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中短半径水平井螺杆钻具力学性能分析随着油田的持续开发和老油区作业频繁使油水井井况日趋恶化,加上油藏的非均质性,严重影响油田采收率的提高。
采用中短半径水平井技术,不但可以节约钻井成本,而且还可以增大油层裸露面积,从而提高采收率和经济效益。
特别在我国,随着东部诸多主力油田相继进入高含水期,每年都有相当一部分老井枯竭停产,采用中短半径侧钻水平井技术对于“稳定东部,发展西部”的石油能源战略具有重要意义。
本文采用弹性稳定理论研究弯外壳螺杆钻具在弯曲井眼内的受力和变形特性,着重推导了同一跨内有两种不同刚度的梁柱在不同外载作用下端部转角的计算模型,用于解决下部钻具组合中所存在的变刚度力学问题。
论文中计算了φ120mm和φ165mm弯外壳螺杆钻具在不同结构参数(弯角的大小和位置、下稳定器的位置和直径、上稳定器位置和直径等)、井眼几何参数(钻头处井斜角、井眼曲率等)和钻井工艺参数(钻压)下的钻头侧向力,在此基础上,采用极限曲率法对弯外壳螺杆钻具的造斜率进行了预测。
本文还研究了弯外壳螺杆钻具在φ139.7mm和φ177.8mm套管内下入的可行性;在进行下部钻具组合受力分析和钻头-地层岩石相互作用机理的基础上,建立了井眼轨迹预测模型,并用实例进行了验证。
研究结果表明,弯外壳螺杆钻具的钻头侧向力和极限曲率与弯外壳螺杆钻具的结构弯角、稳定器的位置及稳定器的间隙(或垫块高度)、钻压、井底井斜角等参数密切相关。
结构弯角越大、垫块高度越高,钻头侧向力越大,相应的极限曲率也大;钻压和井斜角对中短半径水平井井眼内使用的小尺寸螺杆钻具的力学性能的影响不太显著,只能起到微调的作用。
弯外壳螺杆钻具组合在套管内的通过度是不一样的,φ88.9mm的双弯螺杆在φ139.7mm的套管内能顺利下入,而φ120mm单弯螺杆(弯角3.5°)在φ177.8mm套管内下入较为困难,需要借助外力才能下入。
本论文的研究成果为预测弯外壳螺杆钻具的造斜率,选择螺杆钻具的结构参数和制定合理的钻井参数提供了重要的理论依据。
钻井用井下动力钻有涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具等，增加防掉结构，使马达转子、万向轴、传动轴在断裂时不致掉螺杆钻具以其良好的功率特性成为目前最广泛使用的井下动力井形成落鱼，在中空转子上用性能可靠的过渡接头代替旁通钻具，国外一些国家对螺杆钻具的研究比较早，我国螺杆钻具阀，有效地避免了因旁通阀关闭不上造成马达不转的危险。
我的研究始于20世纪80年代，经过三十多年的发展虽然取得了一国螺杆钻具存在马达功率衰减快，脱胶、掉块等现象发生，还定的成果，但仍与国外有很大的差距。
本文从螺杆钻具的工作不能杜绝钻具掉井事故的发生。
寿命、安全性、设计技术、加工手段四个方面系统地介绍了国 3 设计技术内外螺杆钻具的情况，为现场使用提供认识。
目前，国内五大主要螺杆钻具制造厂家为：北京石油机械1 工作寿命厂、天津大港油田中成机械厂、山东潍坊生建机械厂、山东潍目前国外螺杆钻具寿命一般都在200～300h以上。
美国在发坊蛟龙机械厂和地矿部德州石油钻探机械厂。
大家所熟知的迪展螺杆钻具技术方面取得的成果最辉煌，著名的品牌有Dyna-纳钻具△500、△500、F2000型三大系列产品，规格从13/4＂到Drill、Navi-Drill、Drilex、Power Park、D型钻具。
Nvai-Drlil螺12＂十多种规格。
其结构特点是采用碟簧式传动轴、花瓣式万杆钻具是使用寿命最高的，推力轴承使用寿命为200h；驱动轴向轴，有可调角度钻具，钻具弯角地面可调。
国内螺杆钻具在寿命为200h；径向轴承寿命为280~300h；万向轴寿命为结构上差别不大，与国外螺杆钻具相比虽然寿命稍短但在性能400~500h；转子与定子寿命为400~700h，该品牌的小直径螺杆方面与国外钻具差别不大。
我国螺杆钻具存在的主要问题是传[1]钻具，采用粉末冶金人造聚晶金刚石止推轴承，使用寿命为动轴窜轴现象严重，有断轴现象，万向轴磨损快。
我国的螺杆250～300h；美国Dyna1000系列螺杆钻具最高使用寿命为429～钻具寿命之所以徘徊在100～150h，很大程度上受到传动轴寿命540h；原苏联螺杆钻具使用寿命为155～299h；贝克休斯公司生短的影响。
空气螺杆钻具研制、特性分析及现场实验与应用中国石油勘探开发研究院钻井所北京石油机械厂作为新型的钻井技术，以空气钻井为代表的气体钻井和欠平衡钻井在国外油气勘探与开发中获得广泛应用，在国内也正呈快速发展趋势。
空气螺杆钻具是应用这类新型钻井技术钻定向井及其他特殊工艺井所必需的工具。
一、概述近些年来，气体钻井和欠平衡钻井在国外获得了比较普遍的应用，取得了显著的技术效益和重大经济效益。
例如，在满足相应的前提下，气体钻井如空气钻井、天然气钻井、氮气钻井、尾气钻井等，可成倍提高机械钻速，明显缩短钻井周期，降低钻井成本；欠平衡钻井，则可对储层进行有效保护，有利于提高钻遇率和开发率。
为推广和扩大空气钻井的应用规模，美国能源部曾规定2004年的空气钻井口数不低于本土总钻井口数的30%。
近些年来，我国也开始关注、尝试应用空气钻井技术，在一定规模上采用欠平衡钻井技术，取得了可喜的进展。
随着对这些技术在直井上应用经验的逐步积累和日渐成熟，在定向井及其他特殊工艺井上应用这些技术，已成为必然的发展趋势，这将在很大程度上扩展气体钻井与欠平衡钻井的应用领域。
空气螺杆钻具(或称气体螺杆钻具)是用气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必需工具。
但在2001年底以前，此类新型螺杆钻具产品在国内仍为空白。
中国石油集团长城钻井公司在伊朗承担的空气钻井项目，急需φ244(9-5/8")的空气螺杆钻具，经与外商询价，每台价格在13万美元以上，无法承受，大批量的购买更无从谈起。
为了解决生产急需和节约外汇，集团公司科技发展部考虑利用国内技术力量解决伊朗项目的现场急需，并为国内欠平衡钻井与空气钻井提供工具，决定成立“伊朗欠平衡钻井空气螺杆钻具研制”课题组，由中国石油勘探开发研究院钻井所和北京石油机械厂承担，并任命苏义脑为课题组长，组织攻关。
在2001年5月~2002年11月这一年半时间中，课题组克服了重重难关，终于完成了K7LZ120和K7LZ244两种系列的空气螺杆钻具样机的设计、制造、室内实验台架设计和空气钻井的有关理论研究工作，并于2002年7月进行了K7LZ120样机的地面实钻实验和2002年8月在长庆苏35－18井的下井实验，均取得成功。
浅谈螺杆钻具API螺纹检测技术的应用与发展螺杆钻具是钻采石油的重要工具，在当今钻井提速、地质情况复杂，对螺杆钻具的产品质量要求更高，螺杆钻具的质量对提高石油资源的开采有很大的影響，API螺纹也是影响螺杆钻具质量的重要因素之一，如何提高螺杆钻具的产品质量，那就要加强螺杆钻具API螺纹检测手段，在本次研究中主要对螺杆钻具API螺纹检测技术的应用与发展进行研究。
标签：单参数测量仪;API螺纹;应用API螺纹是石油产品中使用最广的，REG（正规）、IF（内平）、NC（数字）这些螺纹是这一产品非常重要的组成部分，所以，需要重点检测API螺纹。
长时间以来，石油领域内的螺纹检测都是专用的塞规、量规检测紧密距来开展工作判定，所以，在工作当中一般会选择紧密距看做是石油螺纹检测的指标。
但是，随着检测技术的不断发展，螺纹单参数测量仪已经在单位使用，通过该参数与螺纹规的配合应用，能够分析螺纹加工的技术要求。
一、螺杆钻具API螺纹检测过程中需要注意的问题分析一般而言，螺纹检测作业当中，需要注重以下几个问题。
一是，在具体时间中量规与量具，并且和被测产品之间保持一定的等温，量具与被检测的产品没有温差，加工螺纹后会有切削热存在，这时候如果试量规，尤其是内螺纹量规，就会对测量结果产生不良的影响，还会导致量规难以从接头中卸下来，抱死量规;二是，再测量API内螺纹端面距时，必须注意记录工作过程，认真、仔细、如实填写记录表，螺杆钻具内螺纹端面距正负号不要标错，量规进去标号正，反之负号;三是，图1，在使用锥度螺纹单参数测量仪的时候，必须彻底地清除量表回程的误差;四是，需要正确看待测量锥度的回零问题。
当回零不正确的话，就需要重新测量，必须注重完成螺纹区测量的螺距之后，全面覆盖这一区间，即能够重叠测量的螺距，然而如果只是在一个螺距中是不行的，通过重叠方式进行检测，由小端再到大端的检测过程中，需要注重表读数和具体测量之间的数值一致性，不然的话就需要通过表盘最大的读数和指针读数差获得测量值;五是，修正好紧密距。
高效导向螺杆钻具性能分析及其应用摘要：在井眼轨迹控制过程中，进行滑动导向与复合钻进时，利用常规导向螺杆会出现钻头加载困难以及形成螺旋井眼的问题，从而对井眼轨迹的控制效果产生影响。
为解决该问题，以前用过宽带的直棱和螺旋稳定器，本文特针对导向螺杆的结构做了改进与创新，准备在螺杆钻具驱动头位置设计带宽很窄螺旋稳定器。
本文就针对改进后的导向螺杆钻具进行讨论。
关键词：导向螺杆井眼轨迹控制钻具一、高效导向螺杆钻具由于利用常规螺杆会出现钻头加载困难、形成螺旋井眼等问题，因此对其进行结构创新，即在螺杆钻具驱动位置设计一种受螺杆钻具驱动旋转的窄带螺旋稳定器，其主要作用包括：首先，作为底部钻具组合的近钻头支点，从而有效的提高BHA的滑动导向能力；其次，近钻头近满眼设计可以修正井壁；最后，滑动导向钻进过程中，近钻头稳定器处于旋转状态，与常规的导向螺杆钻具相比，近钻头稳定器的滑动阻力更小，所以拖压问题即可得到彻底解决。
这种导向螺杆的结构变化使得钻井过程中BHA的力学特征发生了改变。
二、高效导向螺杆钻具的承载能力改变了高效导向螺杆钻具的结构，相应的就会改变钻进过程中螺杆钻具的受力特征。
传动轴是轴力与扭矩的核心承载部件，其有着十分复杂的受力特征，也是螺杆钻具中最薄弱的环节，所以要对其强度特征做全面分析，并提出结构优化方案。
下面以172mm高效导向相钻具为例进行分析。
（二）传动轴的应力计算与分析通过ANSYS系统可以将传动轴受到外载与约束作用状态下的应力分布计算出来，从计算结果可知，最大应力值为434 MPa，发生在传动轴过渡截面处。
针对不同外径计算其最大应力值，从计算结果可以得知，如果材质的条件不变，传动轴的外径越大，则作业的安全系数越高，如果把传动轴的外径由提高5mm，可以提升16%的承载能力，所以传动轴外径的取值为85mm。
三、近钻头稳定器的结构设计与螺杆动力系统的优化（一）优化近钻头稳定器的结构从某种意义上说，高效导向螺杆钻具的应用效果由近钻头稳定器的结构来决定，因此近钻头稳定器要具备两个条件，其一，稳定器基于旋转状态的支点效应、稳定性以及尽量低的额外扭矩；其二，要将岩屑及时排导出去。
螺杆钻具在油气钻井中的理论分析和应用选型油气钻井是油气勘探与油气开发的主要手段。
螺杆钻具可以说是目前使用最广泛的一种井下动力钻具,特别是配合PDC钻头可以获得很好的经济效益。
在油气钻井中,螺杆钻具主要用于钻特殊工艺井,如定向井、水平井、丛式井、大位移井、大斜度井和多分支井等以及直井防斜打直打快。
螺杆钻具配合PDC
钻头的复合钻井技术,不但可以提高机械钻速,还可以提高单只钻头的实际进尺,从而实现快速钻进和提高钻进效率。
本文研究了螺杆钻具打快防斜的机理,采用螺杆钻具配PDC钻头的钻井方式能够提高机械钻速,其主要的原理就是提高了钻头的机械能量,主要是转速。
采用单弯螺杆钻具与高效PDC钻头配合钻进,可以很好地控制井身轨迹,提高井身质量,有效地提高机械钻速,可以取得良好的防斜打快效果。
螺杆钻具组合在使用过程之中,影响螺杆钻具防斜纠斜能力的因素,除了地质因素、不同的钻具组合形式外,同时还与螺杆钻具的结构弯角、螺杆钻具的长度、稳定器的安放位置、稳定器的尺寸大小、钻压的大小、转盘转速等因素有关。
在理论分析的基础上,结合实际,分析了在四川、塔河、濮阳、陕北区块上的几口井在钻井过程中采用螺杆钻具加PDC钻头的复合钻进技术提高机械钻速和防斜打快中的应用效果。
通过现场应用效果表明,只要选择与地层相适应的螺杆钻具和PDC钻头,采用螺杆钻具加PDC钻头的复合钻进技术,可以有效地提高机械钻速,也能很好地实现防斜稳斜打直打快。
结合理论与实践,分析对螺杆钻具如何进行合理选型,既要考虑螺杆钻具的自身结构和性能,又要考虑到螺杆钻具实际工作环境的多样性,为螺杆钻具研发生产和钻井现场在实际选型方面提供有力的理论依据。
高效导向螺杆钻具的研究与应用在井眼轨迹控制过程中，进行滑动导向与复合钻进时，利用常规导向螺杆会出现钻头加载困难以及形成螺旋井眼的问题，从而对井眼轨迹的控制效果产生影响。
为解决该问题,以前用过宽带的直棱和螺旋稳定器,本文特针对导向螺杆的结构做了改进与创新，准备在螺杆钻具驱动头位置设计带宽很窄螺旋稳定器。
本文就针对改进后的导向螺杆钻具进行讨论。
关键词：导向螺杆；井眼轨迹控制；钻具一、高效导向螺杆钻具由于利用常规螺杆会出现钻头加载困难、形成螺旋井眼等问题，因此对其进行结构创新，即在螺杆钻具驱动位置设计一种受螺杆钻具驱动旋转的窄带螺旋稳定器，其主要作用包括：首先，作为底部钻具组合的近钻头支点，从而有效的提高BHA的滑动导向能力；其次，近钻头近满眼设计可以修正井壁；最后，滑动导向钻进过程中，近钻头稳定器处于旋转状态，与常规的导向螺杆钻具相比，近钻头稳定器的滑动阻力更小，所以拖压问题即可得到彻底解决。
这种导向螺杆的结构变化使得钻井过程中BHA的力学特征发生了改变。
二、高效导向螺杆钻具的承载能力改变了高效导向螺杆钻具的结构，相应的就会改变钻进过程中螺杆钻具的受力特征。
传动轴是轴力与扭矩的核心承载部件，其有着十分复杂的受力特征，也是螺杆钻具中最薄弱的环节，所以要对其强度特征做全面分析，并提出结构优化方案。
下面以172mm高效导向相钻具为例进行分析。
（一）传动轴强度的计算模型下图1为172mm高效导向螺杆钻具的传动轴结构参数与边界条件：图中各段的长度分别如下：L0=500mm、L1=180 mm、L2=420 mm、L3=400 mm、L4=360 mm；传动轴的外径尺寸为80 mm。
可以通过ANSYS软件进行螺杆钻具几何模型的建立，并划分网格。
钻头左端固定，传动轴联轴器部分铰支，对Y方向的自由度加以约束。
以螺杆钻具轴向载荷传递特征为参照，将轴向均布载荷q加载于图中所示台阶面上，再以传动轴的工作原理为基础，分别将径向均布线载荷q1与q2施加于图中轴上对应的位置，传动轴右端施加扭矩。
螺杆钻具应用现状及前景分析摘要：螺杆钻具在气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及其他特殊工艺井中发挥着重要作用。
本文主要介绍了螺杆钻具的基本结构以及螺杆钻具的工作原理，并对螺杆钻具的应用前景就行了分析，旨在能够促进我国钻井技术的进一步发展。
关键词：螺杆钻具现状前景一引言随着我国钻井工程的快速发展,螺杆钻具也得到了长足的进步。
我国钻具的发展历程经过了从无到有,从弱到强的过程。
目前,在国内市场中,我国国产螺杆钻具已经基本占了主导地位,基本满足了我国钻井工程的需要。
但由于某些原因,我国国内钻具还存在着许多不足的地方。
因此,有必要对钻具的整体情况进行分析,促进我国国产钻具的再发展。
二螺杆钻具工作原理螺杆钻具作为一种专门研制的泵式定向钻井马达，其主要部件是为适应气体钻井环境而专门设计的。
它的结构包括：可调弯接头、马达、万向节外壳/总成和轴承总成。
螺杆钻具的工作原理是：通过泥浆等介质挤压螺杆马达转子与定子之间的密封腔，推动转子绕定子轴线作偏心自转，通过转子下端的柔性轴即万向轴的转换，将偏心转动转化为定轴转动，由此将产生的扭矩和转速传递到传动轴，并带动钻头旋转，即把泥浆等介质的压缩能通过螺杆转换成机械能。
钻井时，螺杆钻具直接带动连接在传动轴上的钻头回转，整个钻柱（钻杆）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，减小了常规钻井中钻杆对井壁的破坏。
目前市场上使用的多头螺杆钻具居多。
多头螺杆钻具与单头螺杆钻具相比具有低速大扭矩、性能稳定的特点,但多头螺杆结构复杂,制造工艺要求高;另外,多头螺杆因其头数多,同一截面上的腔室也多,泄漏沿程长,摩擦损失大,故导致效率降低。
许多研究者就如何提高多头螺杆效率做了很多研究,最后认为增大马达利用率的手段是提高螺杆效率的关键。
基于此,发明了许多新型高效的马达,如串联马达、加长马达等。
三螺杆钻具使用注意事项1.必须加入一定量的水、油、肥皂等润滑剂，以增加定、转子以及轴承的润滑，降低摩擦生热；2.钻进时应缓慢施加钻压，钻头提离井底时，应非常缓慢的减小钻压，并且钻头提离井底之前将排量减小５０％，以避免马达“飞车”，造成钻具损坏；3.由于空气的可压缩型，当马达制动时，立管压力不是立即上升而是缓慢上升，并且压力缓慢上升的过程会随着井深的增加而延长，因此很难从立管压力来判断马达制动，可通过机械钻速的突然降低来判断马达制动；4.由于空气螺杆不使用旁通阀，因此必须在空气管路中设有压力释放阀和单向阀，防止管路的压力过高和防止空气返流；5.下钻时无磁钻铤里倒４－５Ｌ９０号油或表面活性剂，每20柱钻杆内倒４－５Ｌ９０号油或表面活性剂，下到离井底３－５ｍ，建立循环，以２０Ｌ／ｈ启动雾化泵。
