螺杆钻具使用手册
1．产品概述
金山螺杆钻具是以钻井液压为动力的一种井下动力钻具，其核心动力部件为一容积式马达。该钻具结构简单、操作方便、性能可靠。钻具以油基泥浆、乳化泥浆和粘土泥浆等各种钻井液为动力液，适应性强，可进行水平井、丛式井等特殊井的钻进，能大大提高钻井的速度和经济效益。
螺杆钻具与传统的转盘带动钻杆钻进相比有以下优点： ■ 钻井液输入流量与钻具输出转速成正比。
■ 钻具输出扭矩与钻井液通过马达产生的压力降呈线性关系。
■ 钻具旋转动力只用来驱动钻头，减少钻杆磨损，简化操作，提高钻井精度，节约钻井动力。
■ 钻具输出转速低、扭矩大、纯钻时间长。
■ 钻具采用多列推力向心球轴承组，耐高压、进尺快。 ■ 钻具采用镶焊硬质合金径向轴承，使用寿命长。
■ 钻头水眼压降高达7.0MPa ，钻头水马力大，冲洗钻头干净，可防止钻头泥包。
2．结构及工作原理
螺杆钻具由以四部分组成螺杆钻具由以四部分组成：：
2.1 旁通阀组件
旁通阀组件位于马达组件上端，在下钻时允许环空（钻柱与井壁的环形空间）的钻井液由旁通孔灌入钻柱，起钻时，钻柱内的泥浆从旁通孔泻入环空，使钻井液不溢于井台上。
当无循环时，弹簧弹力使阀芯位于上部位置，此时旁通孔开启，钻井液可流入钻柱或从钻柱内流出。阀芯动作取决于钻井液的排量，当排量达到一定值时，液压力克服弹簧弹力使阀芯下移，此时旁通孔封闭，钻井液流经马达。如果停泵，弹簧弹力再将阀芯顶回原来的上部位置，旁通孔又被开启。
2.2 马达组件
螺杆钻具采用多级容积式马达。马达组件由定子、转子组成。定子是金属壳体与内衬有橡胶多瓣螺旋内腔的组合。转子表面呈螺旋状并镀有一层防腐耐磨材料。定子与转子组成马达副，转子在定子内形成许多连续的互不相通的密封空腔。当压力液体进入马达时，在转子的螺旋面上产生转动力矩，迫使转子在定子内作行星运动，从而使液压能转换为机械能。
螺杆钻具马达中一个定子导称为一级，每一级一般承压0.7~0.9MPa，钻具液马达多为3~5级马达，一般钻具液马达承压在2.1~4.5MPa之间，超过最佳压降承受范围后，承压愈高，则马达漏损愈严重，输出转速降低，加剧马达冲蚀损坏。用户可根据钻井工艺的需要由附录性能参数表中选取适用的螺杆钻具。
2.3 万向节组件
万向节组件的作用是将转子与传动轴连接起来，将转子的行星运动转换成传动轴的定轴转动，从而传递马达的输出扭矩及轴向负载。
我公司所用万向节采用花瓣式结构，其结构紧凑，传递扭矩大，使用寿命高。钻具使用后，应立即拆卸，检查万向节，如磨损量超过维修标准及时更换，否则会因为万向节的使用过度致使钻具无法正常工作。
2.4 传动轴组件
传动轴组件是螺杆钻具的重要部件之一，其作用是：将钻压及扭矩传递给钻头。由马达流出的绝大部分钻井液通过传动轴内孔经钻头眼喷出以利于冷却清洗钻头和循环泥浆；而另一少部部分泥浆则通过上、下径向轴承和多列推动向心球轴承组从传动轴外侧流出，用来冷却和润滑轴承系统。
图5所示的传动轴组件由多列推力向心球轴承组承担轴向力，由镶焊硬质合金的径向轴
承承受径向负荷，提高了钻具的耐磨性和寿命指标，提高了钻头水眼压力降，增加了钻头水马力。钻头水眼压降范围一般在1.5~7.0MPa。
3．螺杆钻具产品管号及弯度标识位置说明我公司螺杆钻具产品代号及产品管号在旁通阀组件上的轴向印记槽内，产品编号为FLXXXXXX形式。标识位置如下图所示，弯度以环形槽形式标识在弯壳体下弯段，环形槽分宽槽（宽度5mm）和窄槽（宽度2mm），每一宽槽表示一度，每一窄槽表示15’，总弯度为累加值。
4．使用要求
钻具型号、、结构及使用参数要求
4.1 钻具型号
钻具性能参数表中已较全面的列出了钻具使用参数要求，用户可根据不同钻井工艺的需要选择不同型号的螺杆钻具。
4.2 钻井液要求
钻具对于各种钻井液都能有效的工作，包括油基泥浆、乳化泥浆和粘土泥浆等。钻井液粘度和比重对钻具的影响不明显，但钻井液中的沙粒等质杂会影响钻具的性能和寿命，加速轴承系统的损坏和马达定子的磨损。因此钻井液中固体含量必须控制在0.5%以下。
钻具的型号不同其输入流量范围也不同，每种钻具只有在性能参数表规定的流量范围内，钻具才能有较高的效率。一般情况下，输入流量范围的中间值才是钻具最佳输入注意流量。
4.3 钻井液压力要求
钻具组合中钻头未接触井底时，排量不变，则通过钻具的钻井液压力降不变，此时的泵压称为循环泵压，由立管压力表观测，随着钻头缓慢接触井底进行打钻，钻压增高，则立管压力随之增加，此时的泵压称为打钻泵压。打钻泵压可用以下公式来控制操作：打钻泵压=循环泵压+钻具负载压降。钻具工作中打钻泵压在推荐范围内时，钻具产生最大扭矩，继续增加钻压，则泵压势必增加，马达可能会滞动。因此，适当并且稳定的泵压，是使螺杆钻具
正常工作并防止钻具内部损坏的必要条件。
钻具的输出扭矩与钻井液流经马达产生的压降成正比，输出转速与输入流量成正比。排量一定时，扭矩增加而输出转速略有下降。钻具从空载到满载，输出转速一般降低10~15%。
4.4 钻头水眼选取对钻压平衡的影响
钻头水眼的选取范围较大，在确定好打钻排量后，可根据钻具规定的钻头水眼压力降（1.5~7.0MPa）范围和钻井工艺的需要来确定水眼的大小。一般来说，水眼越小，则作用在推力轴承组的液压推力就越大。钻具马达压降产生的轴向力，钻头水眼压降所产生的轴向力、转动组件（转子、万向节、传动轴、钻头）的重力，三个力的方向是一致向下的，与地层加在钻头的力的方向相反。在钻头水眼取的较小而输入流量流量偏大时，上述三力之和一般大于钻压，推力轴承受向下的力。在钻头水眼取的偏大而输流量较小时。上述三力之和一般小于钻压，推力轴承受向上的力。在实际操作中，上述三力之和与钻压相等的情况很难出现。
4.5 井底温度对钻具的影响
温度直接影响马达的性能，当下入中深井段或遇到高温井段时，应定期循环泥浆冷却钻具，保护定子内衬橡胶，以保证定子内衬橡胶工作温度低于极限值。
我厂的常规螺杆钻具工作环境温度小于120℃。各地区的地层温度梯度不同，一般在深井中使用，加快深井段钻井速度的螺杆钻具，要同生产厂家提出特殊要求，厂家用耐高温橡胶压注定子。
4.6 钻井轴承的要求
钻具经过一段时间使用后，必须进行检修。、判定钻具能否继续下井使用的方法除像新钻具一样进行常规检查外，重要的一点是用传动轴的轴向窜动来判断多列推力向心球轴承组磨损程度，判断钻具能否继续使用。钻具传动轴向窜动量测试方法如图8所示：
a) 将钻具坐在钻机工作台上测量出D1值；
b) 将钻具垂直提离地面并测量出D2值；
c) 计算推力轴承组的窜动量：D=D2-D1
钻具外径最大允许差D/mm
120 <4
165 <6
172 <6
197 <7
203 <7
216 <8
244 <8
表1 传动轴轴向窜动量
5．使用方法
钻具所有丝扣出厂前均已按API标准紧扣扭矩上紧，并涂有厌氧胶，使用时不需再次上紧，如果需要拆除，应在专门拆装架上用喷灯加热后进行拆卸。
5.1 钻具下井前地面检查
钻具下井前地面检查是使用钻具中非常重要的步骤，应按以下几步进行：
■用链钳转动驱动接头，以防抱死。
■用提升短节将钻具提起放入转盘卡瓦中，使旁通阀位于转盘之上，装上安全卡，卸去提升短节。
■用木棒压下旁通阀阀芯至下死点，然后松开阀芯，反复数次，检查弹簧的复位力。
■将钻具接上方钻杆，下放钻具，使旁通阀处于转盘下方开泵，当排量的大小不足使旁通阀关闭时，应有钻井液从旁通通孔流出，然后加大排量直至马达启动，看驱动头是否旋转，停泵后观察旁通阀是否再次打开，正常情况下可见钻井液从旁通孔泄出。
5.2 钻具下入井内
■用吊钳卡住传动轴头部，用钻头盒将钻头与传动轴螺纹连接。
■下放钻具用安全卡瓦卡牢钻具，卸下方钻杆，接设计的钻具组合依次拧紧。
■钻具下井时，要小心控制下放速度，以防止马达倒转使钻具内部连接丝扣脱扣，同时防止在通过砂桥、套管鞋等处撞坏钻具，在下放卡钻时应开泵划眼，边划眼边下钻。
■钻具接近井底时要放慢速度，提前循环后再继续下钻，循环时先小排量，等井口返出泥浆后，再加大排量。
■下钻时不能顿钻或将钻具直接坐在井底。
5.3 钻具钻进
■钻具钻进前应充分循环清洗井底，并测量循环泵压。
■开始钻进时应缓慢加钻压，等正常钻进时，司钻可用“打钻泵压=循环泵压+钻具负载压降”公式来操作，同时观察钻压情况，增加钻压会使钻具负载压降升高，超出打钻泵压时司钻要控制钻压不能超出规定值，同时观察进尺速度。
■开始钻进的一段时间里，钻具速度不能太快，钻具、钻头正处于磨合阶段，井底也尚未清洗干净，以防止钻头产生泥包。
5.4 井口保养
■完成钻井作业后，起钻过程注意不宜太快，防止卡钻损坏钻具。钻具起出井口后，在旁通阀的位置装卡钻具，要用清水从旁通阀顶部进行冲洗，并用木棒上下活动阀芯，使其能灵活关闭。
■提起钻具用内钳夹持钻具，一边用链钳顺时针转动驱动接头，一边从旁通阀上部注入清水，清洗钻具内部，最后向马达内注少量矿物油。
■把钻具提出转盘并卸下钻头，按6.6条要求，检查钻具轴向窜动量，并做好记录，上好护丝，平稳放下钻台。
6．维修保养
钻具经井口保养和轴向窜动量测试后，应在24小时以内回收钻具到维修站，由技术领导根据该钻具的使用记录、使用时间下达继续使用或维修的指令。
6.1 钻具拆卸
折检时技术人员应先熟悉钻具结构，按顺序和要求进行拆卸，钻具壳体丝扣处均涂有厌氧胶，卸扣时应将接头部分加热到200℃~300℃后迅速拆卸并清洗丝扣。
6.2 旁通阀组件的保养
■清洗和检查旁通阀的每个零件，发现沟槽、镀层剥落的零件应加以更换，同时更换
全部O型橡胶密封圈。
■筛网孔出现冲蚀现象应立即更换。
■弹簧使用200小时后应立即更换。
■安装时内部零件表面均应涂上润滑油。
■装配后，应活动阀芯数次，不应有卡阻现象。
6.3 马达组件的维修保养
■从马达定子内拉出转子，清洗定子内腔，端部螺纹及转子。
■检查定子橡胶是否有脱胶、剥落、掉块等现象，若有上述情况应更换定子。
■检查转子表面镀层是否有剥落、起破、沟槽等现象，若有上述情况，应更换转子。
■用专用的测量工具测量定子橡胶内径，测量时测量点不应少于六点，然后取其平均值，用外径千分尺测量转子直径，测量点不应少于六点，然后取其平均值。
■清洗检查后，在转子表面涂上润滑油，并装入定内，将马达组件倾斜300进行水密封检查，当泄漏较为严重时，则应更换定子或转子，重新选配马达副。
6.4 万向节组件的维修保养
检查各瓣之间的磨损情况。如磨损量超过维修标准或工作200小时以上时，应及时更换
整套万向节部件，以免影响钻具的使用。万向节花瓣间隙的磨损量参照表2。
钻具尺寸磨损极限（mm）
φ120 5
φ165 6.35
φ172 6.35
φ197 9.53
φ203 9.53
φ216 11.6
φ244 11.6
6.5 传动轴组件的维修保养
■传动轴组件拆检后，测量推力向心球轴承组间隙，若超出规定值或滚道出现明显沟槽、麻点、边缘剥落或任何一排钢球碎裂、、椭圆都应更换整套多列推力向心球轴承组。
■严禁新旧钢球混用和使用未经筛选的钢球组。
■检查上下径向轴承的内外圈，表面如有焊层产生剥落、合金块严重损坏或配合间隙大于1mm，应该更换新的径向轴承。
■检查传动轴，如发生有裂痕现象，应更换新传动轴。
■对传动轴壳体进行探伤检查，如有裂纹则应更换。
7 故障分析
钻具在使用过程中，由于地层的结构、钻井液、钻具本身或钻头参数超出范围等种种原因，都可能造成钻具在井下不能正常转动，出现种种故障。表3给出了常见的故障情况并给出了判断和处理方法，供参考。
表3 钻具故障分析表
异常现象可能原因判断及处理办法
马达失速把钻具提高0.3~0.6m，核对循环压力，逐步加钻压，压力表随之渐升高，均正常，可确认是失速
问题。
压力表压力突然升高
马达、传动轴卡
死、钻头水眼被堵把钻具提离井底，压力表读数仍很高，或者根本开不起泵，经数次处理无效后，只能提出钻具检
查或更换。
钻头水眼被堵把钻具提离井底，再检查压力，如果压力仍然高于正常循环压力，可试着改善循环流量或上下活动钻具，如无效，取出修理、更换。
钻头磨损可以继续钻进，细心观察，如仍无进尺，取出更
换新钻头。
压力表压力慢慢地增高（不是指随钻井深度增加而增大的正常压降）
地层变化把钻具稍稍提起，如果压力和循环压力相同，则
可继续工作。
循环压力损失变
化检查泥浆流量。
压力表压力缓慢降低
钻柱损坏稍提钻杆，压力表读数低于循环压力，仍无进尺或进尺缓慢，提出井眼检查。
没有进尺地层变化适当改变钻压和输入流量（注意两者必须在允许
范围内）。
马达失速压力表读数增高，钻具提离井底，检查循环压力，从小钻压开始，逐步增大钻压。
旁通阀未关闭压力表读数偏低，稍提起钻具启停泥浆泵两次仍无效，则需提出井眼检查、更换旁通阀。
万向节损坏常伴有压力波动，稍提起钻具波动范围小些，只能取出钻具检查、更换。
钻头磨损提出钻具更换新钻头。
附 录
螺杆钻具规格及性能参数表一
螺杆钻具规格及性能参数表二
钻具规格 in 4 3/4” 6 1/2”
6 3/4” 钻具型号 5LZ120×7.0 5LZ165×7.0
C5LZ165×7.0
5LZ172×7.0
C5LZ172×7.0
C7LZ172×7.0
钻具外径 mm φ120 φ165 φ172 mm φ152~φ200 φ215~φ244 φ215~φ244 推荐井径 in 6~7 7/8 8 1/2~9 5/8 8 1/2~9 5/8 输入流量 L/s 10~15 16~28 20~30 18~36
负载压降 MPa 3.2 3.2 4 3.2 4.0 4.0 钻头转速 rpm 115~175 105~180 105~158 100~200 100~200 73~146 输出扭矩 N ·m 1715 3060 4400 3580 5600 6380 滞动扭矩 N ·m 3000 5200 8000 6000 9800 10000 输出功率 KW 20.7~31.4
33.7~57.7
46.9~71 37.5~75 58.6~117 72~140 推荐钻压 KN 45 75 90 90 90 90 最大钻压 KN 75 130 160 160 160 160 水眼压降 MPa 2.0~7.0 2.0~7.0
2.0~7.0
2.0~7.0
2.0~7.0 2.0~7.0 连接 上 螺纹
下
API 3 1/2REG 4 1/2REG
4 1/2REG
钻具总长 m 5.32 6.63 7.87 6.63 8.26 8.41 钻具总重
kg
390
770
934
950
1190
1180 钻具规格 in 7 3/4”
8” 8 1/2” 9 5/8” 钻具型号 5LZ197×7.0
C5LZ197×7.0
C5LZ203×7.0
5LZ216×7.0 5LZ244×7.0 钻具外径 mm φ197 φ203 φ216 φ244 mm φ244~φ311 φ244~φ311 φ311~φ445 φ311~φ445 推荐井径 in 9 5/8~12 1/4 9 5/8~12 1/4 12 1/4~17 1/2
12 1/4~17 1/2
输入流量 L/s 22~36
22~36
30~50 30~65 负载压降 MPa 3.2
4
4 3.2 3.2 钻头转速 rpm 80~130
80~130 80~132 72~155 输出扭矩 N ·m 5580 6700 7000 7540 8415 滞动扭矩 N ·m 9800 11000 11000 12000 14000 输出功率 KW 46.8~76 56~91.2 79~129 61~101 63.5~137 推荐钻压 KN 100 130 130 160 200 最大钻压 KN 250
250
250 300 350 水眼压降 MPa 2.0~7.0 2.0~7.0 2.0~7.0 2.0~7.0 连接 上 5 1/2REG 5 1/2REG 6 5/8REG 6 5/8REG 螺纹
下
API 6 5/8REG
6 5/8REG 6 5/8REG 6 5/8REG 钻具总长 m 7.60 8.3
7 8.51 7.93 8.97 钻具总重
kg
1290 1390
1510
1610
2280
螺杆钻具装配扭矩参数
钻具外径
上部母接头下部母接头各壳体之间（mm）螺纹形式紧扣扭矩(N·m) 螺纹形式紧扣扭矩(N·m) 紧扣扭矩(N·m) 120 3 1/2REG15000 3 1/2REG 9000~12000 9000
165 4 1/2REG 32000~35000 4 1/2REG 16000~21000 20000~22000 172 4 1/2REG 32000~35000 4 1/2REG 32000~35000 20000~25000 197 5 1/2REG 50000~60000 6 5/8REG 37000~43000 30000~35000 203 5 1/2REG 50000~60000 6 5/8REG 37000~43000 30000~35000 216 6 5/8REG 79000~96000 6 5/8REG 37000~43000 32000~38000 244 6 5/8REG 79000~96000 6 5/8REG 37000~43000 60000~70000
新型螺杆钻具的研发及发展方向摘要 由于目前国内螺杆钻具制造技术水平的限制，再加上使用操作不当，造成螺杆钻具井下事故频发，由此带来了较大经济损失。因此，如何采取有效的预防措施，最大限度地减少螺杆钻具井下事故发生，既是提高钻井经济效益的迫切要求，也是充分利用螺杆钻具潜在寿命的重要前提。本文系统分析了螺杆钻具的发展方向，并对螺杆钻具有关实际问题提出了有益的建议。 关键词：螺杆钻具；发展现状；新型螺杆钻具；发展方向；研发建议 1螺杆钻具结构及工作原理 螺杆钻具主要由四大部件组成：旁通阀总成、马达总成、万向轴总成及传动轴总成，如图1所示。其外部由旁通阀接头、马达壳体、万向轴壳体及传动轴壳体通过锥管螺纹依次相连，内部连接顺序是：马达转子的下端与万向轴相接，万向轴的下端与传动轴相接。 图1 螺杆钻具四大部件 旁通阀总成位于马达总上端，当下钻时，钻柱内腔与钻柱外环空相通，钻柱外环空的钻井液进入钻柱内腔，起钻时，钻柱内腔的钻井液进入钻柱外环空，起到平衡钻柱内外压力平衡作用。 马达总成是螺杆钻具的核心机构，也是螺杆钻具的动力源。马达由转子和定子两个部件组成，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。螺杆钻具的转子头数越多，转速越低，扭矩越大；头数越少，转速越高，扭矩越小。
万向轴总成主要有万向轴和万向轴外壳组成。万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴及钻头。 传动轴总成是位于螺杆钻具的下端，传动轴总成的作用是将马达产生的旋转动力传递给钻头。 螺杆钻具以钻井液（或压缩气体）为动力，钻井液（或压缩气体）由钻杆进入螺杆钻具旁通阀总成后，使阀芯关闭，然后进入螺杆钻具马达总成，在马达进出口处形成一定压差推动马达的转子旋转，产生扭矩和转速，通过万向轴和传动轴总成传递到钻头上，达到钻井的目的。 2发展现状 美国在50年代中期开始研制螺杆钻具，1962年用于生产，不同厂家生产的有迪纳钻具、纳维钻具和波斯钻具，其基本原理都是基于容积式马达，只是内部结构和技术参数有不同。近十年来，随着水平井、径向井、分支井的大量涌现，螺杆钻具的发展也产生了质的飞跃，在美国和西欧，几乎90%的大、中曲率半径水平井的定向造斜和水平井段都是由螺杆钻具钻成，目前已发展出许多新型的专用螺杆钻具。 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，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级或6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也只处于起步阶段。 3新型螺杆钻具简介 随着螺杆钻具研发技术水平的提高，加之新材料、新工艺的不断涌现，螺杆钻具的泵体技术发展较快，出现了以下几类能够解决专项问题、满足不同需要的螺杆钻具。 （一）串联多级马达 串联马达的动力段总成增加了一节动力段，中间用一钛挠性轴相连，使马达输出的扭矩和功率增加，但其需要的驱动量、转速与单一动力段马达是一样的，设计与制造材料方面的改进，使串联马达具有极好的耐用性。 （二）加长马达 加长马达就是把动力段加长，使马达的输出扭矩增加。加长马达装备有改进的加强的轴承组合，设计时用有限元分析法评估了各部分的性能，从而能满足输出大扭矩、高负载的需要。 （三）中空转子马达 大斜度井和水平井需要大排量洗井以利于清砂，实心转子马达额定排量小，中空转
DT螺杆钻具使用说明书 A螺杆钻具标识说明 □□×□□--□□□□□ 钻具型式-钻具规格(外径mm)×钻头压降-改进次数— D:单弯钻具 T:同向双弯钻具 S:异向双弯钻具 P:大偏移同向双弯钻具 J:绞接钻具无:直型钻具K:可调角度钻具无:固定弯角钻具W:带稳定器钻具无:不带稳定器钻具F:中空分流钻具无:不分流钻具G:允许最高工作温度(150o) 无: 允许最高工作温度(120o) 常规螺杆钻具主要由以下部件组成: 1)旁通阀总成2)马达总成3)万向轴总成4)传动轴总成 在常规螺杆钻具的基础上还可提供以下特殊用途部件以组成满足各种钻井需要的导向螺杆钻具: 1)定向接头;2)弯接头;3) 特殊马达(中空分流`耐高温`大功率马达);4) 万向轴弯壳体 (0-3.5o间的固定角度,单弯螺杆钻具用);5) 可调角度弯壳体(可调螺杆钻具用);6) 传动轴上轴承壳稳定器(直棱`螺旋或对称`非对称及垫块等形式);7)可换稳定器(部 分型号有);8) 壳体防掉装置(根据需要有)。 Ｂ螺杆钻具工作原理 螺杆钻具是一种容积式井底马达（ＰＤＭ）。高压钻井液由钻杆进入螺杆钻具后，液体的压力迫使转子旋转，从而把扭矩传递到钻头上，达到钻井的目的。 Ｃ螺杆钻具结构及其作用 2)螺杆钻具主要部件如下：旁通阀总成；马达总成；万向轴总成（有花瓣式和挠轴 式两种结构供选择)；传动轴总成；导向总成（花瓣式｀挠轴花瓣式｀可调式三种 结构供选择)。 c-1旁通阀总成 旁通阀总成安装在螺杆钻具的最上部，其作用是：a）下钻时使钻井液进入钻柱内从而减少下钻阻力；b）起钻时使钻柱内的钻井液流入环空从而避免钻井液溢于井台。 当泥浆泵启动后，高压泥浆流经旁通阀总成，推动阀芯向下运动，压缩弹簧，关闭旁通孔,使所有泥浆都流经马达。 当泥浆泵关闭后，阀芯在弹簧的作用下向上运动，开启旁通孔,允许钻井液通过旁通孔进入钻柱内或由钻柱流入环空。 c-2马达总成 马达总成是螺杆钻具的核心，它的作用是把高压液体能转换为旋转的机械能。 马达总成由定子和转子两部分组成。 定子是内衬橡胶的金属钢管，其内孔呈螺旋状，与转子相啮合形成密封腔。 转子是由合金钢加工而成的具有特殊曲面的螺旋杆，它的表面有特殊的涂层以起到耐磨和防腐作用。 每种规格的螺杆钻具都具有一定范围的额定流量，流量过大或过小均不能使螺杆钻具处于最佳工作状态。 ｃ－３万向轴总成 万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴和钻头。
井下工具 目录 打捞类工具 1、公锥 2、母锥 3、滑块捞矛 4、分瓣捞矛 5、TFLM-T提放式可退捞矛 6、提放式分瓣捞矛 7、可退捞矛 8、伸缩捞矛 9、二用伸缩捞矛 10、可退式螺旋卡瓦捞筒 11、可退式蓝式卡瓦捞筒 12、卡瓦捞筒 13、弯鱼头打捞筒 14、提放式可退捞筒 15、短鱼头打捞筒 16、电泵捞筒 17、可退式螺旋卡瓦电泵捞筒 18、活页式捞筒 19、不可退式抽油杆捞筒 20、弯抽油杆捞筒 21、组合式抽油杆捞筒 22、提放式抽油杆捞筒 23、三球打捞器 24、抽油杆接箍捞矛 25、多用打捞筒 26、颠倒式抽油杆捞筒 27、蓝式抽油杆捞筒 28、螺旋式抽油杆捞筒 29、偏心式抽油杆接箍捞筒 30、提放式倒扣捞矛 31、可胀式倒扣捞矛 32、倒扣捞矛 33、倒扣捞筒 34、提放式倒扣捞筒 35、反循环打捞蓝 36、局部反循环打捞蓝 37、开窗捞筒
38、缆绳打捞钩 39、外钩 40、内钩 41、内外组合钩 42、活齿钩 43、一把抓 44、磁力打捞器 45、测井仪器打捞器 46、弹簧打捞筒 47、老虎嘴 整形类工具 48、梨形涨管器 49、偏心辊子整形器 50、长锥面涨管器 51、三锥辊整形器 52、旋转震击式整形器 53、楔形涨管器 54、偏心涨管器 55、球形涨管器 56、顿击器 57、复合式鱼顶修整打捞器 58、鱼顶修整器 震击类工具 59、开式下击器 60、润滑式下击器 61、液压式上击器 62、液压加速器 切割类工具 63、水力式外割刀 64、机械式内割刀 65、机械式外割刀 钻、磨、铣类工具 66、三刮刀钻头 67、十字钻头 68、鱼尾刮刀钻头 69、尖钻头 70、偏心钻头 71、三牙轮钻头 72、平底磨鞋 73、凹面磨鞋 74、梨形磨鞋 75、滚球式平底磨鞋 76、内铣鞋 77、外齿铣鞋
螺杆钻具排量的计算： 在井下动力钻具中 ，钻井液总是子上而下刘静马达的，而钻头的工作旋向有总是顺时针旋转，因此，单螺杆钻马达的的转子和定子的旋向是左旋的。钻头的转动来自转子的自转。转子自转r=h N N z )1(+2π，密封线下移z ，由此可求出转子的自转一周密封线的下移距离H ： H z r π2= 可求的 H=N(N+1)h （1-27） 或 H=NT s =（N+1）T r （1-28） 若以A s 表示定子线性包容的面积，A r 表示转子线型所包容的面积。择流过的面积A G 为 A G = A s -A r (1-29) 螺杆马达的每转排量q （即当钻头旋转一周，流过马达的液体量）为 q=A H （1-30） 将式子（1-28）（1-29）带入（1-30）可得到： q= A G NT s =（ A s -A r ）NT s 可见每转排量去、纯粹是一个几何量，它与马达的线型、头数和定子导程有关，式子（1-30）是一个通式。对单头马达，令N=1，结合图1-7.图图1-19、图2-22中的有关参数，可写出 A r = πR 2 A s = πR 2+4eD r =πR 2 A G = A s -A r =8eR= 4eD r T s =2h 可得出q=16eRh 螺杆马达理论扭矩和转速的计算： 若设钻头的输出转矩为M ，马达入口与出口的钻井液压力差为p ?，忽略马达及钻具传动轴等部件的摩擦，那么，由马达吸收的水马力与其输出功率相等，既 ??p q=M ·2 π 则 M=s r s NT A A p )(2-?π 由此同时很容易有每转排量q 和输入体积流量Q 求的无水利损失下的转速，即理论转速 q Q n t 60= 螺杆钻具轴向力的计算： 多线单螺杆钻具螺杆上作用的轴向力，是由于液压降所产生的轴向力和啮合力的轴 向分量之和，数值是很大的。精确的计算螺杆工作时所承受的轴向力以正确的选择支承， 是提高单螺杆钻具的使用寿命、工作可靠性及能量指标的重要条件之一。 图 1.3 中给出单螺杆钻具和螺杆上作用轴向力的简图(略去螺杆本身重量的影响)。
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。中东及海湾地区多在老井的基础上侧钻丛式井以增加开采量，这都要采用定向井工艺，另一方面随钻测量系统（MWD）、聚晶金刚石钻头（PDC）制造技术的提高，使导向钻井系统日臻完善，也使定向井工艺得到长足的发展并得到大力推广应用。因此螺杆钻具的市场不断扩大。国际上螺杆钻具的消费地区主要在中东富油地区及海洋石油钻井，主要的用途是定向、造斜、侧钻及打水平井。 国内外螺杆钻具的发展状况 美国50年代开始研制螺杆钻具，第一台工业井下马达则是1957
螺杆钻具 使 用 说 明 书 江苏长城石油装备制造有限公司 https://www.doczj.com/doc/e210116899.html, 手机：137 **** ****
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。 1.4传动轴总成： 螺杆钻具主要部件之一。外壳体上端和万向轴壳体相连，传动轴导流水帽与万向轴相连，下端接钻头。多列推力球轴承承受钻压引起的轴向载荷。用硬质合金烧结而成的径向轴承，分别装在传动轴体的上下两端，用来承受钻具偏斜力距造成的径向载荷。 由马达排出的大部分泥浆通过传动轴内孔经钻头水眼喷出，以利冷却清洗钻头而另一部分泥浆通过上下径向轴承和多列推力球轴承组从传动轴外侧流出，冷却和润滑轴承系统。 二.规格及技术参数： 2.1系列钻井钻具规格及参数： 表一
螺杆钻具壳体联接螺纹的强度分析及优化本文针对当前螺杆钻具失效问题,以壳体联接螺纹为研究对象,从钻具振动入手,对于螺纹参数优选问题展开研究。螺杆钻具被称为定排量马达(PDM),它是一种容积式井下动力钻具,主要包括以下几部分：旁通阀、马达总成、万向轴总成和传动轴总成等。 工作原理是将高压钻井液压入马达,使其旋转,从而驱动钻头钻进,这一过程是高压钻井液压力能转化为机械能。与其他动力钻具相比,螺杆钻具本身的结构特点及性能优势决定着其应用范围广、效率高、操作简单等优点。 目前,螺杆钻具失效概率居高不下,钻具振动较大,钻具联接螺纹断裂时有发生。因此,对于螺杆钻具失效问题的研究非常有必要。 螺杆钻具失效类型主要有：壳体断裂、定子橡胶失效、联接螺纹断裂等,多半都是疲劳引起的失效,现如今针对螺杆钻具联接螺纹疲劳寿命及可靠性的研究,还有许多方面要完善,如在联接螺纹寿命计算中将环境载荷及材料性能等看作为常值而不是服从分布的变量,得出寿命值为一固定值；对螺杆钻具联接螺纹寿命的可靠性研究仅限于数据统计和理论计算上,并没有从其振动冲击动态响应方面进行分析研究。因此螺杆钻具联接螺纹强度与寿命可靠性方面研究还需进一步完善。 国内外大量钻井现场显示,螺杆钻具联接螺纹的疲劳破坏主要存在两种失效形式：疲劳断裂和牙齿剪切失效,一般来说最大应力出现于公扣和母扣的最后几牙螺纹附近,螺纹多从此处开始出现裂纹而发生断裂。螺杆钻具壳体承受复杂的交变弯曲应力,由于钻具壳体比其联接螺纹的刚性大,所以应力集中在联接螺纹上,因此极易发生联接螺纹疲劳断裂。
本文针对螺杆钻具壳体联接螺纹结构问题展开分析,分别从螺纹失效、钻柱力学、钻具振动、螺纹强度等几个方面分析问题。查阅国内外相关文献资料,首先了解到螺纹失效类型、失效机理,从螺杆钻具失效问题中得到其联接螺纹失效的原因,分析可能导致此类失效的静态或动态特性,然后通过对钻柱力学和钻具振动的了解,钻具联接螺纹主要受到钻柱动态载荷的作用。 因此在分析螺纹结构强度问题之前,必须对于钻柱力学和振动问题进行分析,以得出螺纹强度分析的初始条件。通过对钻柱力学的分析模拟复杂的钻柱系统的实际受力状态,简化力学数学模型,以提出假设条件,为钻柱建模分析提供了理论支撑。 钻具振动是导致钻具失效的主要原因,在研究螺纹结构之前必须对钻具振动机理及其求解方法进行较为细致的研究,文中列举了多种求解方式,提出较为合理的假设条件,强调了纵向振动对钻柱的寿命影响最大,然后根据实际钻具组合建立了钻柱纵向振动模型,借助于有限元分析软件对钻具组合进行受迫振动分析(谐响应分析),初步得出了钻柱振动规律与特征,同时也为螺杆钻具壳体联接螺纹强度分析提出了初始载荷条件。本文以φ244螺杆钻具为研究对象,对其壳体联接螺纹结构分别从牙型角、螺距、锥度等参数的不同来优选出最佳设计,借助于有限元分析软件进行螺纹几何建模,定义合理边界条件,加载求解分析,提取数据结果(所有齿根位置等效应力、轴向应力,危险点应力值和最大接触应力值等)。 文中针对大量方案组合分析出的庞大结果数据,首先采用正交设计方案三因素三水平进行分析,以减少对三种因素的细化分析方案,然后运用正交数据分析方法(均值化、极差法)进行结果数据整理,在效应折线图上可较为明显地看出各因素各水平的变化特征,进而优化各因素的水平值。最后分别对螺纹锥度和牙型
关于高效导向螺杆钻具的研究与应用的若干思考参 考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
关于高效导向螺杆钻具的研究与应用的 若干思考参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 控制井眼轨迹中，实施滑动导向和复合钻进时，使用 一些经常用到的导向螺杆往往会发生钻头无法有效加载与 产生螺旋井眼的缺陷问题，这将直接的干扰了井眼轨迹的 控制成效，要想避免这些问题的发生，就必须采取高效导 向螺杆钻具进行。笔者根据自身工作经验，主要对高效导 向螺杆钻具的应用进行了一番分析研究。 高效导向螺杆钻具指的是在螺杆钻具驱动的地方安装 一种受螺杆钻具驱动旋转的窄带螺旋稳定器，共有以下功 能优势：在底部钻具组合中属于近钻头支点，能够使BHA 的滑动导向能力不断提升；布置近钻头与近满眼能够使井 壁更加的完善；进行滑动导向钻进时，近钻头稳定器会保
持一种旋转状态，其不会有太大的滑动阻力，有效防止了拖压问题的发生，优势之处众多。 近钻头稳定器结构设计及螺杆动力系统优化 1.1.近钻头稳定器结构设计 科学合理设计近钻头稳定器结构对于高效导向螺杆钻具利用率的提升具有重要作用，实际中应做好以下两方面：首先，要求稳定器处于旋转状态时应产生支点效应、具有较好的稳定性以及实现低的额外扭矩；其次，做好岩屑的排导工作。所以，稳定器应以螺旋过封闭扶正翼为首选，经过一周的旋转能使支撑外径处于稳定状态下，并且在旋转运行过程中具有较好的稳定性，不会产生大的额外扭矩。采用钻井液轴向流速与切向速度进行计算，知道了各种外径螺杆钻具过程中的扶正翼螺旋角与稳定器的全部泄流面积。同时，有效的将岩屑进行了排导。 1.2.螺杆动力系统结构优化
1、螺杆钻具结构 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,由旁通阀、马达、TC轴承、推力轴承、万向轴、传动轴和防掉装置等组成(如图1所示)。 当高压液体进入钻具时，迫使转子在定子中转动（定子和转子组成了马达），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装置，具有低转速、大扭矩、大排量等许多优点： 1．增加了钻头扭矩和功率，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．广泛应用于直井、水平井、丛式井和修井作业。 1.1旁通阀总成 旁通阀由阀体、阀套、阀芯及弹簧等部件组成(如图2所示)。
在压力作用下阀芯在阀套中滑动，阀芯的运动改变了液体的流向，使得旁通阀有旁通和关闭两个状态：在起、下钻作业过程中，阀套与阀体通孔未闭和，旁通阀处于旁通状态，使钻柱中泥浆绕过马达进入环空；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，把压力能转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔处于开启位置--处于旁通状态。 1.2马达总成 马达由定子、转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，其内孔是具有一定几何参数的螺旋；转子 是一根有硬层的螺杆 (如图3所示) 。
转子与定子相互啮合，用两者的导程差而形成螺旋密封腔，以完成能量转换。 马达转子的螺旋线有单头和多头之分。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小；头数越多，转速越低，扭矩 越大。仅以转子与定子啮合头数为5：6和9：10的截面参考。(如图4、图5所示)。 马达中一个定子导程组成一个密封腔（一级）。每级额定工作压降约0.8MPa～1.1MPa。压降超过最大压降值，马达就会产生泄漏，转速很快下降，对马达也会造成损坏。 为了确保密封效果，转子与定子之间的配合尺寸与不同井深、井温有关。 在选择钻具时应按不同井况选用不同型号马达。 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，甚至加快马达磨损。 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，负载的增加，钻具的转速有所降低。 1.2.1中空转子马达 中空转子可增加钻头液压动力和泥浆上返速度，马达的总流量等于流经马达及转子喷嘴的总和，流经该马达 的液体流量过大，马达将停止转动。因此选择中空转子马达时，应确保马达密封腔流量在正常工况。 1.2.2喷嘴直径选取 在泥浆密度、喷嘴尺寸和马达流量一定时，起钻时马达负载近似为零，流经转子喷嘴流量最小，而流经马达
关于高效导向螺杆钻具的研究与应用的若干思考(新版) Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0482
关于高效导向螺杆钻具的研究与应用的若 干思考(新版) 控制井眼轨迹中，实施滑动导向和复合钻进时，使用一些经常用到的导向螺杆往往会发生钻头无法有效加载与产生螺旋井眼的缺陷问题，这将直接的干扰了井眼轨迹的控制成效，要想避免这些问题的发生，就必须采取高效导向螺杆钻具进行。笔者根据自身工作经验，主要对高效导向螺杆钻具的应用进行了一番分析研究。 高效导向螺杆钻具指的是在螺杆钻具驱动的地方安装一种受螺杆钻具驱动旋转的窄带螺旋稳定器，共有以下功能优势：在底部钻具组合中属于近钻头支点，能够使BHA的滑动导向能力不断提升；布置近钻头与近满眼能够使井壁更加的完善；进行滑动导向钻进时，近钻头稳定器会保持一种旋转状态，其不会有太大的滑动阻力，有
效防止了拖压问题的发生，优势之处众多。 近钻头稳定器结构设计及螺杆动力系统优化 1.1.近钻头稳定器结构设计 科学合理设计近钻头稳定器结构对于高效导向螺杆钻具利用率的提升具有重要作用，实际中应做好以下两方面：首先，要求稳定器处于旋转状态时应产生支点效应、具有较好的稳定性以及实现低的额外扭矩；其次，做好岩屑的排导工作。所以，稳定器应以螺旋过封闭扶正翼为首选，经过一周的旋转能使支撑外径处于稳定状态下，并且在旋转运行过程中具有较好的稳定性，不会产生大的额外扭矩。采用钻井液轴向流速与切向速度进行计算，知道了各种外径螺杆钻具过程中的扶正翼螺旋角与稳定器的全部泄流面积。同时，有效的将岩屑进行了排导。 1.2.螺杆动力系统结构优化 在对高效导向螺杆钻具的结构进行改造时，应切实保证螺杆钻具具有较高的动力输出能力及良好的使用寿命。总的来说，优化螺杆动力系统的结构时，应做到以下几方面：选择等壁厚定子工艺，
流量： 1加仑/分（gpm）=0.063升/秒（l/s） 1升/秒（l/s）=15.873加仑/分（gpm） 压降： 1磅/平方英尺（PSI)=0.00689Mpa（兆帕） 1兆帕（Mpa）=145.14磅/平方英寸（PSI） 1Mpa=106 N/m21磅=453.59克 扭矩： 1牛.米（N.M）=0.7380磅.英尺（b.ft） 1磅.英尺(b.ft)=1.355牛.米（n.m） 功率 1英制马力（HP）=0.7457千瓦（KW） 1千瓦（KW）=1.341英制马力（HP） (1HP=550英尺.磅/秒) 1KW=102Kg.m/s 1英制马力（HP）=1.0139米制马力（已废除） 钻压：（lbf） 1磅力（lbf）=453.59X10-6吨（t） 1吨（t）=2.205X103磅力（lbf） 长度： 1英尺ft=0.3048米（m） 1米（m）=3.28英尺（ft） 重量 1磅（bm）=0.45359千克（Kg） 1千克（Kg）=2.205磅（bm） 密度 1磅/立方英尺（pcf）=0.016克/厘米3（g/cm3） 1克/厘米3（g/cm3）=62.5磅/立方英尺（pcf） 温度： 5（t°-50）=9（t℃-10） 1华式=9/5摄氏+32 1摄氏=（5华式-160）/9 冲数与排量的转换 已知：冲数N次/分 求排量= N X 3 X π/4 D2X H X 10-3 X 90% 60 单位为: l/s 其中：D为缸套直径（cm）H为缸套长度（cm）90%为功率系数（经验值）公式为三缸单作用泵的排量 材质的硬度单位：肖氏HS 布氏HB 洛氏HRC 维氏HV 里氏HL HRC=HB/10-3 HS=HB/10+12
收稿日期:2007203201 作者简介:张玉英(19612),男,山东鱼台人,高级工程师,工学硕士,现在中国石油大学(华东)油气井工程专业读博士研 究生。 文章编号:100123482(2007)0920028203 中空转子螺杆钻具工作特性分析 张玉英,王永宏 (胜利石油管理局渤海钻井管具公司,山东东营257200) 摘要:介绍了中空转子螺杆钻具的结构、原理,导出了转矩、转速、功率、效率与马达两端压降的关系 式,分析了其工作特性。为了改善该类螺杆钻具转速软特性,对中空转子分流嘴结构提出了改进建议。 关键词:中空;螺杆钻具;特性;分析中图分类号:TE921.2 文献标识码:A Working Performance of Scre w Drilling Tool Using H ollow Rotor ZHAN G Yu 2ying ,WAN G Y ong 2hong (B ohai D rilling Tools Com pany ,S hengli Pet roleum A dminist ration ,Dongy ing 257200,China ) Abstract :This paper present s formulations of t he st ruct ure ,p rinciple ,outp ut torque ,speed ,power and p ressure drop between bot h ends of motor ,including working performance as well.In order to imp rove soft performance of drilling tools of such kind ,a hollow rotor dist ributary ’s nozzle is p ut forward for imp rovement. K ey w ords :hollow rotor ;screw drilling tool ;performance ;analysis 螺杆钻具主要用于定向井、大斜度井、水平井、大位移井、多分支井和丛式井等。在特殊工艺井中,用螺杆钻具控制井眼轨迹,例如造斜、稳斜、降斜、纠斜及扭方位等。在螺杆钻具本身工作的同时又开动转盘,即复合钻进,虽对螺杆钻具可能造成损坏,但可提高机械钻速。总之,在油气钻井中,螺杆钻具所起的作用日益增大。大井眼水平井施工中,需增大钻井液排量,携带岩屑;深井、超深井作业时,需增大钻井液排量,充分循环,降低井下高温,减轻高地温梯度对定子橡胶的损坏。螺杆钻具转速与排量成正比,增大排量必然提高转子转速,转子围绕定子轴线公转的离心惯性力增大,转子向外侧压向定子衬里,改变转子与定子共轭副的理想啮合状态,造成磨损,同时加剧转子周期性横向振动。排量大幅度增加,导致螺杆钻具非正常工作,先期损坏,因此,螺杆钻具工作排量有一额定值。在常规实心转子螺杆钻具 不能解决上述问题的情况下,中空转子螺杆钻具应 运而生。 1 结构 中空转子螺杆钻具由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成组成,如图1。旁通阀总成包括阀体、阀套、阀芯,弹簧、密封圈、弹性挡圈及滤网。马达总成包括定子、中空转子和固定分流嘴。万向轴总成包括万向轴和万向轴外壳。传动轴总成包括导流水帽、传动轴、上TC 轴承、圆弧键、推力球轴承、锁紧螺帽、隔套、下TC 轴承、密封圈及传动轴外壳。 2 原理 中空转子螺杆钻具上接钻柱,下接钻头。启动泥浆泵并达到一定排量,高压钻井液流经旁通阀,推 2007年第36卷 石油矿场机械 第9期第28页 OI L FIE LD EQUIPMENT 2007,36(9):28～30
空气螺杆钻具 空气螺杆钻具研制、特性分析及现场实验与应用 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?244(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。在此基础上，两台K7LZ244样机于2002年12月运往伊朗，在2003年10月下井应用获得成功。2004年7月在四川白浅－111H井上运用K7LZ120钻具钻天然气水平井，取得了显著的技术效益。 本文针对空气钻井的特殊性(特别是空气介质的可压缩性)，介绍空气螺杆钻具设计和研制中的几个关键问题，分析空气螺杆钻具的工作特性，并介绍K7LZ120和K7LZ244两种钻具在现场实验和生产应用中的有关情况。 二、空气螺杆钻具设计的关键问题 常规的螺杆钻具是以钻井液(俗称泥浆)作为传递动力的介质，由于液体的不可压缩性和容积式机械的特性，螺杆钻具具有很好的过载性能和硬机械特性。而空气螺杆钻具，由于以压缩空气作为动力源和工作介质，与常规液体驱动的螺杆钻具相比，其结构特征和工作特性有显著不同。下面简介有关空气螺杆钻具设计的几个关键技术问题。
螺 杆 钻 具 使 用 规 程 一、螺杆钻具的选择 （1）根据井眼大小确定使用螺杆钻具的尺寸（见表1）。 （2）根据所施工井眼类型和所设计造斜率的大小来选用螺杆钻具类型：直螺杆、单弯、双弯（同向双弯和异向双弯），进一步确定其长度、弯壳体度数、稳定器外径及稳定器数量。 （3）用于复合钻进的弯壳体螺杆的度数应根据井眼尺寸的大小来定，只要所选弯壳体螺杆的弯曲点绕井眼轴线的公转半径R ≤φ/2（Φ为钻头直径mm ），就不会导致井眼扩大。R 的计算如下： 2/)]}cos /(sin [sin{arctan 1212d L L L L R ++=γγ 式中 R ：弯壳体的弯曲点绕井眼轴线的公转半径 mm L 1：钻头到弯曲点的长度 m L 2：弯曲点至其上第一个切点或至上稳定器的长度m γ：弯壳体的弯曲度数 ° d ：弯壳体外壳直径 mm （4）对于井底温度比较高的特殊井，选用耐高温的螺杆钻具（常规螺杆的耐高温指标为120°）。 (5)相同排量下，螺杆钻具马达转子的头数越多，自身转数越低，产生的扭矩越大,反之螺杆马达转子的头数越少，自身转数越高，产生的扭矩越小。如果使用螺杆的井段地层较软，应该选用头数较少，发挥螺杆高转速的特性，从而获得较高的机械钻速，反之，相对较硬的地层，尽量选择多头，从而保证井下有较大的扭矩，适应现场需要为原则。马达转子头数多少决定了该型
号螺杆的一个转速和扭矩的基本特征。而螺杆实际输出转数由马达头数的多少、螺杆马达的设计参数、实际输入流量、马达井下负载大小等综合因素决定。可以结合实际情况优选更适合现场的螺杆钻具。 表1 不同井眼尺寸对应的螺杆公称外径型号 二、螺杆钻具对钻头的要求
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。利用solid1858节点实体单元划分网格。3575个节点以及15853个四面体单元组成整个模型，传动轴弹性模量：210 GPa；泊松比：0.25；密度：800 kg/m3。结合BHA 的结构与实际工况将钻头侧向力与扭矩计算出来，即可取得上文所提的分布载荷。 （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，
中成－钻具 使用手册 大港油田集团中成机械制造Dagang Oilfield Group Zhongcheng Machinery Manufacturing Co.,Ltd. 2004.10
第一章、序言 中成－螺杆钻具是靠泥浆提供动力的井下动力钻具，它 与传统转盘带动钻杆钻进方法比较,有很多优点： 1．增加钻头的转速。 2．增加钻头扭矩的功率，因而增加进尺率。 3．井底直接提供动力，因而减少钻杆的磨损和损坏。 4．可准确地造斜、定向、纠偏。 5．可钻水平井、从式井，显著提高钻井的经济效益。 6．寿命长，也能进行周期较长的延伸井段和直井钻进。 就是这些优点才促使螺杆钻具得到了迅速发展。 我公司在1985年全套引进美国史密斯公司—Smith DYNA-DRILL三条生产线，即包括生产制造与整机装配生产 线、热处理可控气氛生产线，以及定子橡胶生产线。可生产 DYNA-DRILL D500、D1000、F2000三个系列螺杆钻具， 在经历了引进、消化和吸收的发展过程后，今天的大港油田 集团中成制造已经能够独立生产和开发适用于各种用途的各
种规格系列的螺杆钻具。在质量体系保障上，是国螺杆钻具生产厂家最先通过GB/T1900-1994-ISO9001：1994标准的企业，也是通过中国计量局ISO10012计量检测体系认证的企业。 本手册主要介绍我厂螺杆钻具的工作原理、性能、使用要求及注意事项，为用户更好地使用我厂钻具，提供了依据。
第二章操作计划和考虑 一螺杆钻具的工作原理 螺杆钻具是以油基泥浆、浮化泥浆及粘土泥浆等作动力液，是一种把液体压力能转换为机械能的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。 二中成—螺杆钻具的组成及工作 原理 中成－钻具主要由四部分组成：（见 图1） ·旁通阀总成 ·马达总成 ·万向轴总成 ·传动轴总成 （旁通阀总成上部的提升短节，未按部件计算，订货时可由用户提出。提升短节的作用仅供提升钻具用，没有其他
Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal. 关于高效导向螺杆钻具的研究与应用的若干思考正 式版
关于高效导向螺杆钻具的研究与应用 的若干思考正式版 下载提示：此安全管理资料适用于生产计划、生产组织以及生产控制环境中，通过合理组织生产过程，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到预期的生产目标和实现管理工作结果的把控。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 控制井眼轨迹中，实施滑动导向和复合钻进时，使用一些经常用到的导向螺杆往往会发生钻头无法有效加载与产生螺旋井眼的缺陷问题，这将直接的干扰了井眼轨迹的控制成效，要想避免这些问题的发生，就必须采取高效导向螺杆钻具进行。笔者根据自身工作经验，主要对高效导向螺杆钻具的应用进行了一番分析研究。 高效导向螺杆钻具指的是在螺杆钻具驱动的地方安装一种受螺杆钻具驱动旋转的窄带螺旋稳定器，共有以下功能优势：在底部钻具组合中属于近钻头支点，能够
使BHA的滑动导向能力不断提升；布置近钻头与近满眼能够使井壁更加的完善；进行滑动导向钻进时，近钻头稳定器会保持一种旋转状态，其不会有太大的滑动阻力，有效防止了拖压问题的发生，优势之处众多。 近钻头稳定器结构设计及螺杆动力系统优化 1.1.近钻头稳定器结构设计 科学合理设计近钻头稳定器结构对于高效导向螺杆钻具利用率的提升具有重要作用，实际中应做好以下两方面：首先，要求稳定器处于旋转状态时应产生支点效应、具有较好的稳定性以及实现低的额外扭矩；其次，做好岩屑的排导工作。所