石油螺杆钻具

1、螺杆钻具常识研讨会成都大漠石油机械有限公司动力十足，奋勇直前交流内容1 螺杆钻具简介2 螺杆钻具结构3 使用螺杆钻具注意事项4 螺杆钻具技术发展5 公司简介钻井1 螺杆钻具简介4 U 定向井大位移井钻进示意图1 螺杆钻具简介现代常用的钻井方式:地面转盘驱动地面顶驱驱动井底马达驱动地面驱动+井底马达驱动=复合钻井井底马达包括：螺杆钻具涡轮钻具电动钻具螺杆鮎具适应于直井、定向井、水壬辛中的定向賣輕解蠶抵魅謬中减径的螺杆钻出療钻具作为井下动力钻具，有下面几项突t辭册转速'提高了机械钻速2、减少了钻杆和套管的磨损和损坏； 諮讐的进行定向、造斜，纠斜（和定向仪器1 螺杆钻具简介螺杆钻具是一种把液

2、体的扭矩和转速通过万向轴传翳翩钻头匕达公司产品已形成系列,规格从 43mm-286mm, 共有23种型号。1 螺杆钻具简介美国50年代中期开始研究螺杆钻具，1962年用于生产。迪纳钻具（Smith公司）、纳维钻具（Shristensen公司）、波斯钻具前苏联1966年开始研制螺杆钻具 我国的螺杆钻具生产在80年代中后期开始形成一定规模螺杆钻具的基本特性: 其转数与泥浆排量成 正比，扭矩与钻压成 反比；排量一定的情 况下钻压增加，扭矩 增大，螺杆钻具的压 力降也随着增加2 螺杆钻具结构传动轴总成、万向轴总成、马达总成、防掉总成和旁通阀总成五大 部分组成.防掉总成万向轴总成传动轴总成马达总成旁通阀

3、总成旁通阀总成:熔師血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。泥浆泥浆泥浆代用接头:水平井段及泥浆净化不好的情况下推荐使 用代用接头，避免泥浆 杂质堵卡旁通阀造成不 必要的螺杆失效。代用接头旁通阀+提升短节旁通阀与提升提升短节短节组合在一起， 可缩短井口拆装螺 杆时间。旁通阀提升+旁通 阀组合接头旁通阀总成：它

4、主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧.筛板、密封件、孔用挡圈组成。密封件防掉总成:作用：由于异常原因造成壳体断裂、脱扣时，起到防掉的作用；同时使泵压升高，使地面及时发现问题避免造成事故。防掉接头防掉锁:泥浆防掉连杆泥浆螺杆钻具防掉总成的组成:f螺杆钻具f螺杆钻具防掉接头防掉锁母f马达总成:作用:转子在压力泥浆的 驱动下，绕定子轴线旋 转，完成液体压力能向 机械能的转化，为钻头 骥供易力。螺杆钻具螺杆钻具马达总成: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定子转子密封舱马

5、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13倍，如四级马达，额定压降应为3.2Mpa,最大压降为 42Mpa。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，用户应特别注意。为了确保马达的密封效果，转子与定子之间的配合尺寸与不同井深的温度有关, 因此在选择钻具时应尽可能准确地提供给厂家钻具应用场所的井温情况，以便推荐 使用松紧配合状态适合的马达。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

6、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。定子转子密封舱马达总成: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。转子是一根有镀锯硬层的螺杆。螺杆钻具马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头数比转 子多D。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。我公司可根据用户需求，制造转子头数与定子头 数比为1： 2、3： 4、5： 6、7： 8、9： 10的马达，下图是几种典型马达配合的截面轮廊:螺杆钻具中空转子马达議为了增加钻头的水马力和泥浆的上返速度”

7、将转子加工成为带喷嘴 的中空转子.此马达的总流量应等于流经马达密封腔流量和流经转子喷嘴流量的总和, 每种规格的马达都有其推荐的最大和最小流量值。如果流量过大，转子会超 速运转，定子和转子会出现提前损坏，如果流量过小，马达将停止转动。因 此在选择转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封腔流量始终保持或高于最小推荐 流量值，这样才能使马达正常运转。在泥浆密度、喷嘴尺寸和马达流量为定量时，流经转子喷嘴的流量和流 经马达密封腔的流量总是随负载变化而变化的。钻头离开井底，马达负载近 似为零，此时流经转子喷嘴流量最小，而流经马达密封腔的流量最大。钻头 钻进，使马达压差不断增加，使流经转子喷嘴流量增加，而此时流经马达

8、密 封腔流量减少。中空转O Q O O O 螺杆中空喷嘴的计算：流经马达密封腔的流 量为Qm,通过马达喷 嘴的流量Qz 即；总流量Q=Qm+Qz设定马达转速n值计 算Qm值t/vx60容积效率qv取0.90； Qz = Q-Qm (L/s)钻具喷嘴直径Qm马达密封腔流量(L/s)Qz转子喷嘴的流量(L/s)Q中空转子马达的总流量(L/s) nv容积效率马达压降AP = APst + APop APst马达启动压降(MPa)APop马达工作压降(MPa)Q浆比重(kg/L)计算公式中q为中空转子马达的每 转排量(L/r戾数值参见下表。螺杆钻具中空转子马达:5LZ244X7.0 LLq=2035L

9、Z216X7.0 LLq=17.15LZ197X7.0 LL5LZ197X14.0 LLq=14.05LZ172X7.0 LLq=1025LZ165X7.0 LL5LZ165X14.0 LLq = 8.55LZ120X7.0 LL5LZ120X14.0 LLq = 5.05LZ95 X7.0 LLq = 2.69LZ95 X7.0 LLq = 3.35LZ89 X7.0 LLq = 2.45LZ73 X7.0 LLq = 1.3按以上推荐计算公式，用户可以根据使用需要随时更换不同直径的 喷嘴，从而达到理想的效果。性能相同外径及导程下 头数越多转速越低 头数越多扭矩越大 头数越多效率越低1/23

10、/45/67/89/10 RPM口Tbnque*Effie iencyRgure 6R eldt lonshipn u mber at lobes a nd speed or torque转子涂层:国内外生产的转子表面大多采用硬珞层，如在盐水泥浆中使用， 耐腐蚀效果较差，严重时会使整个马达总成报废，直接影响螺杆的使 用寿命。转子涂层:国内外采取的办法有:1、转子表面喷涂耐腐、耐磨合金;2、采用不锈钢转子。用范饗较贵，-般是镀硬铅的倍，这样就限制了使基于这种情况，于06年初对转子耐磨层进行研究对设备及 工艺进行改进，形成了一套完整转子表面处理生产工艺。耐腐 蚀效果与喷涂接近，且成本较低。通过一年

11、多在各个油田的应 用，使用效果良好。转子全部采用这种新工艺,为用户省去了 使用盐水泥浆，重新订购螺杆的麻烦和费用。万向轴总成:作用：将转子的偏心运 动转化成传动轴 的定轴运动。花瓣型万向轴总成球传动万向轴总成高强度密封万向轴总成螺杆钻具万向轴总成:万向轴的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，将马达 产生的扭矩及转速传递给传动轴至钻头。万向轴大多釆用瓣形，也有采用 挠轴形式的。大漠钻具的瓣型万向轴采用数控切割技术制成，切口平行度高，粗糙III度可达63且不破坏金属化学成分，因此使用寿命高.机械损失小。 球传动万向轴采用球、杆、绞连接方式传递扭矩，用高温润滑脂润滑 摩擦副，橡胶套密封钢球

12、运动部分，隔离含磨砺性钻井液，球传动万向轴 工作面均进行特殊表面处理，使其表面硬度、抗高温性相对提高；因此耐 磨性、可靠性得到进一步提高，工作寿命相应延长。花瓣型万向轴总成I1球传动万向轴总成螺杆球传动万向轴总成的组成:连杆密封套1传动球0承压球0绞川卄可调弯壳体:我公司现生产的可调弯壳体可调角度范围有0°上壳体定位套、0° x 0° 4°下壳体螺杆钻具可调弯壳体的组成:弯接头上壳体定位套传动轴总成:作用=将马达产生的扭矩与转 速传递给钻头同时承受钻压所 产生的紬向和径向负荷.螺杆钻具传动轴总成:传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受钻压所产

13、生的轴向和径向负荷。我公司制造的钻具传动轴总成有两种结构:一、钻头水眼压降为7.0Mpa,釆用硬质合金径向轴承和中间有一组 推力轴承的传动轴总成（如下图）.二、钻头水眼压降为140Mpa,采用硬质合金径向轴承和金刚石复合片（PDC）的平面止推轴承，其寿命更长、承载能力更高。比7.0MPa传动轴总成两种传动轴总成的对比螺杆钻具螺杆钻具 K1¥12、3、改进型传动轴总成的优点2 11、上TC轴承采用螺纹连接的固定方法，从而避免在频繁滞动造成断轴头、上TC轴承损坏等现象； 下TC轴承与传动轴大端用螺纹连接，使其在复合钻进时不会因摩擦力及震动过大而松动； 传动轴消除了传统的台肩定位，台肩部采

14、用较大圆弧过渡，去掉中部螺纹，使轴体应力均布不 易产生裂纹;；改进的防掉系统.使防掉性能更加可靠。配置这种结构的螺杆钻具，其寿命、可靠性较传统的传动轴总成有了很大提高，在维修上 简单、方便。传动轴总成的组成:螺杆钻具螺杆钻具串轴承键上TC动套隔套壳 体锁母下TC动套传动轴螺杆钻具1为了适应钻井的需要，螺杆钻具的传动轴总成的外壳上配有不同种类的稳定器有固定式的和可换套式的，稳定器的扶正条形式多种多样, 可根据钻井工艺的需要选择使用。（见下图）三瓣偏心稳定器三瓣.五瓣螺旋稳定器三瓣、五瓣球型稳定器螺杆钻具可换套式的稳定器:可换稳定器套筒螺杆钻具型号说明X二口 例:5LZ172/5 x 7-DM表示

15、：转子与定子头数比为5：6、外径为©172(11叭马达级数为5级. 钻头水眼压降为0 7MPa的大漠螺杆钻具。113.使用螺杆钻具注意事项：，钻进时钻头尺寸应按照下表选择，如超出规定范围卡钻、断 i 辆、落井等事故的几率就会大大增加。螺杆型号推荐钻头尺寸95118-120 (45/8-43/4)105120-142 俘/店©120-127149-165 (55/8-61/2)140172-200 (63/4-77/8)159200-216 (77/8-81/2)165-172216-222 (81/2-83/4)185222-241 (83/4-914)197-203251

16、-270 (91/2-105/8)210270-289 (105/8-113/8)216289-311 (113/8-121/4)244311-394 (121/4-151/2)286394-508 (151/2-20)在进行复合钻进时，应严格控制钻盘（顶驱）转速，如转速过快，会使马达和 传动轴机构的离心力增大，使寿命缩短。螺杆外壳体的高速转动还容易造成壳体 断裂。弯外壳角度（0。）转盘速度（rpm）0. 00 °800. 25 °700. 50 °700. 75 °601. 00 °501. 25 °401. 50 °40

17、1. 75 °NR2. 00 °NR2. 25 °NR2. 50 °NR3. 00 °NR对常规螺杆性能影响不大泥浆比 重和粘度对系统压力 有直接影响对中空螺杆性 能有直接影响推荐泥浆最 二 大塑性粘度 不超过50厘泊泥浆中 有芳香姪对定子橡胶 产生气蚀推荐含姪低于2 % 苯胺点高于75°C泥浆中含砂量影响螺杆的 使用寿命推荐含砂小于1 %PDC钻头与7Y型螺杆钻具完全匹配， 尤其是在周期较长的直井钻进中|牙轮钻头也可使用，此时牙轮钻头齿部 硬度可比用一般传统转盘钻选硬一个等级厂f过大：螺杆承受钻压的能力下降J r轴承得不到良好的润滑

18、与冷却W1U的水眼口 过小：达到额定泵压时，排量可能过小， 马达不易发挥出最大效能。达到额定排量时，系统压力增高, 影响轴承寿命注意:在井口测试螺杆时，如果没有接钻头,测试时间以不 超过一分钟为宜,以免轴承得不到良好润滑而提前损坏。额定温度最高温度常规定子95 °C120 °C高温定子135°C150 °C确定井底温度：温度过高对螺杆马达效能十分不利，使所有不利因素加 剧作用。针对这种情况，螺杆钻具提供以下两种规格的定 子蛊III注意:高温马达用于常规井很难获得好的效果输入泥浆流量-控制泥浆排量和输出转速：累杆输出转速与输入泥浆流量成正比。每种规格的 马

19、达都有其推荐的最大和最小流量值。超过最大流量值：转子可能超速旋转, 定子和转子会提前损坏。小丁最小流量值：马达压力差达到最大 值时，马达会进入失控状态。当实际需要的泥浆流量超出推荐流量时,用户应单独提岀, 公司会提供适合给定流量范围的中空马达。当使用中空马达时,可用过渡接头替代旁通阀总成,避免因 旁通阀频繁关启时从阀孔高速喷出的钻井液对井壁造成伤害。选择的原则(1)、安全性的原则：在同一井眼其他条件不变的情况下，以钻具刚性强 度最大为优选条件，即做到大马拉小车的原则，以确保安全性。如 121/4v井眼中，可供选择的钻具有LZ197. LZ203、LZ210、LZ244、其中 LZ197为最差选

20、择。、输出扭矩最大的原则：在同一井眼其他条件不变的情况下，钻具 的输出扭矩越大为优选条件，以确保提供足够的滑动钻进的扭矩。如 叫 井眼中，同为5LZ165钻具应选择多级大扭矩钻具。(3)、排量合适的原则：螺杆钻具为容积式马达，其输出转速与排量成 正比，在同一排量下，应选择排量合适的钻具，以确保所要求的转速， 将马达发挥至最佳状态。选择的原则(1)、安全性的原则：在同一井眼其他条件不变的情况下，以钻具刚性强 度最大为优选条件，即做到大马拉小车的原则，以确保安全性。如 121/4v井眼中，可供选择的钻具有LZ197. LZ203、LZ210、LZ244、其中 LZ197为最差选择。、输出扭矩最大的

21、原则：在同一井眼其他条件不变的情况下，钻具 的输出扭矩越大为优选条件，以确保提供足够的滑动钻进的扭矩。如 叫 井眼中，同为5LZ165钻具应选择多级大扭矩钻具。(3)、排量合适的原则：螺杆钻具为容积式马达，其输出转速与排量成 正比，在同一排量下，应选择排量合适的钻具，以确保所要求的转速， 将马达发挥至最佳状态。螺杆钻具螺杆钻具使用的注意事项排量、钻压要按照使用手册的推荐范围使用； 如需要大排量时，可使用中空马达；为了防止螺杆发生偏磨应尽量提高泥浆润滑性;必须严格使用固控设备，含沙量不高于0.5%;下井之前要做井口试验，记下马达压降；lfj下钻时应注意下放速度，避免下放过快在通过 防喷器、井口装置、隔水管、分级注水泥接 箍、套管、封隔器、尾管悬挂器、井眼的狗腿 时损坏螺杆，尤其大角度的螺杆更要注意；rgnmga螺杆要到井底时，开泵循环清理井底沉沙，防 止沉沙进入螺杆造成沙卡；最初加压要缓慢，使钻头轻缓的磨合，直到建立起 钻井模式；钻井时，应尽可能保持恒定的立柱压力，使螺杆 输出扭矩稳定；加钻压时小心控制，避免马达憋死，造成螺杆提 前损坏；在进行复合钻进时，应严格控制钻盘（顶驱）转 速，如转速过快，会使马达和传动轴机构的离心 力增大，使寿命缩短。螺杆外壳体的希速转动还 容易造成壳体断裂。4