螺杆钻具技术参数表
-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
螺杆钻具技术参数表（一）
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螺杆钻具技术参数表（二）
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螺杆钻具技术参数表（三）
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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)。
·石油常用管丝扣类型及规格 一、前言 在石油工业发展过程中，API系列规范的石油管专用螺纹起着不可或缺的作用。石油管专用螺纹主要分为两大类：用于井下工具及钻柱构件连接的石油钻具接头螺纹及用于油套管连接的油套管接头螺纹。 随着油井气钻采作业向更深、更高压力和更高温度等更苛刻工况条件的方向发展，而且石油钻采工艺技术不断的进步，常规石油管螺纹很难满足油田的开发需求。本文就石油常用专用管螺纹和管材的主要类型、规格及发展现状作相应的介绍。 目前高压油气井越来越多，普通API螺纹油管已经不能满足高压密封的要求，对于压力高于28MPa的油气井，大多数选择了气密封特殊扣型油管。 由于越来越多的含有H2S/CO2/Cl-的油气井将投入开发，普通低碳低合金钢油管不能适应较恶劣 的腐蚀环境，油管使用寿命不能达到油气井的设计要求，因而9Cr、13Cr、22Cr、25Cr等耐腐蚀材质油管的应用也越来越广泛。 （一）、公司采用成套无压痕设备起下作业满足以下要求： 1. 扭矩管理：气密封特殊螺纹油管的作业，实施单根扭矩管理（扭矩图形记录、过扭矩保护）。 2. 转速管理：特殊材质油管，使用无压痕液压钳，低速上扣（1～6 rpm）。 3．引扣：使用布带钳引扣。 （二）、提供无压痕成套设备和技术： 1.采用国家专利“无牙卡瓦”（专利号ZL 2005 20146989.3）配套液压动力钳和液压站使用。 2.使用NKY-193B型扭矩自动控制系统，记录实时扭矩曲线、过扭矩保护。 3.用布带钳引扣，不伤油管表面防腐层。 （三）、无压痕起下作业具有以下优点： 1.油管表面没有咬印，保护油管不受损伤； 2.减少作业次数，降低油井维修费用； 3.按最佳扭矩上扣，延长油管使用寿命； 4.最大程度降低油管破裂损耗几率； 5.增强油管串的整体性，提高油管串的安全性。 （公司对外提供特殊材质特殊扣（无压痕）油套管起下成套设备和技术服务）
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
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
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 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
Q/SH1020 中国石化集团胜利石油管理局企业标准 Q/SH1020 XXXX-XXXX 代替Q/SL0323-89 螺杆钻具使用规程 （报批稿） XXXX-XX-XX发布 XXXX-XX-XX实施 中国石化集团胜利石油管理局发布 Q/SH1020 XXXX-XXXX 目次 前言 (Ⅱ) 1 范围 2 螺杆钻具的型号说明 (1) 3 螺杆钻具的选选择 (1) 4 螺杆钻具对钻头的要求 (1) 5 螺杆钻具的使用条件 (2) 6 螺杆钻具下井前的检查 (2) 7 井口试运转 (3) 8 螺杆钻具的下钻 (3) 9 螺杆钻具的启动与钻进 (3) 10 故障分析与处理办法 (4) 11 螺杆钻具的取出 (5) 12 螺杆钻具的现场交接 (5) 13 附录Ａ (6)
Ⅰ Q/SH1020XXXX-XXXX 前言 本标准规定了螺杆钻具的技术参数、选择、下井前的检查、下钻、钻进、起出及现场交接使用规程，本标准适合于国内各螺杆厂家所生产的不同型号的螺杆。 本标准与Q/SL0323-89相比，主要变化如下： ——螺杆钻具的技术参数有了很大的变化； ——增加了对复合钻进的说明； ——对在使用过程中可能出现的问题进行了补充； ——对单弯螺杆在复合钻进中是否会导致井径扩大作了说明； 本标准由胜利石油管理局钻井专业标准化委员会提出并归口。 本标准起草单位：胜利石油管理局钻井工程技术公司。 本标准自发布之日起有效期三年，到期复审。 本标准主要起草人：秦利民李生宏。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为： ——Q/SL 0323-89。
Ⅲ Q/SH1020 XXXX-XXXX 螺杆钻具使用规程 1范围 本标准规定了螺杆钻具的技术参数、选择、下井前的检查、下钻、钻进、起出及现场交接的使用规程。 本标准适合于国内各厂家生产的不同型号的螺杆钻具。 2螺杆钻具的技术参数和型号说明 2.1螺杆钻具的技术参数见附录A 钻头最大水眼压降(MPa) 钻具规格(外径尺寸mm) 螺杆钻具标志（“螺钻”的第一个汉语拼音字母） 马达转子头数(单头省 略) 特殊钻具标志（D-短钻具 P-水平井钻具 J-铰接肘链式钻具）3螺杆钻具的选择 3.1根据井眼大小确定使用螺杆钻具的尺寸(参见附录A)。 3.2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。 3.3 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
常用钻具紧扣扭矩表 ZQ100液压大钳与扭矩对应关系 注：1）扭矩大时：起钻必须上下倒换钻具。2）每次起钻必须错扣起钻，释放应力并有记录。 3）钻具钢号前面必须有标准的字母。
新钻具钢号规定 钻具重量参照表
(1页) 常用钻具使用技术参数（单位：mm） 钻铤尺寸及工作参数
（2页） 方钻杆：1）方钻杆表面不应有裂纹，结疤，剥层，不允许在表面焊补缺陷或焊标尺。2）方部和圆角要平整。3）方钻杆的对边宽不得小于原尺寸的12mm。4）方钻杆台肩使用标准与钻铤相同。 加重钻杆：1）127mm加重钻杆接头外径不得小于155，最小台肩面宽度不得低于9。2）88.9mm加重钻杆接头外径不得小于119，最小台肩面宽度不得低于6.5。 螺纹：1）数字型，内平型剩余牙顶宽应＞0.83。2）51/2～65/8FH, 51/2～85/8REG剩余牙顶宽不少于0.64。3）磨尖牙数均不能大于4扣。4）螺纹不应有严重腐蚀和泥浆冲蚀痕迹。 台肩平面：1）台肩平面应平整光滑，没有径向伤痕，刺痕，无毛刺。2）台肩平面因粘结或撞击呈凹凸不平者，在靠内圆处应保持完好，其完好部分最窄处宽度应达到相应尺寸钻具60％的使用台肩宽度，凡凸出处必须锉平。3）磨损后的台肩宽度包括倒角宽度。4)内螺纹镗孔直径±不得超过1.5mm（23/8，27/8钻杆，31/2钻铤±不得超过1.2mm）。5）外螺纹伸长在50.8内不得超过0.75mm。 直线度：1）8～12m长钻杆直线度应≤6mm，2）大于9m长钻铤直线度应≤6mm，小于9m长钻铤直线度应≤5mm。3）方钻杆直线度应≤8mm。 4）加重钻杆直线度应≤5mm。 钻具稳定器 为20％，二类钻杆偏磨为35％。
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
高效导向螺杆钻具的研究与应用 在井眼轨迹控制过程中，进行滑动导向与复合钻进时，利用常规导向螺杆会出现钻头加载困难以及形成螺旋井眼的问题，从而对井眼轨迹的控制效果产生影响。为解决该问题,以前用过宽带的直棱和螺旋稳定器,本文特针对导向螺杆的结构做了改进与创新，准备在螺杆钻具驱动头位置设计带宽很窄螺旋稳定器。本文就针对改进后的导向螺杆钻具进行讨论。 关键词：导向螺杆；井眼轨迹控制；钻具 一、高效导向螺杆钻具 由于利用常规螺杆会出现钻头加载困难、形成螺旋井眼等问题，因此对其进行结构创新，即在螺杆钻具驱动位置设计一种受螺杆钻具驱动旋转的窄带螺旋稳定器，其主要作用包括：首先，作为底部钻具组合的近钻头支点，从而有效的提高BHA的滑动导向能力；其次，近钻头近满眼设计可以修正井壁；最后，滑动导向钻进过程中，近钻头稳定器处于旋转状态，与常规的导向螺杆钻具相比，近钻头稳定器的滑动阻力更小，所以拖压问题即可得到彻底解决。这种导向螺杆的结构变化使得钻井过程中BHA的力学特征发生了改变。 二、高效导向螺杆钻具的承载能力 改变了高效导向螺杆钻具的结构，相应的就会改变钻进过程中螺杆钻具的受力特征。传动轴是轴力与扭矩的核心承载部件，其有着十分复杂
的受力特征，也是螺杆钻具中最薄弱的环节，所以要对其强度特征做全面分析，并提出结构优化方案。下面以172mm高效导向相钻具为例进行分析。 （一）传动轴强度的计算模型 下图1为172mm高效导向螺杆钻具的传动轴结构参数与边界条件： 图中各段的长度分别如下：L0=500mm、L1=180 mm、L2=420 mm、L3=400 mm、L4=360 mm；传动轴的外径尺寸为80 mm。可以通过ANSYS软件进行螺杆钻具几何模型的建立，并划分网格。钻头左端固定，传动轴联轴器部分铰支，对Y方向的自由度加以约束。以螺杆钻具轴向载荷传递特征为参照，将轴向均布载荷q加载于图中所示台阶面上，再以传动轴的工作原理为基础，分别将径向均布线载荷q1与q2施加于图中轴上对应的位置，传动轴右端施加扭矩。利用solid1858节点实体单元划分网格。3575个节点以及15853个四面体单元组成整个模型，传动轴弹性模量：210 GPa；泊松比：0.25；密度：800 kg/m3。结合BHA 的结构与实际工况将钻头侧向力与扭矩计算出来，即可取得上文所提的分布载荷。 （二）传动轴的应力计算与分析 通过ANSYS系统可以将传动轴受到外载与约束作用状态下的应力分布计算出来，从计算结果可知，最大应力值为434 MPa，发生在传动轴过渡截面处。针对不同外径计算其最大应力值，从计算结果可以得知，
螺杆钻具 导读： 一、螺杆钻具的介绍； 二、螺杆钻具的组成； 三、螺杆钻具的工作原理； 四、螺杆钻具的使用； 五、螺杆钻具的优缺点； 一、螺杆钻具的介绍 螺旋钻具是一种渐进空腔型容积式孔底动力机，简称螺杆钻。以泥浆、清水为动力介质，通过钻杆中心孔输送到孔底的螺杆钻，实质上是把液体压力能转换为机械能的一种能量转换装置。钻探时，螺杆钻直接带动连接在其孔底传动轴上的岩心管和钻头回转，整个钻杆柱仅作为输送高压工作介质的通道和支撑钻头反扭矩的杆件，不作回转运动。 采用螺杆钻钻探与常规钻探相比有许多优点，如钻杆磨损大幅度下降，钻速高。它是打定向孔的主要器具，在钻探领域已发挥作用。 1955年，美国克利斯坦森矿山钻探制品公司根据莫因诺原理开始研究,于1964年首先取得成功,定名为“戴纳钻”;苏联于70年代初研究成功“凸”型螺杆钻;中国地矿部勘探
技术研究所于80年代初研制螺杆钻成功。至今生产螺杆钻的国家有美国、俄罗斯、中国、德国等。 螺杆钻最早是用来打垂直孔，现在主要用来打各种定向孔和特种工程孔（如矿井冻结孔）。最大钻孔深度达9023米。目前世界上螺杆钻最小直径为44.5毫米，最大直径为304.8毫米。利用螺杆钻进行岩心钻探时,应在驱动轴与钻头间加上岩心管采取岩心。 螺杆钻由旁通阀、螺杆马达（转子和定子）、万向节、轴承和驱动轴几部分组成，其核心是螺杆马达。在螺杆马达转子、定子传动副中,定子齿数Z1比转子齿数Z2多一个:即 Z1=Z2+1。它们的齿数比通常称为传动比,设计时,可任意选择(1:2,2:3,...,9:10)。设计高转速的螺杆钻应采用小齿数比螺杆马达，而设计低速大扭矩的螺杆钻应采用大齿数比螺杆马达。随着转子定子齿数比的增大,其效率逐渐趋于下降；螺杆钻的输出扭矩取决于通过马达的工作压力降，输出转速取决于通过螺杆马达工作介质的流量。 钻探时，仍然需要钻探机、泥浆泵、钻杆和钻塔等常规钻探装备。施工定向钻孔时，要借助定向仪给造斜工具定向。与螺杆钻配套使用的造斜工具有弯接头、弯外管和偏心块等。采用螺杆钻施工定向孔能提高钻孔质量，提供精确地质资料，节约进尺，降低成本，解决许多无法施工的工程难题，因此，
螺杆钻具工作特性分析 螺杆钻具的工作特性，即外特性，包括理论工作特性和实际工作特性。螺杆钻具的工作特性是表示其输出参数（输出扭矩T 和输出转速N ）、输入参数（钻具压降、钻具中流量或钻井液流量Q 以及主轴功率和钻具效率之间的关系。了解和掌握螺杆钻具的外特性，对于正确选择和使用螺杆钻具至关重要[30]。而螺杆钻具具有两种工作特性：理论工作特性和螺杆钻具的实际工作特性。 螺杆钻具的理论钻具分析 螺杆钻具最基本的工作原理就是把钻井液的水力能转化为钻头的机械能，从而破岩钻进。螺杆钻具的性能特点是由其动力部件------螺杆钻具决定的。这种容积式马达虽然结构简单，只有两个基本元件定子和转子，但却有以下两个突出特点: 1. 理论转矩与马达进出口间的压差成正比； 2. 理论转速与通过的流量有关而与钻压无关。 这两个特点对于钻井的的意义： （1） 螺杆钻具的输出扭矩与螺杆钻具所消耗的钻井液压降基本成正比，所以可通过钻台上的立管压力表数据变化来反应井下螺杆钻具的扭矩情况；当钻压增大时钻井液压降相应增大，导致扭矩增加，以利于增大井底切削力矩；当井口立管压力突然增大时，表明井下切削力矩突然变大，可适时减小钻压以减小切削力矩，防钻具超载。 （2） 螺杆钻具的转速基本上只与钻井液流量有关而受钻压影响很小，而钻进过程中流进钻具的钻井液排量是固定的，因此，螺杆钻具的输出转速基本不变，不因加大钻压而造成钻头转速明显下降。这说明螺杆钻具具有良好的过载性能和硬机械特性。 螺杆钻具是典型的容积式机械，下面简要分析螺杆钻具的理论工作特性。 在不计损失时，根据容积式机械工作过程中的能量守恒，在单位时间内钻头输出的机械能（11ωT ）应等于螺杆钻具输入的水力能1pQ ?，则有: 11ωT =1pQ ? （3-1） 根据容积式机械的转速关系，有 q Q N /6011= （3-2） 由以上两式及30/11N πω=可得出： pq T ?=π211
#测试技术# 螺杆钻具参数测试系统 崔颖刘国辉黄胜利 (大港石油管理局钻采工艺研究院) 崔颖刘国辉黄胜利:螺杆钻具参数测试系统,石油仪器,1998,12(5),30~32。 摘 要 螺杆钻具是井底动力钻具,下井前必须对其扭矩、转速等各项技术指标进行严格测试,以满足生产工艺及安全生产的要求。研制成功的螺杆钻具参数测试系统全套程序采用模块化设计,汉字显示,菜单化管理,用户界面友好,操作简单,易于维护。实验及应用表明,该系统测量精度高、范围广、测试结果可直接用于指导生产,效果良好。 主题词 螺杆钻具 参数 转速 扭矩 测试 程序设计 作者介绍 崔颖助理工程师,1970年生,1993年毕业于大庆石油学院石油矿场地球物理专业,现在大港石油管理局钻采工艺研究院钻井机具研究室从事石油仪器、仪表及机电一体化研究工作。邮编:300280 前 言 螺杆钻具是井底动力钻具,主要用于油(水)井钻塞、磨铣、侧钻以及加深井底等多种作业的一种新型工具。尤其是推广使用可钻式桥塞以后,更增加了修井作业中钻、磨、铣的工作量和难度,因此对这种新型钻具扭矩的要求不断加大。为此,根据生产工艺不断发展、完善的需要,研制和生产单位对螺杆钻具的功能进行了必要的改进,主要表现在由小扭矩、高转速逐渐向大扭矩、低转速发展112。由此可见,扭矩和转速是螺杆钻具的两项非常重要的技术指标。但是在生产过程中,由于频繁使用,会造成螺杆钻具密封件泄漏;长时间的运转,使马达的效率及输出功率发生改变,这些因素都会造成螺杆钻具输出扭矩和转速达不到规定指标或设计指标,从而直接影响生产,造成不必要的经济损失。因此,有必要研制一种螺杆钻具参数测试系统,在钻具下井前对其各项参数进行测试以确保生产的顺利进行。 系统构成与测试原理 1 系统构成 螺杆钻具参数测试系统主要由以下四部分组 成: (1)计算机系统;(2)压力传感器;(3)脉冲传感器;(4)数据采集卡。系统结构原理如图1所示。 图1 结构原理图 2 测试原理 螺杆钻具参数测试系统主要测试螺杆钻具的输出扭矩及空载下的最高转速,以检验螺杆钻具是否达到出厂指标及是否能够满足现场应用。原室内调试试验台主要是在工具检验后或下井前检查一下其运转情况,即通过一台液压泵站(水介质)向螺杆钻具输入端提供动力,带动转子运动,螺杆钻具输出端为空载,开启一段时间后,测其运转情况,凭经验判断螺杆钻具的各项性能,根本没有定量检测手段。为此,我们对现有螺杆钻具室内调试试验进行了改 1998年10月 石 油 仪 器 第12卷 第5期
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 使 用 说 明 书 石油机械制造有限公司chenyinhai@https://www.doczj.com/doc/0c15019225.html, 地址：号 电话：0 传真：0 1 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
螺杆钻具使用手册 1．产品概述 金山螺杆钻具是以钻井液压为动力的一种井下动力钻具，其核心动力部件为一容积式马达。该钻具结构简单、操作方便、性能可靠。钻具以油基泥浆、乳化泥浆和粘土泥浆等各种钻井液为动力液，适应性强，可进行水平井、丛式井等特殊井的钻进，能大大提高钻井的速度和经济效益。 螺杆钻具与传统的转盘带动钻杆钻进相比有以下优点： ■ 钻井液输入流量与钻具输出转速成正比。 ■ 钻具输出扭矩与钻井液通过马达产生的压力降呈线性关系。 ■ 钻具旋转动力只用来驱动钻头，减少钻杆磨损，简化操作，提高钻井精度，节约钻井动力。 ■ 钻具输出转速低、扭矩大、纯钻时间长。 ■ 钻具采用多列推力向心球轴承组，耐高压、进尺快。 ■ 钻具采用镶焊硬质合金径向轴承，使用寿命长。 ■ 钻头水眼压降高达7.0MPa ，钻头水马力大，冲洗钻头干净，可防止钻头泥包。 2．结构及工作原理 螺杆钻具由以四部分组成螺杆钻具由以四部分组成：： 2.1 旁通阀组件 旁通阀组件位于马达组件上端，在下钻时允许环空（钻柱与井壁的环形空间）的钻井液由旁通孔灌入钻柱，起钻时，钻柱内的泥浆从旁通孔泻入环空，使钻井液不溢于井台上。
当无循环时，弹簧弹力使阀芯位于上部位置，此时旁通孔开启，钻井液可流入钻柱或从钻柱内流出。阀芯动作取决于钻井液的排量，当排量达到一定值时，液压力克服弹簧弹力使阀芯下移，此时旁通孔封闭，钻井液流经马达。如果停泵，弹簧弹力再将阀芯顶回原来的上部位置，旁通孔又被开启。 2.2 马达组件 螺杆钻具采用多级容积式马达。马达组件由定子、转子组成。定子是金属壳体与内衬有橡胶多瓣螺旋内腔的组合。转子表面呈螺旋状并镀有一层防腐耐磨材料。定子与转子组成马达副，转子在定子内形成许多连续的互不相通的密封空腔。当压力液体进入马达时，在转子的螺旋面上产生转动力矩，迫使转子在定子内作行星运动，从而使液压能转换为机械能。 螺杆钻具马达中一个定子导称为一级，每一级一般承压0.7~0.9MPa，钻具液马达多为3~5级马达，一般钻具液马达承压在2.1~4.5MPa之间，超过最佳压降承受范围后，承压愈高，则马达漏损愈严重，输出转速降低，加剧马达冲蚀损坏。用户可根据钻井工艺的需要由附录性能参数表中选取适用的螺杆钻具。 2.3 万向节组件 万向节组件的作用是将转子与传动轴连接起来，将转子的行星运动转换成传动轴的定轴转动，从而传递马达的输出扭矩及轴向负载。 我公司所用万向节采用花瓣式结构，其结构紧凑，传递扭矩大，使用寿命高。钻具使用后，应立即拆卸，检查万向节，如磨损量超过维修标准及时更换，否则会因为万向节的使用过度致使钻具无法正常工作。 2.4 传动轴组件 传动轴组件是螺杆钻具的重要部件之一，其作用是：将钻压及扭矩传递给钻头。由马达流出的绝大部分钻井液通过传动轴内孔经钻头眼喷出以利于冷却清洗钻头和循环泥浆；而另一少部部分泥浆则通过上、下径向轴承和多列推动向心球轴承组从传动轴外侧流出，用来冷却和润滑轴承系统。 图5所示的传动轴组件由多列推力向心球轴承组承担轴向力，由镶焊硬质合金的径向轴
一、四方钻杆 1、参数 规格 名称 5 2/4＂方钻杆３１/２＂方钻杆备注 外径(DFL) 133mm 88.9mm 内径（d）82.6mm 57.2mm 上部反扣接头外径(Du) 196.85mm 196.85mm或 146.05mm 内径(d) 82.6mm 57.2mm 长度(Lu) 406.40mm 406.40mm 扣型 6 5/8＂Reg(630)反扣 6 5/8＂Reg(630)反扣 或4 1/2＂Reg(430) 下部正扣接头外径(DF) 177.8 mm 120.65 mm 内径82.55mm 57.15mm 长度(Ll) 508mm 508mm 扣型 5 1/2＂FH(521)正扣 或Nc50(411) 正扣 Nc38正扣或3 1/2IF 正扣 对角宽度（ＤＣ）175.41mm(12.5m) 171.46mm 115.09mm或 112.71mm 楞角半径（Ｒc）15.87mm(12.5m) 85.72mm(16.46m) 12.7mm(12.5m) 56.35mm(16.46m) 2、方钻杆允许弯曲度 项目校直标准使用标准 全长＜3 ＜8 不大于15度，并且用标准防补芯能自由通过 每米＜1 ＜1.5 二、钻铤 1、常用钻铤尺寸和基本参数 规格名称∮228mm ∮203m m ∮178m m ∮159m m ∮152m m ∮146m m 备注 水眼（mm）71.4 71.4 71.4 71.4 71.4 50.8 倒角直径（mm）212.7 190.1 164.7 150.0 144.5 114.7 抗弯强度比317 3.02 2.73 2.63 2.84 2.58
第三节螺杆钻具工作原理及结构 螺杆钻具的工作原理 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。当高压液体进入钻具时，迫使转子在定子中滚动，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钻具，有许多突出的优点： 1．增加了钻头扭矩和功率，因而提高了进尺率。 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．在水平井、丛式井及修井作业中，可显著提高钻井经济效益。 5．由于结构的先进，提高了钻具的寿命，可用于延深钻井或直井钻进。 螺杆钻具的结构及其作用 DT螺杆钻具主要由以下几部分组成： ※旁通阀总成 ※马达总成 ※万向轴总成 ※传动轴总成 ※导向总成（导向钻具专有部件） 1．旁通阀总成（见图1） 旁通阀设置在马达的上部，它由阀体、阀芯、阀座、弹簧、滤套等组成，其功用如下：a．下钻时，井眼中的钻井液由旁通阀引入钻杆柱内，减小下钻过程的阻力，平衡钻杆内外液柱压力。 b．起钻时，钻井液由钻杆柱内经旁通阀侧孔流入环空，不致使钻井液溢于井台。 c．钻具工作时，高压钻井液流经旁通阀，推动阀芯，压缩弹簧，关闭旁通阀侧孔，所有钻井液流经马达，把压力能转换为机械能。 正常情况下，旁通阀的开关由钻井液流量及压力大小来控制。 2．马达总成（见图2、图3）
马达是由转子和定子两部分组成的，图3为钻具马达截面轮廓。 转子是一根经过特殊加工和处理，具有抗腐蚀、耐磨损的左旋螺杆。 定子是一根内衬橡胶的钢管，定子内孔也呈螺旋形，转子与定子组装好后沿着它们的接触点形成一系列连续的、共轭的、啮合密封腔，在具有压力能的液体作用下，随着密封腔的形成、变化和消失，迫使转子在定子中作连续运动。 每套螺杆钻具的马达为多级，马达中的一个定子导程组成的密封腔为一级，每一级的许用压降一般不超过0.8MPa，否则，马达就要产生漏损，降低转速。为保证马达密封腔的密封，以承受一定的压降，转、定子都需经过选配测试以确保为轻微过盈配合，同时，由于井温对定子橡胶的影响，用户可根据实际的井温向厂家反映，以达到合适的马达配合要求，从而使马达发挥最大的功率和效率。 每种马达都对应一定范围的额定排量，不按此排量使用，将加速钻具的磨损，也不能有效的工作。 此外，5LZ165×7II—F型马达转子为中空，可根据钻井工艺要求选择喷嘴，以调节钻井液排量，更好的满足钻井工艺的需要。 3．万向轴总成（见图4、图5） 万向轴总成的作用是将马达的偏心运动变换为传动轴的定轴旋转，同时传递扭矩给传动轴，以达到钻井的目的。 我厂生产的螺杆钻具有挠式万向轴（见图4）和花瓣万向轴（见图5）两种结构。 挠式万向轴是专为超短型钻具而设置，该型钻具特点是：长度短、运转平稳、利于造斜。由于本厂独特的结构型式，从而使钻具具有较高的寿命。花瓣万向轴更适于配中空可调排量转子以满足大流量钻井液钻井的需要。
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 （1）采用螺杆钻具钻进时间不长的作业，如定向造斜、侧钻、纠斜等，选用适合于高速旋转的牙轮钻头。 （2）采用螺杆钻具钻进时间较长的作业，如水平井、大斜度井等需要采用复合钻进的作业，选用适合于定向造斜用的PDC钻头。 （3）合理选择钻头水眼,保持一定的钻头压降。 三、螺杆钻具的使用条件 （1）螺杆钻具的工作排量按螺杆厂家推荐的围选择。