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国内外螺杆钻具的应用及发展趋势大港油田中成机械制造有限公司王春阳 吴爱民 李良君摘要 本文综述国内外螺杆钻具的近十多年来的行业水平及未来发展趋势，介绍了该技术的进展，基础理论与应用，介绍了国内外对螺杆钻具的设计制造技术水平，论述螺杆钻具的发展趋势，提出我国螺杆钻具研究方向。
主题词 螺杆钻具 发展趋势 设计 应用螺杆钻具的工作原理螺杆钻具是利用莫依诺原理以油基泥浆、浮化泥浆、及粘土泥浆等作动力液，把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，从而实现钻井作业。
螺杆钻具由四大部分组成：旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成。
旁通阀总成作用是通过其开启和关闭控制泥浆流向，从而控制马达的启动和停止，同时在起下钻时不使泥浆溢于井台。
马达总成一对由钢制左旋的转子螺杆在钢管内附着的橡胶衬套中共轭啮合形成的螺杆衬套幅，泥浆的压力推动转子转动，从而把压力能转换为机械能。
万向轴总成的作用是将转子的偏心运动转换成传动轴的定轴运动。
传动轴总成的作用是把万向轴传递过来的马达动力传递给钻头，实现破碎岩石作业。
螺杆钻具的应用目前钻井用井下动力钻具有螺杆钻具、涡轮钻具、电动钻具三种，螺杆钻具具有良好的“硬特性”：转速随着钻具扭矩的增加而下降很少，同时又具有良好的“软特性”即通过橡胶的变形漏失泥浆来起缓冲、减震、过载保护的作用。
螺杆钻具以其良好的功率特性使它取代涡轮钻具成为最广泛使用的一种井下动力钻具，它与传统的转盘带动钻杆钻进相比有许多优点1、它可以增加钻头转数和钻头扭矩因而增加进尺率，缩短钻井周期。
2、井底直接提供动力，减少了钻杆底磨损和损坏。
3、可准确的侧钻、造斜、定向、纠偏。
4、可钻定向井、水平井、丛式井，显著提高钻井的经济效益。
螺杆钻具的应用市场非常广阔，随着高产井的开发、后期井的再生利用，薄油层的开采及土地资源政策的制约，定向井得到极大的推广，对螺杆钻具的需求不断增大，东亚、欧美地区许多油田进入后期开采需用定向井。
1.上海阳光泵业制造有限公司上海阳光泵业是集设计/生产/销售泵、给水设备及泵用控制设备于一体的大型综合性泵业集团，是中国泵行业的龙头企业。
总资产达38亿元，在上海、浙江、河北、辽宁、安徽等省市拥有7家企业，5个工业园区，占地面积67万平方米，建筑面积35万平方米。
上海阳光获得了“上海市质量金奖”、“上海市科技百强企业”、“上海市名牌产品”、“中国质量信用AAA级”、“全国合同信用等级AAA级”、“质量、信誉、服务三优企业”、“中国最具竞争力的商品商标”、“五星级服务认证”等荣誉，连续多年入选全国机械500强。
高端人才和高素质的员工队伍是阳光发展的动力。
集团现有员工4500余人，其中工程技术人员500多名，主要由国内知名水泵专家教授、博士硕士、中高级工程师、高级工艺师组成，形成了具有创新思维的梯队型人才结构。
科技创新，是阳光基业长青的生命之源。
集团是上海市高新技术企业、上海市知识产权示范企业和上海市专利示范企业。
上海市级的“企业技术中心”，每年以销售总额的5%，用于技术创新和新产品研发。
2.黄山工业泵制造有限公司黄山工业泵制造有限公司，创建于1996年，建立了“黄泵”和"RSP"螺杆泵品牌，并专业从事螺杆泵研究、设计、制造和配套服务，公司坐落于安徽省黄山市屯溪区九龙工业园，占地4.5公顷，标准化厂房1.3万平方米。
黄泵致力于生产各类别及型式的三螺杆泵、双螺杆泵、单螺杆泵、五螺杆泵，以及螺杆泵集成系统，产品广泛应用于冶金、电力、船舶、石油、化工、环保、建材、机械等行业，产品市场不仅覆盖中国各地，还延伸至欧盟、中东、东南亚、中亚、俄语地区等国际市场。
黄泵目前拥有螺杆泵生产所需的各类专业、高精、智能的加工和检测设备100余套，不论是数控螺杆磨床、卧式加工中心、热处理、表面硬化处理、焊接等加工设备设施，还是产品性能综合测试系统、三坐标测量机、光谱测量仪等测量设备设施，在先进程度上都己达到国际先进水平。
塔河油田TK665CH井卡拉沙依组锻铣侧钻水平井技术李益平【摘要】近年来,在塔河油田老区直井基础上进行.(Φ)177.8 mm套管开窗((Φ)149.2 mm井眼)侧钻是主要开发方向之一.石炭系卡拉沙依组锻铣开窗存在循环压耗大,铁屑上返排量窗口窄,铁屑容易在锻铣套管上窗口堆积,易发生铁屑憋泵、缠刀、退刀困难,侧钻时地层压实性好,机械钻速低,井壁掉块卡钻,穿越两套压力体系井漏,摩阻扭矩大等复杂情况.在TK665CH井石炭系卡拉沙依组(Φ)177.8 mm套管锻铣开窗侧钻施.工中,通过钻头、钻进参数、导向马达、钻具组合的优选,轨迹的监控以及针对性的泥浆技术,侧钻获得成功,为塔河油田老井改造及定向侧钻积累了成功的经验.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2012(039)004【总页数】5页(P31-34,38)【关键词】石炭系卡拉沙依组;锻铣;侧钻;钻井液技术;塔河油田【作者】李益平【作者单位】中石化华北石油局西部工程公司,新疆巴州841600【正文语种】中文【中图分类】TE243TK665CH井是一口三开结构的长裸眼井老井增产改造井。
177.8 mm套管下深5544.02 m到井口。
本井前期侧钻过程中发生2次井漏，因常规堵漏失败，均下桥塞回填。
为保证第三次定向侧钻顺利达到目的层靶点，在石炭系卡拉沙依组定向侧钻。
设计锻铣井段5387～5417 m，侧钻井段5400～6192.92 m，实际锻铣井段5391～5421 m，侧钻井段5402～5721.03 m。
(1)石炭系卡拉沙依组侧钻地层岩性:棕褐色、灰色粉砂质泥岩，棕褐色、深灰色泥岩，即“上泥岩段”。
TK665CH井石炭系卡拉沙依组埋深在5059～5570 m。
石炭系卡拉沙依组泥岩夹含砾砂岩，地层可钻性差，一直是制约机械钻速的一个“瓶颈”。
(2)定向侧钻井眼穿越石炭系和奥陶系两套不同的压力系统。
石炭系泥浆密度1.25～1.33 g/ cm3，而奥陶系地层实钻泥浆密度1.10～1.17 g/ cm3。
德州联合石油机械厂螺杆、整体式套管头
（严焱诚张生军）
7月6日，我与张生军到德州联合石油机械厂调研该厂生产的螺杆及整体式套管头情况，旨在根据厂家生产及销售应用情况优选出一套适合川西地层钻井的螺杆钻具，提高机械钻速，缩短钻井周期。
针对目前需要解决钻井中存在的钻井周期长、钻速慢，钻井成本高的问题，就必须缩短钻井周期、提高机械钻速。
采用螺杆加PDC钻头或长效牙轮钻头的复合钻进技术目前在一些油田也被广泛使用，在合适的工程地质条件下具有常规钻井无法比拟的优越性。
经过四天时间在厂里实地考察、与技术人员交流，根据厂家提供的各个油田螺杆使用的反馈情况及厂家推荐，结合川西特殊的地质条件，在500~2500m的121/2″井眼中选择Ф244的螺杆较为合适；对于整体式套管头，目前所生产的压力级别（最高为70Mpa）还不能达到四川深井的需要，但厂家承诺如果我们需要可以根据我们的实际情况进行设计生产加工。
调研具体情况如下：
1 螺杆
1.1螺杆钻具的型号
表1 螺杆钻具型号及规格
其中还有适合小井眼的螺杆钻具型号，如5 LZ73×7.0、5 LZ89×7.0，适合31/2″~6″井眼，工作扭矩分别为320N·m和560N·m，输出功率为4.2~7.4 Kw
和5.6~11.7Kw，推荐使用钻压为1.5~2t。
1.2螺杆钻具的使用条件
（1）钻井液的比重和粘度
要求尽可能降低钻井液的比重和粘度，比重应不大于1.5。
（2）钻井液固相含量
要求控制在0.5%以内，否则会影响螺杆钻具的寿命。
（3）钻井液PH值
要求PH值在4~10之间，过高或者过低都会对螺杆钻具的零件产生破坏，缩短使用寿命。
（4）钻井液的流量
要求按照使用说明中所推荐的流量范围使用螺杆，流量太大会损坏马达，减少连续使用的时间；太小会导致转速下降。
（5）钻压
要求在使用过程中应当逐渐增加钻压，使螺杆钻具的马达压降尽量达到规定值的中上限，以保证马达最大限度地提供输出扭矩以满足钻头破岩的需要。
如果钻压过大，不但会损坏传动轴推力轴承，还会使马达压降过高发生滞动现象，若滞动时间过长，会使马达严重损坏。
（6）钻头
螺杆设计钻头水眼压降最大为7.0Mpa，水眼过大将会使轴承得不到良好的润滑以及降低螺杆钻具承受钻压的能力；水眼过小，泵达到额定值时，流量相对小，不能充分发挥马达的性能，流量达到额定值时，系统压力偏高，影响推力轴承的寿命。
（7）井温
要求根据井底温度选择常温螺杆钻具（耐热温度≤120℃）及高温螺杆钻具（耐热温度≤150℃）。
1.3螺杆钻具中的马达
不同速度的马达取决于转子与外壳的瓣比，瓣比越大，其扭矩越大，转速越低，同时与马达的级数成正比。
图1 不同头数转子截面图
图2 5头转子截面图
图3 转子俯视图
1.4螺杆钻具的技术参数
表2 螺杆钻具技术参数表
螺杆有直螺杆和0.25º~3.0º的单弯或双弯螺杆。
在121/4″井眼中，德州机械厂认为可使用的直螺杆的尺寸为Ф197、Ф215、Ф244，各型号需要的泵功率不一样，Ф215的螺杆需要泵能达到40l/s左右的排量，而Ф244的螺杆要求泵排量为50l/s左右。
选择原则可根据地层岩石需要破岩的力，泵能达到的排量及地面能承受的压力，如果这些条件能很好满足，推荐使用刚性好的Ф244螺杆。
他们认为螺杆的选用与地层岩性关系不大，选用地层适用的钻头然后再搭配适当的螺杆，满足能够破岩，提高机械钻速。
1.5螺杆的现场使用情况
表3 德州螺杆现场使用情况
注：螺杆的使用情况是根据德州螺杆在现场应用的反馈情况总结，由德州联合石油机械厂提供。
德州螺杆在全国各大油气田均有使用，如长庆、胜利、中原、大庆、青海、新疆、四川等。
如上表，在四川川东北地区的海相地层也应用较好，其机械钻速达到3.67m/h；在青海油田机械钻速达到4.76 m/h；其中重钻70855井队在新疆应用Ф244螺杆效果也较好。
2 整体式套管头
整体式套管头是为简化、缩短井口防喷装置的安装程序和工作量，在钻井过程中无需拆卸防喷器组，节省安装时间，同时固井前座封，套管易同心，便于后期作业。
安装套管头时待表层套管水泥凝固后，将133/8″双公短节装入下壳体，对扣上紧，然后安装防喷器及组件，连接四通和喇叭口，试压合格后用专用工具送保护套到预定位置，并用顶丝顶紧。
下95/8″套管前，松开顶丝，取出保护套，接循环管线循环，在95/8″套管最后一根套管上连接悬挂体及联顶节，送入到预定位置，紧顶丝固定悬挂体，进行循环泥浆、固井、候凝，完成悬挂体安装。
下开开钻前，先卸掉联顶节，试压合格后下入保护套。
下7″或51/2″套管前，松开顶丝，取出保护套，接循环管线循环。
在7″或51/2″套管最后一根套管上连接悬挂体及联顶节，送入到预定位置，紧顶丝固定悬挂体，进行循环泥浆、固井、候凝，完成悬挂体安装。
候凝后，将闸阀、压力表等按完井要求装好。
图7 整体式套管头的剖面图
目前生产的整体式套管头能承受最高压力为70Mpa，主要是承压检验设备的
泵不能达到105 Mpa。
