螺杆钻具结构及功能

螺杆钻具简介螺杆钻具是将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，与牙轮钻头、金刚石钻头以及其他特殊钻头配合使用，从而实现钻井作业。

一、常规螺杆钻具的主要结构与工作原理螺杆钻具主要由旁通阀、马达、万向轴和传动轴等四个部件组成。

1、旁通阀总成旁通阀总成由阀芯、阀套、弹簧、阀口等零件组成。

阀芯有两个位置：开启位置和关闭位置。

旁通阀的开启与关闭由钻井液的流量控制。

在起下钻作业过程中，泥浆泵停泵或流量较小，旁通阀自动开启，将钻柱内孔与环空连通。

起钻时钻柱内的泥浆经阀口流入环空。

下钻时环空内的泥浆经阀口进入钻柱，减少钻柱内外的压力差。

正常钻进时，旁通阀关闭。

此时泥浆流经马达，把压力能转换为机械能。

2、马达总成螺杆钻具的马达由定子和转子两个零件组成。

定子是在钢管内壁上压注并粘结牢固的橡胶衬套。

橡胶内孔具有螺旋面的几何形状。

转子是一根经过机械加工并经高硬度表面处理的螺杆。

转子和定子具有特殊的啮合关系。

这些啮合点沿轴向形成螺旋密封线，形成一个一个的密封空腔（一个密封腔，也称为一级，每级所能承受的工作压力降应小于等于 0.8mMpa。

如四级马达，压降应为 3.2Mpa。

压降超过此值就要泄漏，转速很快下降，严重时会完全停止转动，级数越多、功率越大）。

当具有一定能量的压力液进入这些密封腔，并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，这就是螺杆马达的基本工作原理。

螺杆钻具马达的转子具有不同的头数。

头数越多,马达转速越低、功率越大。

转子的转速与马达的输入流量成正比，控制输入流量，就可以控制螺杆钻具的输出转速。

为了增加马达的流量而又避免转速的升高，有的螺杆钻具的转子被做成中空形式，并在转子上安装喷嘴，使马达具有中空分流。

这种结构的优点是可以增加螺杆钻具的流量，缺点是会使马达特性变软，即钻头的转速将随钻压的增加而减小（非线性），用户在选用和操作时，应当注意。

螺杆钻具一、概述螺杆钻具是一种井下动力钻具，它是由高压泥浆驱动的容积式井下动力钻具。

具有结构简单、过载性能好、在小尺寸时能得到大的扭矩和功率的特性已广泛应用在定向井和直井中。

螺杆钻具根据需要可做成直壳体和弯壳体，弯壳体螺杆钻具具将在《定向井和水平井工具》一章中介绍。

直壳体螺杆钻具加上弯接头也常用于定向井和水平井的钻进。

本节介绍的是直壳体螺杆钻具。

二、型号表示方法三、结构、工作原理。

1、工作原理螺杆钻具是以钻井液为动力的一种井下动力钻具。

泥浆泵泵出的钻井液流经旁通阀进入马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过方向轴和传动轴传递给钻头。

其性能主要取决于马达的性能参数。

2、螺杆钻具的结构螺杆钻具主要由旁通阀、马达、万向轴和传动轴等四大部件组成。

（1）旁通阀它是为了使钻井液绕过马达，从而起下钻时可让钻井液不溢于井台上。

当无循环或低泵量循环时，弹簧使阀芯处于上部位置，此时旁通阀处于开启位(见图1)。

当流经活塞的钻井液流量达到一定值时，阀芯处于下部，旁通阀被关闭，此时钻井液流过马达。

（2）马达它是由具有螺旋形内腔的硫化橡胶定子和螺旋形的转子组成(见图2)。

转子和定子的形状和尺寸沿轴向形成螺旋密封线，构成马达的密封容腔。

随着转子在定子中的转动，容腔沿着轴向移动，不断生成和消失，完成其能量转换，这就是螺杆马达的基本工作原理。

（3）中空转子马达为了增加钻头的水马力和泥浆的上返速度及保护马达的使用寿命，将转子加工成为带喷嘴的中空转子。

此时马达的总流量应等于流经马达密封腔流量和流经转子喷嘴流量的总和。

为了达到理想的钻井参数，用户可以按以下计算方法选用中空转子的喷嘴：1)根据泥浆上返流速的要求，确定泥浆泵的输出流量Q。

2)流量Q进人马达时分两路，通过马达螺旋容腔的流量为Q m，通过中空转子喷嘴的流量Q P。

即 Q=Q m+Q p所以 Q m=Q-Q m设定马达转速n值计算Q m值Q m=nq／(60﹠) (L／S)或 n=60Qm﹠／q (r／min)容积效率小﹠取0.90。

名称：螺杆钻具
结构：上接头、旁通阀、定子、转子、联轴节、过水接头、轴承总成及下接头。

用途：以液体压力为动力，驱动井下钻具旋转的工具。

可用来进行钻进、磨铣、侧钻等作业。

作用原理：螺杆钻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，凡尔球被推动下移，关闭旁通阀，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，转子在沿自身的轴线转动的同时，还绕与转子轴线平行，并有一定的偏心距e 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。

操作方法：
1.钻具组合：在套管内钻塞时自下而上钻具配合为：钻头+ 螺杆钻具+提升短节+缓冲短节+井下过滤器+提升短节+钻柱。

2.下钻：下钻要求平稳操作，下钻速度以30m／min为宜。

每下500m应钻柱
内灌入清洁洗井液一次。

下至距塞面一个单根时，开始循环。

3.正常钻进：钻压为5～15kN。

排量500—600L／min，最大不得超过1200L
／min，待循环正常，缓慢下放钻具至塞面，进行正常钻进。

4.起钻：起至井口一个单根时，卸掉自封，提出钻具。

注意事项：
1.洗井液要求用清水或无固相（低固相）液体。

2.井口应安装自封封井器，以防止小件物品落井。

3.返出洗井液应过筛，沉砂后方可使用。

4.接单根前及完钻后应充分洗井，使井内无钻屑。

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。

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。

螺杆的结构与工作原理螺杆的结构与工作原理一、工作原理:螺杆钻具是一种容积式马达，高压钻井液经钻具进入螺杆马达后，液体压力迫使转子旋转，将钻井液的水力能转化为机械能，通过传动轴把扭矩传递到钻头上。

二、结构：从上到下依次是旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成、导向总成（弯螺杆）。

新型螺杆具有防掉装置。

三、工作特性（1）螺杆钻具的转速只与排量和结构有关而与工况（钻压、扭矩）无关。

（2）工作扭矩与压降和结构有关与转速无关。

（3）转速和力矩是各自独立的两个参数。

（4）具有硬转速特性和良好的过载能力。

（5）泵压表可以作为井底工况的监视器，由△P变化来判断和显示井下工况（钻压和扭矩）（6）转速随排量的变化而线性变化。

（7）工作扭矩和转速均与结构有关。

增大马达的每转排量可获得低速大扭矩的特性。

（8）由于密封漏失和摩擦阻力，存在机械效率和水力效率。

四、影响螺杆钻具使用因素（使用要求）1钻井液：满足井下需要的前提下，比重和粘度尽可能的低，比重不大于1，5；固相含量小于5%；PH值在4--10之间，过高或过低都会对螺杆钻具零件产生破坏作用；钻进液中含有芳香烃类物质或其它对定子橡胶有害的化学处理剂，会损伤定子橡胶，减少使用寿命。

2排量：每种规格的螺杆都有最适应的排量范围，要符合推荐的使用范围；排量太大会使转速过高，降低使用时间，甚至损坏马达；排量太低会降低转速，功率低，甚至打不开旁通阀进而刺坏。

3钻压：施工中通过逐渐增加钻压，使螺杆钻具的马达压降尽量达到规定值的中上限，以保证螺杆钻具的马达最大限度地输出功率；同时，把钻压控制在推荐的最大钻压以内，过大的钻压会损坏传动轴推力轴承，还会使马达压降过高而发生之滞动现象，如果制动时间过长会使马达严重损坏。

4钻头:钻头水眼压降最大值不超过螺杆额定值。

水眼过大使轴承得不到良好润滑及降低螺杆承受钻压的能力；过小，泵压达到额定值时排量小，不能发挥螺杆最大功率，系统压力高会影响推力轴承寿命。