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
世界螺杆钻具研发新进展
螺杆钻具因具有较高的系统效率而日益受到重视。目前，国、内外生产厂家对许多新型螺杆钻具进行了大量研究。本文介绍了螺杆钻具的研发过程及螺杆钻具生产厂家，系统地分析了国内外螺杆泵的新技术、新工艺、新材料的研究进展。针对目前存在的不足，指出了螺杆钻具的研发方向。
井下动力钻具主要有电动钻具、涡轮钻具、叶片钻具和螺杆钻具。螺杆钻具也称为容积式马达（PDM），具有低速大扭矩的特征，整体长度约为4m~8m，是目前最广泛使用的一种井下动力钻具。主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成和导向总成组成（图1）。其核心部件马达总成主要是由偏心螺旋体的螺杆（转子）和呈螺旋面的衬套（定子）组成。
螺杆钻具是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。
螺杆钻具作为井底动力装置，具有低转速、大扭矩、大排量等优点。增加了钻头扭矩和功率，提高了进尺率；减少了钻杆和套管的磨损和损坏；可准确进行定向、造斜、纠偏；广泛应用于直井、水平井、丛式井和修井作业。
螺杆钻具研发进程
美国在20世纪50年代中期开始研制螺杆钻具，1962年用于生产，有迪纳钻具（Dyna
Drill）公司，纳维钻具（Navi Drill）公司和波斯钻具等。目前，螺杆钻具的发展主要以美、英、法、苏联等国为代表。
国内螺杆钻具的研制起步较晚，从20世纪80 年代中后期形成一定规模到目前常规螺杆钻具已规格化、系列化，各主要生产厂家中大港、北京、德州等厂家产品已覆盖国内绝大部分市场。在工作寿命、易损件耐磨性、特种螺杆的设计制造等方面与国外有一定的差距。国内马达数一般为4级，不能完全满足水平井等一些特殊工艺的需要，短半径水平井钻井作业的钻具在国内尚属空白，作为短半径水平井的铰接马达，国内也只处于研究阶段。
能源研究与管理2018（1）综合论述
收稿日期：2017-11-27作者简介：孟祥瑞（1985—），男，吉林四平人，助理工程师，硕士，毕业于吉林大学，地质工程专业，主要从事固体矿产钻探
工艺的研究及施工管理等工作。摘要：结合江西某矿区的造斜钻孔的设计和施工过程，对螺杆钻具造斜技术的工作原理、施工工艺、施工步骤及注意事项等进行简介。该技术凭借结构简单、易损件少、工作可靠及对地层适应性较强等特点在地质勘探定向钻孔和油气定向井工程中应用十分广泛，是实现钻孔纠斜、定向钻进理想的机具，对提高钻探精度、提高找矿效率、降低钻探废孔率效益明显。关键词：定向钻探技术；螺杆钻具；造斜技术中图分类号：P634.5文献标志码：B文章编号：1005－7676（2018）01－0013－03
MENGXiangrui,WUSa（No.3GeologicalTeam,HenanProvinceNon-ferrousMetalsGeologyandMineralResourcesBureau,Zhengzhou450016,China）
Inthispaper,theworkingprinciple,constructiontechnology,constructionstepsandprecautionsofthescrewdrillareintroducedbymeansofthedesignandconstructionofadirectionalholeinaminingareainJiangxiProvince.Screwdrillhasthecharacteristicsofsimplestructure,lesswearingparts,reliableworkandstrongadaptabilitytostrata.Thistechnologyiswidelyusedingeologicprospectingdirectionaldrillingandoil-gasdirectionalwellengineering.Thistechnologycanimprovethedrillingprecision,improvetheefficiencyofprospectingandreducetheefficiencyofdrillingwastehole.directionaldrillingtechnology;screwdrill;obliquetechnology螺杆钻具定向钻进技术在地质找矿中的应用
全金属螺杆钻具研究现状与关键技术分析
摘要：螺杆钻具是一种以钻井液为动力源，将液体压力转换为机械能的井下动力工具，但在耐热性、持久性上还有待于开发，国内国外多位学者对此进行了大量研究，提出可以在原有的构件中去除橡胶部件，将金属定子与转子结合实现钻井作业。采用全金属螺杆钻具，可更好提升耐热性，降低其破坏性，还可以有效地增加其使用寿命，本文主要阐述国内外针对该设备的研究情况，并分析现代关键技术，希望可以为读者进行帮助。
关键词：间隙取值；耐受度；机械效率
引言：全金属螺杆钻具目前在国内国外都还处于研究阶段，但已经取得不错成果，开始部分投入应用。研发技术上，水力设计、定子制造、表面强化、长寿轴承等技术方面都有了突破性进展，开发了一种全新的、集成了多个部件的螺杆式定子，将各部件进行铣削和焊接，增强了定子的加工效率。为使得研究有新突破，在研究全金属螺杆钻具的同时，应从实际钻井情况出发以差异化的形式设计其他钻井设备，多学科合作，充分发挥全金属螺杆钻具最大工作效率。
1全金属螺杆钻具研究现状
1.1国内研究现状
由金属材料制作成的定子，能有效解决钻具设备工作时出现的高温问题，其外壁具有螺旋凹槽，外壁主要作用是将供钻井液返回，全金属定子的研发既确保了马达工作的稳定性和流畅性，又进一步增强其密封性能。采取技术革新，将原有的螺杆钻具的位置调整至适当的水平，以增加其对于高频振荡的抵御能力，不仅能大大降低其破坏性，还能有效地增加其使用寿命，最终实现一种全新的全金属螺杆钻具。为了有效抑制螺杆钻具内部高温问题，即通过改变内啮合齿轮的位置，来使定子和转子之间的距离变小，从而避免温度的高峰，减缓由于内部定子和转子由于挤压而产生内部高温问题。在降低成本环保方面，研究人员利用液压成形、自蔓延反应等技术，使得壳体和金属衬套能够完美结合，此项技术的制作更为便捷，且适宜于大规模的制造。
通过将多个定子的短节相互联系，并将其中的键槽和外部的螺杆相结合，开发了一种全新的、集成了多个部件的螺杆式定子，其不仅拥有极高的精度，还非常容易进行加工。此外，采取数控技术来对定子进行分块，并将每个部件进行铣削和焊接，大大提高了定子的加工效率，同时也使其更容易被操作和使用。另外，还采取了拼接技术，以满足对等常量的定子的需求。经多次重复的加工、组装、连接，此种加工方式可有效消除传统的电解法制造的长条形零部件无法达到预期的精确性的问题，解决了长孔件在加工时可能出现的弯曲问题。在此基础上，经过精心设计的金属螺杆支撑系统，将0.3~0.4mm最佳间隙的定、转子间的空气动态特性考虑在内，从而实现了更高的精密性和可靠性。
