弯壳体的弯曲度数 ° d :弯壳体外壳直径 mm (4)对于井底温度比较高的特殊井,选用耐高温的螺杆钻具(常规螺杆的耐高温指标为120°)。 (5)相同排量下,螺杆钻具马达转子的头数越多,自身转数越低,产生的扭矩越大,反之螺杆马达转子的头数越少,自身转数越高,产生的扭矩越小。如果使用螺杆的井段地层较软,应该选用头数较少,发挥螺杆高转速的特性,从而获得较高的机械钻速,反之,相对较硬的地层,尽量选择多头,从而保证井下有较大的扭矩,适应现场需要为原则。马达转子头数多少决定了该型

号螺杆的一个转速和扭矩的基本特征。而螺杆实际输出转数由马达头数的多少、螺杆马达的设计参数、实际输入流量、马达井下负载大小等综合因素决定。可以结合实际情况优选更适合现场的螺杆钻具。 表1 不同井眼尺寸对应的螺杆公称外径型号 二、螺杆钻具对钻头的要求

空气螺杆钻具

空气螺杆钻具 空气螺杆钻具研制、特性分析及现场实验与应用 作为新型的钻井技术,以空气钻井为代表的气体钻井和欠平衡钻井在国外油气勘探与开发中获得广泛应用,在国内也正呈快速发展趋势。空气螺杆钻具是应用这类新型钻井技术钻定向井及其他特殊工艺井所必需的工具。 一、概述 近些年来,气体钻井和欠平衡钻井在国外获得了比较普遍的应用,取得了显著的技术效益和重大经济效益。例如,在满足相应的前提下,气体钻井如空气钻井、天然气钻井、氮气钻井、尾气钻井等,可成倍提高机械钻速,明显缩短钻井周期,降低钻井成本;欠平衡钻井,则可对储层进行有效保护,有利于提高钻遇率和开发率。为推广和扩大空气钻井的应用规模,美国能源部曾规定2004年的空气钻井口数不低于本土总钻井口数的30%。 近些年来,我国也开始关注、尝试应用空气钻井技术,在一定规模上采用欠平衡钻井技术,取得了可喜的进展。随着对这些技术在直井上应用经验的逐步积累和日渐成熟,在定向井及其他特殊工艺井上应用这些技术,已成为必然的发展趋势,这将在很大程度上扩展气体钻井与欠平衡钻井的应用领域。 空气螺杆钻具(或称气体螺杆钻具)是用气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必需工具。但在2001年底以前,此类新型螺杆钻具产品在国内仍为空白。中国石油集团长城钻井公司在伊朗承担的空气钻井项目,急需?244(9-5/8?)的空气螺杆钻具,经与外商询价,每台价格在13万美元以上,无法承受,大批量的购买更无从谈起。为了解决生产急需和节约外汇,集团公司科技发展部考虑利用国内技术力量解决伊朗项目的现场急需,并为国内欠平衡钻井与空气钻井提供工具,决定成立“伊朗欠平衡钻井空气螺杆钻具研制”课题组,由中国石油勘探开发研究院钻井所和北京石油机械厂承担,并任命苏义脑为课题组长,组织攻关。 在2001年5月?2002年11月这一年半时间中,课题组克服了重重难关,终于完成了K7LZ120和K7LZ244两种系列的空气螺杆钻具样机的设计、制造、室内实验台架设计和空气钻井的有关理论研究工作,并于2002年7月进行了K7LZ120样机的地面实钻实验和2002年8月在长庆苏35-18井的下井实验,均取得成功。在此基础上,两台K7LZ244样机于2002年12月运往伊朗,在2003年10月下井应用获得成功。2004年7月在四川白浅-111H井上运用K7LZ120钻具钻天然气水平井,取得了显著的技术效益。 本文针对空气钻井的特殊性(特别是空气介质的可压缩性),介绍空气螺杆钻具设计和研制中的几个关键问题,分析空气螺杆钻具的工作特性,并介绍K7LZ120和K7LZ244两种钻具在现场实验和生产应用中的有关情况。 二、空气螺杆钻具设计的关键问题 常规的螺杆钻具是以钻井液(俗称泥浆)作为传递动力的介质,由于液体的不可压缩性和容积式机械的特性,螺杆钻具具有很好的过载性能和硬机械特性。而空气螺杆钻具,由于以压缩空气作为动力源和工作介质,与常规液体驱动的螺杆钻具相比,其结构特征和工作特性有显著不同。下面简介有关空气螺杆钻具设计的几个关键技术问题。

螺杆钻具参数

流量: 1加仑/分(gpm)=0.063升/秒(l/s) 1升/秒(l/s)=15.873加仑/分(gpm) 压降: 1磅/平方英尺(PSI)=0.00689Mpa(兆帕) 1兆帕(Mpa)=145.14磅/平方英寸(PSI) 1Mpa=106 N/m21磅=453.59克 扭矩: 1牛.米(N.M)=0.7380磅.英尺(b.ft) 1磅.英尺(b.ft)=1.355牛.米(n.m) 功率 1英制马力(HP)=0.7457千瓦(KW) 1千瓦(KW)=1.341英制马力(HP) (1HP=550英尺.磅/秒) 1KW=102Kg.m/s 1英制马力(HP)=1.0139米制马力(已废除) 钻压:(lbf) 1磅力(lbf)=453.59X10-6吨(t) 1吨(t)=2.205X103磅力(lbf) 长度: 1英尺ft=0.3048米(m) 1米(m)=3.28英尺(ft) 重量 1磅(bm)=0.45359千克(Kg) 1千克(Kg)=2.205磅(bm) 密度 1磅/立方英尺(pcf)=0.016克/厘米3(g/cm3) 1克/厘米3(g/cm3)=62.5磅/立方英尺(pcf) 温度: 5(t°-50)=9(t℃-10) 1华式=9/5摄氏+32 1摄氏=(5华式-160)/9 冲数与排量的转换 已知:冲数N次/分 求排量= N X 3 X π/4 D2X H X 10-3 X 90% 60 单位为: l/s 其中:D为缸套直径(cm)H为缸套长度(cm)90%为功率系数(经验值)公式为三缸单作用泵的排量 材质的硬度单位:肖氏HS 布氏HB 洛氏HRC 维氏HV 里氏HL HRC=HB/10-3 HS=HB/10+12

钻井新技术及发展方向分析

钻井新技术及发展方向分析 1 钻井技术新进展 1.1石油钻机 钻机是实现钻井目的最直接的装备,也直接关系到钻井技术进步。近年来,国外石油钻机能力不断增强,自动化配套进一步完善,使钻机具备更健康、安全、环保的功能,并朝着不断满足石油工程需要的方向发展。主要进展有: (1) 采用模块化结构设计,套装式井架,减少钻机的占地面积,提高钻机移运性能,降低搬家安装费用。 (2) 高性能的“机、电、液”一体化技术促进石油钻机的功能进一步完善。 (3) 采用套管和钻杆自动传送、自动排放、铁钻工和自动送钻等自动化工具,提高钻机的智能化水平,为提高劳动生产率创造条件。 1.2随钻测量技术 1.2.1随钻测量与随钻测井技术 21 世纪以来, 随钻测量(MWD) 和随钻测井(LWD) 技术处于强势发展之中,系列不断完善,其测量参数已逐步增加到近20种钻井工程和地层参数,仪器距离钻头越来越近。与前几年的技术相比,目前,近钻头传感器离钻头只有0.5~2 m 的距离,可靠性高,稳定性强,可更好地评价油、气、水层,实时提供决策信息,有助于避免井下复杂情况的发生,引导井眼沿着最佳轨迹穿过油气层。由于该技术的市场价值大,世界范

围内有几十家公司参与市场竞争,其中斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯3 家公司处于领先地位。 1.2.2电磁波传输式随钻测量技术 为适应气体钻井、泡沫钻井和控压钻井等新技术快速发展的需要,电磁波传输MWD(elect romagnetic MWD tool s ,EM MWD) 技术研究与应用已有很大进展,测量深度已经达到41420 km。 1.2.3随钻井底环空压力测量技术 为适应欠平衡钻井监测井筒与储层之间负压差的需要,哈里伯顿、斯伦贝谢和威德福等公司研制出了随钻井底环空压力测量仪(annular pressure measurement while drilling,APWD) ,在钻井过程中可以实时测量井底环空压力,通过MWD 或EMMWD 实时将数据传送到地面,指导欠平衡钻井作业。 1.2.4 随钻陀螺测试技术 美国科学钻井公司将航天精确陀螺定向仪封装在MWD 仪器中研制出随钻陀螺测试仪( gyro measurement-while-drilling ,gMWD) ,截至2007 年底,gMWD 已经在美国的多分支井中成功应用数百口井,特别是在需要精确定向或对接井中起到了关键作用。 1.2.5 井下随钻诊断系统 美国研究人员开发出了井下随钻诊系统(diagnostics-whiledrilling,DWD)包括井下温度、压力、钻头钻压、钻头扭矩、井斜方位和地层参数等各种参数测量仪器,高速实时数据传输系统及其相关的仪器,地面

螺杆钻具中文使用手册范本

中成-钻具 使用手册 大港油田集团中成机械制造Dagang Oilfield Group Zhongcheng Machinery Manufacturing Co.,Ltd. 2004.10

第一章、序言 中成-螺杆钻具是靠泥浆提供动力的井下动力钻具,它 与传统转盘带动钻杆钻进方法比较,有很多优点: 1.增加钻头的转速。 2.增加钻头扭矩的功率,因而增加进尺率。 3.井底直接提供动力,因而减少钻杆的磨损和损坏。 4.可准确地造斜、定向、纠偏。 5.可钻水平井、从式井,显著提高钻井的经济效益。 6.寿命长,也能进行周期较长的延伸井段和直井钻进。 就是这些优点才促使螺杆钻具得到了迅速发展。 我公司在1985年全套引进美国史密斯公司—Smith DYNA-DRILL三条生产线,即包括生产制造与整机装配生产 线、热处理可控气氛生产线,以及定子橡胶生产线。可生产 DYNA-DRILL D500、D1000、F2000三个系列螺杆钻具, 在经历了引进、消化和吸收的发展过程后,今天的大港油田 集团中成制造已经能够独立生产和开发适用于各种用途的各

种规格系列的螺杆钻具。在质量体系保障上,是国螺杆钻具生产厂家最先通过GB/T1900-1994-ISO9001:1994标准的企业,也是通过中国计量局ISO10012计量检测体系认证的企业。 本手册主要介绍我厂螺杆钻具的工作原理、性能、使用要求及注意事项,为用户更好地使用我厂钻具,提供了依据。

第二章操作计划和考虑 一螺杆钻具的工作原理 螺杆钻具是以油基泥浆、浮化泥浆及粘土泥浆等作动力液,是一种把液体压力能转换为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵产生的高压泥浆流经旁通阀进入马达时,转子在压力泥浆的驱动下绕定子的轴线旋转,马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头,从而实现钻井作业。 二中成—螺杆钻具的组成及工作 原理 中成-钻具主要由四部分组成:(见 图1) ·旁通阀总成 ·马达总成 ·万向轴总成 ·传动轴总成 (旁通阀总成上部的提升短节,未按部件计算,订货时可由用户提出。提升短节的作用仅供提升钻具用,没有其他

螺杆使用注意事项

一、作业前选择 1、马达的选择 根据井眼直径和排量,选择匹配的马达。 2、旁通阀 考虑旁通阀潜在堵塞的问题,是否选择带不带旁通阀。 3、定-转子的配置 定转子的配置影响给定排量下的钻头的转速。 4、转子喷嘴 如果预计为大排量,则应使用中控转子,并确定好喷嘴大小。 5、弯外壳的设定 根据预测造斜率选择合理的弯度,因为旋转钻柱复合钻进会影响轴承或外壳的使用寿命。 6、稳定器的尺寸 稳定器标准尺寸小于井眼标准尺寸的值建议为1/4或1/8英寸(3~6mm)。 二、螺杆入井前的地面检查及井口测试: 1、所有马达入井前都应作系统的地面检查。 ①检查马达是否有运输损坏,记录马达定子编号。 ②检查螺杆两端丝扣是否完好,密封面是否有创伤; ③用手电照射旁通阀内孔是否存在异物; ④检查中间各连接部位是否有退扣迹象; ⑤用管钳盘传动轴是否能转动能转动如果能转动,则轴、或万向节断裂或是高温螺杆 (小型号螺杆); 2、螺杆入井前进行井口测试,检查中发现螺杆有问题时禁止入井。 ①在平台检查串轴承轴向间隙并记录; ②开泵检查旁通阀是否能够完全关闭; ③观察传动轴是否转动,螺杆马达抖动是否正常; ④传动轴总成为泥浆润滑,有(4%-10%)的泥浆流经传动轴与径向轴承间隙是正常的。 ⑤起下钻后,记录好井口测试螺杆马达的压降; 三、使用注意事项 1、螺杆钻具使用技术参数不得超出所选螺杆标定的参数范围: ①滑动钻进时,钻压严格按照工程技术人员根据工况条件设定的钻压数值。 ②复合钻进时,牙轮钻头钻压和PDC钻头钻压要严格控制,转盘转速不超过1档(随 着弯度增大要降低转盘的转速)。 2、严禁在螺杆钻具使用后期,以提高钻压的方式提高钻速(极易导致传动轴报废或螺杆外壳断裂,引起不必要的井下事故)。 3、钻时变慢时,要引起注意,及时分析是什么原因。随时注意钻压造成的泵压变化,以便发现问题; 4、认真记录螺杆钻具单次使用情况,入井、起钻前要详细记录螺杆的工作压差及动力情况,以便为螺杆的继续使用提供数据。 5、对使用中出了问题的螺杆钻具,要详细记录螺杆的故障描述,以便于以后螺杆的维修。 6、使用螺杆钻具时,泥浆泵的出水滤子要保持完好,振动筛的筛网完好率和运转率均要达到最佳。 7、螺杆钻具下入井内需要注意:(螺杆钻具在出厂前,各部件之间的连接螺纹均已涂厌氧胶,并按规定力矩上紧,使用前不需要重新紧扣) (1)螺杆钻具下井时,严格控制下放速度,以防下放过快时马达倒转,使内部连接丝扣脱扣,

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