螺杆钻具技术演示

国外石油机械俄罗斯两项螺杆钻具专利技术简介刘镇定(兰州石油机械研究所)摘要 鉴于螺杆钻具不能完全适应当代先进钻井工艺要求的状况,从其技术改进的成果中简要介绍了俄罗斯两项螺杆钻具专利技术:其一,自动补偿转子和定子磨损的螺杆钻具。

该螺杆钻具的马达采用自动补偿转子和定子磨损的结构,可以延长其工作寿命,使之在钻井过程中始终保持高效率。

其二,产生轴向脉冲载荷的螺杆钻具。

钻具工作中,在转子上产生的轴向振动,使钻头的轴向力及由转子传递给钻头的扭矩具有同步变化的特性,既可以提高钻头破岩效率,也有利于克服钻柱与井壁的摩擦力,对于钻水平井尤其有重要意义。

关键词 螺杆钻具 自动补偿 脉冲载荷 专利螺杆钻具是目前广泛应用的井下动力钻具之一,它可以大幅度提高钻井质量和速度,缩短建井周期,降低钻井成本,但它并不能完全适应当代先进钻井工艺的要求,因而,其技术改进的成果时有报道。

现选取俄罗斯两项螺杆钻具专利技术做概要介绍。

自动补偿转子和定子磨损的螺杆钻具[1]1 结构特点自动补偿转子和定子磨损的螺杆钻具结构如图1所示。

这种钻具的马达采用自动补偿转子和定子磨损的结构来提高工作寿命。

将弹性橡胶定子7用筋杆5与上定心盘10及下定心盘4组成的骨架加固,以提高其轴向刚性。

筋杆硫化在橡胶定子内,与定心盘刚性连接,并固定在钻具外壳6内。

定子与钻具外壳之间形成一环腔。

在与高压腔相邻的上定心盘上,有沿圆周均布的弧形通孔9,使高压腔a与定子和钻具外壳间的环腔沟通。

为了避免环腔结垢,通孔9制成弧形(图1b)。

在定子长度上,可以有多个均布的带孔的中间定心盘,并用垫环固定在壳体内。

这样,橡胶定子便具有了足够的轴向刚性,而在径向却仍保持有柔性。

图1 自动补偿转子和定子磨损的螺杆钻具1 轴承节轴;2 径向轴承;3 万向轴;4 下定心盘;5 筋杆;6 钻具外壳;7 橡胶定子;8 转子;9 弧形孔;10 上定心盘 2 工作原理在钻井液流向马达工作腔的同时,有一部分经过定心盘的通孔9进入定子与壳体间的环腔。

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。

文件编号：GD/FS-6020（解决方案范本系列）螺杆钻具使用技术措施详细版A Specific Measure To Solve A Certain Problem, The Process Includes Determining The Problem Object And Influence Scope, Analyzing The Problem, Cost Planning, And Finally Implementing.编辑：_________________单位：_________________日期：_________________螺杆钻具使用技术措施详细版提示语：本解决方案文件适合使用于对某一问题，或行业提出的一个解决问题的具体措施，过程包含确定问题对象和影响范围，分析问题，提出解决问题的办法和建议，成本规划和可行性分析，最后执行。

，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。

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。

螺杆钻具技术参数C 5 LZ 172 * 7.0 II -D K W F G其中“C”表示：马达形式（C-长马达、D-短马达、K-空气或泡沫马达省略-常规马达）“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（外径,mm）“7.0”表示：允许使用的转子水眼压降（MPa）“II”表示：产品改进次数“D”表示：弯钻具弯角形式:D-单弯（弯接头或弯壳体）P-大偏移距同向双弯（弯接头+单弯壳体） T-同向双弯S-异向双弯（DTU）J-铰接钻具K-可调弯壳体无-直钻具“K”表示：K-可调弯壳体钻具结构形式省略-固定弯壳体钻具结构形式“W”表示：稳定器（W-传动轴壳体带稳定器；省略-不带稳定器）“F”表示：转子中空分流（F-转子中空分流；省略-转子非中空）“G”表示：钻具耐温特性（G-耐温150℃；省略-耐温120℃）螺杆钻具技术参数(多头)钻具型号外径流量/中空流量钻头钻速 (r/min) 马达压降(MPa) 工作扭矩(N.m) 最大扭矩(N.m) 推荐钻压(kN) 最大钻压(kN) 最大功率(kW) 长度(m)连接螺纹（API正规）(Inch) (mm)上端下端5LZ60*7.0 23/8 60 1.26～3.13 140～3602.5160280 5 10 6.03 3.3 1.9TBG 1.9TBG 5LZ73*7.0 27/8 73 1.26～5.05120～480 3.45 275 480 12 25 13.83.45 23/8TBG23/8 5LZ89*7.0 31/2 89 2～795～3304.1 5609801837 19.35 4.67 23/8 23/8 5LZ95*7.033/495 4.73～11.04 140～320 3.2710 1240 2140 23.8 4.21 27/8 27/8 C5LZ95*7.0-Ⅱ 33/4 95 5～13.33 140～380 5.2 1200 1920 35 70 47.8 5.49 27/8 27/8 C5LZ95*7.0 33/4 955～13.33140～3806.5 1490 2235 40 80 59.3 6.88 27/8 27/8 5LZ100*7.037/8100 4.73～11.04 140～3203.2710 1240 214023.84.2127/827/85LZ120*7.0 43/4 120 5.78～15.8 70～200 2.5 1300 2275 55 72 27.23 4.88 31/2 31/2 C5LZ120*7.0 43/4 120 6.667～20 90～270 5.2 2500 4000 55 100 70.5 6.88 31/2 31/2 3LZ165*7.0 61/2 165 17～27 200～300 4.1 2500 3750 80 160 78.54 6.5 41/2 41/2 5LZ165*7.0 61/2 16516～28100～1783.2 3200 5600 80 160 59.656.541/2 41/2 C5LZ165*7.0 61/2 165 18.93～37.85 125～250 5.0 5000 8000 90 180 112.6 8.15 41/2 41/2 D7LZ165*7.0 61/2 165 18～28 130～200 2.5 5000 3680 80 150 48.2 4.97 41/2 41/2 9LZ165*7.0 61/2 16519～31.685～1352.5 2300 5600 80 160 45.24 5.7 41/2 41/2 5LZ172*7.0 63/4 172 18.93～37.85 100～2003.2 3200 5856 100 20076.66.7141/2 41/2 C4LZ172*7.063/4172 18.93～37.85 150～300 7.0 3660 10110 170 340 198.55 9.18 41/2 41/2 C5LZ172*7.0-Ⅱ 63/4 172 18.93～37.85 100～200 4.5 6320 8240 150 300 1.7.8 7.76 41/2 41/2 C5LZ172*7.0 63/4 172 18.93～37.85 100～200 6.0 5150 10992 170 340 144 9.18 41/2 41/2 5LZ197*7.0 73/4 197 22～36 95～150 3.2 6870 8750 120 240 78.54 6.9 51/2 65/8 C5LZ197*7.0 73/4 197 22～36 100～160 5.2 5000 14220 145 290 1508.751/2 65/8 C3LZ216*7.0 81/2 216 28～56.78 145～290 5.0 8890 12700 200 360 240.8 8.285 65/8 65/8 C5LZ216*7.0 81/2 21628～56.78105～2105.0 10700 17100 200 360 235.3 8.285 65/8 65/8 3LZ244*7.095/8244 18.93～56.78 96～2905.0 7040 11260 210400213.8 7.5665/875/85LZ244*7.0 95/8 244 50.7～75.7 90～140 2.5 9300 16275 210 400 136.3 7.8 65/8 75/8螺杆钻具技术参数(单头)钻具型号外径流量/中空流量钻头钻速(r/min) 马达压降(MPa) 工作扭矩(N.m) 最大扭矩(N.m) 推荐钻压(kN)最大钻压(kN) 最大功率(kW) 长度(m)连接螺纹（API正规）(Inch) (mm)上端下端LZ127*3.5 5 127 9.5～18.5 355～560 2.5 576 1152 20 40 33.78 5.8 31/2 31/2 LZ165*3.5 61/2 165 12.6～22 275～480 2.5935 187029 55 47 6 41/2 41/2 LZ197*3.5 73/4 197 19～28.4 275～415 2.5 1532 3064 54 83 66.6 6.2 51/2 65/8 LZ244*3.5 95/8 244 25.2～44 215～375 2.5 2632 5246 49 102 1037.8765/8 75/8 LZ100*7.0 37/8 100 4.7～11 280～700 5.17 650 1300 35 57 47.65 6.4 27/8 27/8 LZ120*7.0 43/4 120 6.33～15 245～600 4.0 790 1580 35 70 50 6.4 31/2 31/2 LZ127*7.0 5 127 9.5～19345～690 3.1712 142447 110 51.56.631/2 31/2 LZ165*7.0 61/2 165 15.8～25.2 350～550 4.1 1817 3634 80160 104.7 7.3 41/2 41/2 LZ197*7.0 73/4 197 19～31.6 230～390 4.1 2928 5856 120 240 120 7.8 51/2 65/8 LZ244*7.095/824438～63240～400 4.1 6236 12472 213329261.2965/875/8螺杆钻具技术参数(空气或泡沫)钻具型号外径流量/中空流量钻头钻速(r/min) 马达压降(MPa) 工作扭矩(N.m) 最大扭矩(N.m) 推荐钻压(kN) 最大钻压(kN)最大功率(kW)长度(m)连接螺纹（API正规）(Inch) (mm) 上端下端K5LZ95*7.0 33/4 95 5～10 60～1302 1000 1600 30 60 13.61 5.8 27/8 27/8 K7LZ120*7.0 43/4 120 10～20 50～100 1.8 2770 4430 55 100 29.0 6.2 31/2 31/2 K7LZ172*7.063/4172 22～38.5 50～1002.46000960015030062.86.741/241/2K7LZ197*7.0 73/4 19733.5～56.750～80 2.4 11000 17600 200 380 92.2 6.9 51/2 65/8K7LZ244*7.0 95/8 244 42～70 40～70 2.4 15000 24000 210400 110 7.8 65/8 75/8。

螺杆钻具使用规程1范围螺杆钻具的技术参数、下井前的检查、下钻、钻进、起出及现场交接的使用规程。

2螺杆钻具的技术参数和型号说明及螺杆组成示意图2.1螺杆钻具的技术参数根据每次国民油井公司所发钻具参数为准。

2.2螺杆钻具的型号说明:2.3螺杆组成示意图螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下工具，其由传动轴总成、马达总成、万向轴总成、防掉总成和旁通阀总成五大部分组成 .泥浆泵输出的泥浆，流经旁通阀进入马达.在马达进出口形成一定压差推动马达的转子旋转,并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。

螺杆钻具的性能主要取决于马达总成。

旁通阀总成：它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成。

它有旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，使钻柱中泥浆循环绕过不经过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。

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，使其转变成机械能。

当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。

马达总成：它由定子和转子组成。

定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成。

橡胶内孔是具有一定几何参数的螺旋。

转子是一根有镀铬硬层的螺杆。

转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的螺旋密封线，同时形成密封腔。

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

马达定子一个导程组成一个密封腔，也称为一级。

每级额定工作压降为0.8Mpa,最大压降为额定工作压力的1.3倍，如四级马达，额定压降应为3.2Mpa,最大压降为4.2Mpa。

压降超过此值马达就会产生泄漏，转速很快下降，严重时会完全停止转动，甚至造成马达损坏，应特别注意。

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，甚至马达磨损加快。

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，随着负载的增加，钻具的转速有所降低，因此在地面只要根据压力表控制压力，根据流量计控制泵的流量，就可以控制井下钻具的扭矩和转速。

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。

螺杆钻具使用说明书石油机械制造有限公司chenyinhai@地址：号电话：0 传真：01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。