螺杆钻具详细介绍
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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。
螺杆钻具参数本文介绍了螺杆钻具技术参数,包括钻具型号、外径、流量、钻头钻速、马达压降、工作扭矩、最大扭矩、推荐钻压、最大钻压、最大功率、长度和连接螺纹等信息。
钻具型号包括“C 5 LZ 172 * 7.0 II - D K W F G”,其中“C”表示马达形式,“5”表示转子头数,“LZ”表示螺杆钻具产品代号,“172”表示螺杆钻具规格,“7.0”表示允许使用的转子水眼压降,“II”表示产品改进次数,“D”表示弯钻具弯角形式,“K”表示可调弯壳体钻具结构形式,“W”表示稳定器,分流则表示转子中空,“G”表示钻具耐温特性。
这些钻具型号都有不同的外径、流量、钻头钻速、马达压降、工作扭矩、最大扭矩、推荐钻压、最大钻压、最大功率、长度和连接螺纹等参数。
例如,“5LZ60*7.0”的外径为23/8英寸,流量为60,马达压降为2.5MPa,工作扭矩为160N.m,最大扭矩为280N.m,推荐钻压为5kN,最大钻压为10kN,最大功率为6.03kW,长度为3.3m,连接螺纹为1.9TBG。
总之,螺杆钻具技术参数是钻井作业中非常重要的指标,不同的型号和参数适用于不同的作业需求,选用合适的螺杆钻具可以提高钻井效率和质量。
螺杆钻具技术参数(单头)以下是不同型号的螺杆钻具技术参数,包括外径、流量/中空流量、钻头钻速、马达压降、工作扭矩、最大扭矩、推荐钻压、最大钻压、最大功率、长度和连接螺纹。
LZ127*3.5钻具型号:LZ127*3.5外径:5英寸(127毫米)流量/中空流量:9.5~18.5钻头钻速:355转/分马达压降:2.5 MPa工作扭矩:576 N.m最大扭矩:1152 N.m推荐钻压:20 kN最大钻压:40 kN最大功率:33.78 kW长度:5.8米连接螺纹(API正规):31/2英寸LZ165*3.5钻具型号:LZ165*3.5外径:6.5英寸(165毫米)流量/中空流量:12.6~22钻头钻速:275~480转/分马达压降:2.5935 MPa工作扭矩:1870 N.m最大扭矩:N/A推荐钻压:N/A最大钻压:N/A最大功率:33.78 kW长度:N/A连接螺纹(API正规):31/2英寸C5LZ172*7.0-Ⅱ63/4钻具型号:C5LZ172*7.0-Ⅱ63/4 外径:6.75英寸(172毫米)流量/中空流量:18.93~37.85 钻头钻速:150~300转/分马达压降:7.0 MPa工作扭矩:3660 N.m最大扭矩: N.m推荐钻压:170 kN最大钻压:340 kN最大功率:198.55 kW长度:9.18米连接螺纹(API正规):41/2英寸C5LZ172*7.0 63/4钻具型号:C5LZ172*7.0 63/4外径:6.75英寸(172毫米)流量/中空流量:18.93~37.85钻头钻速:100~200转/分马达压降:4.5 MPa工作扭矩:6320 N.m最大扭矩:8240 N.m推荐钻压:150 kN最大钻压:300 kN最大功率:1.7.8 kW长度:7.76米连接螺纹(API正规):41/2英寸5LZ197*7.0 73/4钻具型号:5LZ197*7.0 73/4外径:7.75英寸(197毫米)流量/中空流量:22~36钻头钻速:95~150转/分马达压降:3.2 MPa工作扭矩:6870 N.m最大扭矩:8750 N.m推荐钻压:120 kN最大钻压:240 kN最大功率:78.54 kW长度:6.9米连接螺纹(API正规):51/2英寸C5LZ197*7.0 73/4钻具型号:C5LZ197*7.0 73/4 外径:7.75英寸(197毫米)流量/中空流量:22~36钻头钻速:100~160转/分马达压降:5.2 MPa工作扭矩:5000 N.m最大扭矩: N.m推荐钻压:145 kN最大钻压:290 kN最大功率:8.7 kW长度:7.76米连接螺纹(API正规):51/2英寸C3LZ216*7.0 81/2钻具型号:C3LZ216*7.0 81/2外径:8.5英寸(216毫米)流量/中空流量:28~56.78钻头钻速:145~290转/分马达压降:5.0 MPa工作扭矩:8890 N.m最大扭矩: N.m推荐钻压:200 kN最大钻压:XXX kN最大功率:240.8 kW长度:8.285米连接螺纹(API正规):65/8英寸C5LZ216*7.0 81/2钻具型号:C5LZ216*7.0 81/2外径:8.5英寸(216毫米)流量/中空流量:28~56.78钻头钻速:105~210转/分马达压降:5.0 MPa工作扭矩: N.m最大扭矩: N.m推荐钻压:200 kN最大钻压:XXX kN最大功率:235.3 kW长度:8.285米连接螺纹(API正规):65/8英寸3LZ244*7.0 95/8钻具型号:3LZ244*7.0 95/8外径:9.625英寸(244毫米)流量/中空流量:18.93~56.78 钻头钻速:96~290转/分马达压降:5.0 MPa工作扭矩:7040 N.m最大扭矩: N.m推荐钻压:210 kN最大钻压:400 kN最大功率:213.8 kW长度:7.56米连接螺纹(API正规):65/8英寸5LZ244*7.0 95/8钻具型号:5LZ244*7.0 95/8外径:9.625英寸(244毫米)流量/中空流量:50.7~75.7钻头钻速:90~140转/分马达压降:2.5 MPa工作扭矩:9300 N.m最大扭矩: N.m推荐钻压:210 kN最大钻压:400 kN最大功率:136.3 kW长度:7.8米连接螺纹(API正规):65/8英寸。
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。
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。
四.螺杆钻具使用方法1.地面检查(1) 螺杆上、下接头(旋转钻头短节)是否有松扣或松动现象,如有松扣现象进行紧扣。
(2) 下接头固定螺栓是否有松扣现象,若有进行紧扣。
(3) 旁通阀是否能关闭,若不能关闭,可采用机油浸泡活动,直到能关闭为止。
(4) 要注意观察弯螺杆上部弯方的标记与下部弯接头弯曲的方向是否一致。
(5) 螺杆钻具上、下钻台必须使用绷绳绷,防止碰撞损坏螺杆钻具。
(6) 用游车吊起螺杆钻具,测量轴承壳体与旋转短节间的轴向间隙,在下放游车让螺杆钻具触到转盘,再测量轴承壳体与旋转短节间的轴向间隙,两者间隙差6-1/2"螺杆不大于6mm,7-3/4"和9-5/8"螺杆不大于8mm,否则应更换螺杆。
(6) 让螺杆钻具与方钻杆相接,把扣上紧,将螺杆钻具的旁通阀下放到转盘面以下,开泵,小排量使钻井液流进马达,应能看见钻井液从旁通阀的旁通孔流出;随着排量加大,马达开始转动,旁通阀关闭;如一切正常,停泵卸方钻杆,接钻头下钻。
2.钻具下井(1) 下放钻具及其组合应小心地控制下放速度。
下钻遇阻,应开泵循环,慢慢划眼通过。
若带有弯接头或弯壳体的钻具遇阻时应间歇性地转动钻具,慢慢通过,以防止划出新眼。
(2) 对深井和高温井,下放钻具建议周期性地进行中途循环。
(3) 在井内,若钻井液不能迅速通过旁通阀阀口流进钻柱中,应减慢下放速度或不时停下来充罐泥浆。
3.启动(1) 钻具达到预先确定的位置,可以开泵循环。
,(2) 定向前充分清洗井底。
4.钻进(1) 下钻完,接方钻杆前把钻杆滤子放入钻杆;钻头离井底1米以上开泵,开泵正常后方能下放钻进,缓慢均匀加压。
(2) 钻进中要随时注意泵压变化情况(当排量给定的前提下)、钻时、岩性变化情况,防止意外事故发生。
(3) 对于弯螺杆要注意选择弯曲角的大小,以满足钻井工程设计的要求。
(4) 钻进中几种异常情况的处理:◆指重表摆动不停。
将钻头提离井底,循环几分钟,待指重表稳定后再钻进。