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井下动力钻具井下动力钻具2007-07-27 16:19:37| 分类：Drilling | 标签：directional drilling |字号订阅井下动力钻具是定向井，水平井的必备工具。
开始人们用它配合弯接头进行定向作业，和扭方位做业。
目前已发展到配合高效能钻头连续钻进。
井下动力钻具最早使用的是涡轮钻具，大约70年代末和80年代初我国开始引进美国的耐维钻具（NaVil Drill）和代钠钻具（DiNa Drill），进而引进了生产线。
经过我国科技人员的研究和改造，已形成具有我国特色的螺杆钻具，目前，已有很多品种和系列，能够满足不同钻井工作的需要。
一，螺杆钻具的组成螺杆钻具有四大部分组成，他们是旁通阀，马达总成，万向轴和传动轴总成，下面分别介绍1，旁通阀旁通阀安装在螺杆钻具的最上端，它的作用是下钻过程中，允许钻井液从环空流入钻具内，起钻过程中允许钻井液从钻具内流入环空。
钻进过程中旁通阀是关闭的。
旁通阀的打开和关闭靠的是内部的活塞移动，循环时，钻井液流经活塞，由于流道的变化，在活塞上产生一定的压降，这个压降推动活塞下移，进而关闭旁通阀。
停止循环后，活塞处于自由状态，弹簧推动活塞上移，旁通阀打开。
2，马达总成马达总成包括转子和定子两部分：（1），转子是一根加工成螺旋形的钢轴，转子的上端是自由的，其下端与万向轴相连。
单头马达转子的轴截面是圆的，整个转子象一个拉直的弹簧是螺旋状的。
多头马达转子的轴截面是梅花瓣形的，有几个梅花瓣就称为几头。
目前见到最多的是九头。
（2），定子内是一个模压成型的橡胶套筒，它的内部是螺旋通道，包容转子。
橡胶套筒固定在马达的钢制本体上一起成为定子。
单头马达定子的橡胶套筒截面是长圆型的（两头是半圆，中间是长方形），多头马达定子的橡胶套筒截面也是梅花瓣形的，但它比与之配合的转子多一个梅花瓣，就是通常说的多一个头。
当转子装入定子后，这两个零件的几何形状的差异形成了一系列空腔。
当钻井液在泵的驱动下通过马达时，它流经转子与定子间的空腔，推动转子旋转。
对于定向井常规钻具组合1、增斜钻具（一般增斜率6゜/100m）增斜钻具组合一般采用双稳定器组合。
是利用杠杆原理设计的，它有一个近钻头足稳定器作为支点，第二个稳定器与近钻头稳定器之间的距离应根据两稳定器之间的刚性（尺寸）大小和要求的增斜率的大小确定，一般为20m（两根钻铤长度），两稳定器之间的钻铤在钻压下，产生向下的的弯曲变形，使钻头产生斜向力。
例如：1.1 对于9 5/8″井眼增斜钻具组合：9 5/8″Bit+Φ244mmSST+挡板+7″NMDC×1根+7″DC×1根+Φ244mmSST+ 7″DC×1根+Φ244mmSST +7″DC×2柱+5″DP（常规）9 5/8″Bit+Φ244mmSST+挡板+5″NMDP×1根+7″DC×1根+Φ244mmSST+ 7″DC×1根+Φ244mmSST +7″DC×2柱+5″DP（参考）9 5/8″Bit+Φ244mmSST+挡板+5″NMDP×1根+5″DP×1根+Φ244mmSST+ 7″DC ×1根+Φ244mmSST +7″DC×2柱+5″DP（参考）1.2 对于8 1/2″井眼增斜钻具组合：8 1/2″Bit+Φ214mmSST+挡板+6 1/4″NMDC×1根+6 1/4″DC×1根+Φ214mmSST+ 6 1/4″DC×1根+Φ214mmSST +6 1/4″DC×2柱+5″DP（常规）8 1/2″Bit+Φ214mmSST+挡板+5″NMDP×1根+6 1/4″DC×1根+Φ214mmSST+ 6 1/4″DC×1根+Φ214mmSST +6 1/4″DC×2柱+5″DP （参考）8 1/2″Bit+Φ214mmSST+挡板+5″NMDP×1根+5″DP×1根+Φ214mmSST+ 6 1/4″DC×1根+Φ214mmSST +6 1/4″DC×2柱+5″DP（参考）2、微增斜钻具（一般增斜率3゜/100m）微增斜钻具组合在井下的受力情况和增斜钻具相同，主要是通过减小近钻头稳定器与2号稳定器的距离或者减小近钻头稳定器的外径尺寸（欠尺寸稳定器），以减小钻具的造斜能力。
石油钻井行业钻具组合类型及选用一、钻柱组合1、钻具组合(钻具配合)：指组成一口井钻柱的各钻井工具的选择和连接。
2、下部钻具组合：指最下部一段钻柱的组成。
3、钻柱：是指自水龙头以下钻头以上钻具管串的总称。
由方钻杆、钻杆、钻铤、接头、扶正器等钻具所组成。
4、倒换钻具：下钻时，改变部分立根原先的下入顺序，以改变钻具的受力情况。
5、井下三器：指扶正器、减振器和震击器。
6、钻柱中和点：钻柱的总重量减去给钻头加压所用的那部分钻柱的重量，而形成一个即不受拉又不受压的位置，就叫钻柱的中和点。
二、主要钻具组合类型钻柱是联通地面与井下的枢纽。
不同的钻柱结构及在井下的受力状态，决定了钻头所受钻压的大小和方向。
如定向钻进或井斜较大时，钻头所受实际钻压比钻压表显示的数据要小，若钻柱组合中带有扶正器，实际钻压更小。
同时，由于扶正器与井壁的磨擦作用，使得钻头工作平稳性增强，有利于钻头的使用。
①(刚性)满眼钻具：由外径接近于钻头直径的多个稳定器和大尺寸钻铤组成的下部钻具组合。
用于防斜稳斜。
②塔式钻具：由直径不同的几种钻铤组成的上小下大的下部钻具组合。
用于防止井斜。
③钟摆钻具：在已斜井眼中，钻头以上，切点以下的一段钻铤犹如一个“钟摆”，钻头在这段钻铤的重力的横向分力——即钟摆力作用下，靠向并切削下侧井壁，从而起到减小井斜角的作用。
运用这个原理组合的下部钻具组合称钟摆钻具。
用于防斜和纠斜。
三、增、降、稳斜钻具组合1、降斜组合:2、增斜组合：3、稳斜组合:稳定器在钻具组合中的安放位置不同，钻具组合所表现的性质就不同，一般地将，近钻头稳定器离钻头越近，钻头的增斜力就越大，反之钻头的增斜力则越小。
对于用两只以上稳定器的钻具组合来讲，一号稳定器和二号稳定器之间的距离在有效范围内越大，钻头的增斜力越大，反之钻头的增斜力越小。
四、满眼钻具组合1、满眼钻具组合控制井斜的原理是什么？能减小井斜角吗？产生井斜的原因归结有三：1钻头对井底的不对称切削；2钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜；3钻头上侧向力导致对井底的侧向切削。
第二节第节螺杆钻具(中国石油大学谭春飞主讲)目录一、概述1.井下动力钻具简介2.井下动力钻具发展概述3.井下动力钻具分类3井下动力钻具分类二、螺杆钻具简介、结构及分类1.螺杆钻具简介1螺杆钻具简介2.螺杆钻具结构3螺杆钻具分类3.螺杆钻具分类三、螺杆钻具各部分的工作原理1.旁通阀总成1旁通阀总成2.螺杆钻具马达部分万向轴总成3.万向轴总成4.传动轴总成一、概述1.井下动力钻具简介将动力发动机置于井底直接与钻头相联驱动钻头破碎岩石进行钻井的井下动力装置，称为井下动力钻具。
这种钻井方式称为井下动力钻具钻井。
特点：1)井下动力钻具钻井时，钻杆不转，只承受钻头的反扭矩，这样可1)井下动力钻具钻井时钻杆不转只承受钻头的反扭矩这样可改善钻柱的受力状况，减少钻柱与套管之间的磨损；2)井下动力钻具与转盘钻井相比，转速快，有利于提高机械钻速；3)可实现井身轨迹的定向控制。
4)可与转盘复合，实现复合钻井。
不仅可以实现旋转或滑动钻井，还可提高钻头转速，提高钻井速度。
还可提高钻头转速提高钻井速度2.井下动力钻具发展概况井下动力钻具发展概况世界上第个井下动力钻具的专利于1873年注册于美国，比转盘钻世界上第一个比转盘钻井的提出还早11年；但其真正应用是在20世纪20、30年代的前苏联。
前苏联作为全球主要应用涡轮钻具钻井的国家，在20世纪50年代中期以前，作为全球主应涡轮钻钻井的家在纪年代中期前前苏联80%以上的油井是用涡轮钻具钻成的。
20世纪30年代，法国工程师根据对阿基米德螺旋泵的研究成果设计了单螺杆泵。
1955年，美国戴纳公司(Dyna)在单螺杆泵的基础上研制开发单螺杆钻具，于1958年起开始出售商品，一时占领世界市场。
1966年，前苏联的苏井科学技研究院开始研制多头螺具全苏钻井科学技术研究院VNIIBT开始研制多头螺杆钻具。
井下动力钻具发展概况2.井下动力钻具发展概况随着定向井数目的增加，20世纪70年代，人们对螺杆钻具的兴趣与日俱增。
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。
钻具组合一、13-3/8″井眼钻具组合:1、导管:钻具组合:Ф660mm钻头+Ф203.2mm钻铤*2根+Ф127mm钻杆2、一开直井段:钻具组合: Ф444.5mm钻头+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф203.2mm钻铤*5根+Ф127mm 钻杆钻进参数: 20~50kN, 65r/min, 60~70L/S, 吊打钻进.3、二开直井段:钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф203.2mm钻铤*8根+Ф177.8mm 钻铤*3根+127.0mm钻杆钻进参数: 160~180kN, 65r/min, 48L/S, 控制井斜,否则吊打钻进.4、二开造斜段:0-50度钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф196.9mm1°30′单弯动力钻具+定向接头+Ф177.8mm无磁钻铤*1根Ф177.8mm钻铤*2根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：38L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,造斜率: 25度/100米., (Ф196.9mm1°45′单弯造斜率35度/100米. )5、二开稳斜段:(井斜小于50度)钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф311mm近钻头扶正器*1只+Ф203.2mm短钻铤*1根+φ310 mm 钻柱扶正器*1只+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф310mm钻柱扶正器*1只+φ196mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：160~180kN, 65r/min, 48L/S,说明: 该组合可连接第四只扶正器.6、二开第二造斜段:钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф197mm1°45′单弯动力钻具+定向接头+Ф127mm无磁乘压钻杆*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*30根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：36L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为35度/100米.3、该组合可用于单增剖面.7、二开水平段(稳斜段):钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф311mm近钻头扶正器*1只+Ф203.2mm短钻铤*1根+φ311 mm 钻柱扶正器*1只+Ф127mm无磁乘压钻杆*2根+Ф127mm斜坡钻杆*15根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ196mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：160~180kN, 65r/min, 48L/S,特别说明: 以上组合适用于胜利油田2000米以内井深.1、一开直井段:钻具组合: Ф444.5mm钻头+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф203.2mm钻铤*5根+Ф127mm 钻杆钻进参数: 20~50kN, 65r/min, 60~70L/S, 吊打钻进.2、二开直井段:钻具组合:Ф244.5mm钻头+Ф177.8mm无磁钻铤*1根+Ф177.8mm钻铤*8根+Ф127.0mm 钻杆.钻进参数: 140~160kN, 65r/min, 45L/S, 控制井斜,否则吊打钻进.3、二开第一造斜段:0-45度钻具组合:Ф244.5mm钻头+Ф171.5mm1°30′单弯动力钻具+定向接头+Ф158.8mm无磁钻铤*1根Ф158.8mm钻铤*2根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：30L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,造斜率: 30度/100米., (Ф171.5mm1°45′单弯造斜率33度/100米. )4、二开第二造(增)斜段:(井斜小于90度)钻具组合:Ф244.5mm钻头+Ф244mm近钻头扶正器*1只+Ф158.8mm无磁钻铤*1根+φ177.8mm无磁钻铤*1根+Ф244mm钻柱扶正器*1只+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：160~180kN, 65r/min, 40L/S,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为12度/100米.5、二开第三造斜段:钻具组合:Ф244.5mm钻头+Ф171.5mm1°45′单弯动力钻具+定向接头+Ф127mm无磁乘压钻杆*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*30根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：30L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为33度/100米.3、该组合可用于单增剖面.6、二开井段通井:钻具组合:Ф244.5mm钻头+钻头扶正器*1只+φ127.mm无磁乘压钻杆*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆6、水平段:钻具组合:Ф244.5mm钻头+Ф244mm近钻头扶正器*1只+Ф177.8mm无磁钻铤*1根+Ф244mm钻柱扶正器*1只+φ127.mm无磁乘压钻杆*2根φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：120~140kN, 65r/min, 40L/S,注释: 斜坡钻杆要根据斜井段和水平段长度加入.特别说明: 以上组合适用于胜利油田2000米以内井深.1、一开直井段:钻具组合: Ф444.5mm钻头+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф203.2mm钻铤*5根+Ф127mm 钻杆钻进参数: 20~50kN, 65r/min, 60~70L/S, 吊打钻进.2、二开直井段:钻具组合:Ф311.15mm钻头+Ф203.2mm无磁钻铤*1根+Ф203.2mm钻铤*8根+Ф177.8mm 钻铤*3根+127.0mm钻杆钻进参数: 140~160kN, 65r/min, 48L/S, 控制井斜,否则吊打钻进.3、三开直井段:钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф177.8mm无磁钻铤*1根+Ф177.8mm钻铤*2根+Ф158.8mm 钻铤*9根+127.0mm钻杆钻进参数: 140~160kN, 65r/min, 32L/S, 控制井斜,否则吊打钻进.<40kn,4、三开第一造斜段:0-45度钻具组合:Ф2159mm钻头+Ф165mm1°30′单弯动力钻具+定向接头+Ф158.8mm无磁钻铤*1根Ф158.8mm钻铤*2根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：32L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,造斜率: 30度/100米.,5、三开第二造(增)斜段:(井斜小于90度)钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф215.0mm近钻头扶正器*1只+Ф158.8mm无磁钻铤*1根+φ158.8mm无磁钻铤*1根+Ф214mm钻柱扶正器*1只+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：140~180kN, 65r/min, 35L/S,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为12度/100米.(在井斜45度的基础上)6、三开第三造斜段:钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф165.mm1°45′单弯动力钻具+定向接头+Ф159mm无磁钻铤*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：30L/S 泵压10~12Mpa 压差1~1.5Mpa ,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为33度/100米.3、该组合可用于单增剖面.7、三开稳斜段:井斜大于80度钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф215mm近钻头扶正器*1只+Ф159mm无磁钻铤*1根+Ф214mm 钻柱扶正器*1只+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：140~180kN, 65r/min, 35L/S,注释: 斜坡钻杆要根据斜井段和水平段长度加入.8、三开降斜段:钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф165mm1°单弯动力钻具+定向接头+Ф127mm无磁乘压钻杆*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*30根+φ127.0mm加重钻杆*30根+φ127.0mm钻杆钻进参数：32L/S 泵压10~13Mpa 压差1~1.5Mpa ,注释: 1、斜坡钻杆要根据斜井段长度加入.2、该组合造斜率为19度/100米.9、三开井段通井:钻具组合:Ф215.9mm钻头+φ127.mm无磁承压钻杆*2根+φ127.0mm斜坡钻杆*20根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆10、水平段:钻具组合:Ф215.9mm钻头+Ф215mm近钻头扶正器*1只+Ф159mm无磁钻铤*6m+Ф214mm钻柱扶正器*1只+φ127.mm无磁乘压钻杆*2根φ127.0mm斜坡钻杆*40根+φ127.0mm加重钻杆*10根+φ165mm随钻震击器+φ127.0mm加重钻杆*20根+φ127.0mm钻杆钻进参数：100~120kN, 45r/min, 35L/S,注释: 斜坡钻杆要根据斜井段和水平段长度加入.特别说明: 以上组合适用于胜利油田3000米水平井阶梯剖面.。
