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1、螺杆钻具结构设计与力学分析技术螺杆钻具结构设计与力学分析技术) )螺杆钻具 luogan zuanju螺杆钻具PDM drill一种渐进空腔型容积式孔底动力机，简称螺杆钻。以泥浆、清水为动力介质，通过钻杆中心孔输送到孔底的螺杆钻，实质上是把液体压力能转换为机械能的一种能量转换装置。钻探时，螺杆钻直接带动连接在其孔底传动轴上的岩心管和钻头回转，整个钻杆柱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。采用螺杆钻钻探与常规钻探相比有许多优点，如钻杆磨损大幅度下降，钻速高。它是打定向孔的主要器具，在钻探领域已发挥作用。1955 年，美国克利斯坦森矿山钻探制品公司根据莫因诺原理开始研
2、究,于 1964 年首先取得成功,定名为“戴纳钻”;苏联于 70 年代初研究成功“凸”型螺杆钻;中国地矿部勘探技术研究所于 80 年代初研制螺杆钻成功。至今生产螺杆钻的国家有美国、俄罗斯、中国、德国等。螺杆钻最早是用来打垂直孔，现在主要用来打各种定向孔和特种工程孔（如矿井冻结孔） 。最大钻孔深度达 9023 米。目前世界上螺杆钻最小直径为 44.5 毫米，最大直径为 304.8 毫米。利用螺杆钻进行岩心钻探时,应在驱动轴与钻头间加上岩心管采取岩心。螺杆钻由旁通阀、螺杆马达（转子和定子） 、万向节、轴承和驱动轴几部分组成，其核心是螺杆马达。在螺杆马达转子、定子传动副中,定子齿数 Z1 比转子齿数
3、 Z2 多一个:即 Z1= Z2+1。它们的齿数比通常称为传动比,设计时,可任意选择(1:2,2:3,.,9:10)。设计高转速的螺杆钻应采用小齿数比螺杆马达，而设计低速大扭矩的螺杆钻应采用大齿数比螺杆马达。随着转子定子齿数比的增大,其效率逐渐趋于下降；螺杆钻的输出扭矩取决于通过马达的工作压力降，输出转速取决于通过螺杆马达工作介质的流量。钻探时，仍然需要钻探机、泥浆泵、钻杆和钻塔等常规钻探装备。施工定向钻孔时，要借助定向仪给造斜工具定向。与螺杆钻配套使用的造斜工具有弯接头、弯外管和偏心块等。采用螺杆钻施工定向孔能提高钻孔质量，提供精确地质资料，节约进尺，降低成本，解决许多无法施工的工程难题，因
4、此，它是钻探工程的一种特种工具。螺杆钻的使用寿命一般为 150200 小时，其薄弱环节是定子橡胶耐高温程度低，轴承易损坏。目前正加紧研制与开发用于制造定子的抗磨损耐高温的弹性材料与可靠的轴承系统，从而使螺杆钻的工作寿命得到显著提高。并研制低速大扭矩螺杆以适用于钻深孔和超深孔。 论文标题:螺杆钻具控制井斜的理论分析与应用研究The Hole Deviation Control Theory Analyses and Application on Positive Displacement Motor论文作者 潘仁杰论文导师 李黔；陆海泉,论文学位 硕士,论文专业 油气井工程论文单位 西南石油学院
5、,点击次数 9,论文页数 73 页 File Size7711k2003-05-01 论文网 http:/ 螺杆钻具;井斜控制;有限元;钻具组合positive displacement motor;well straightening;Finite elements;drill-assembly在实现井斜控制目标的同时，如何提高钻进速度是钻井工作者长期以来十分关心的问题。本文提出了利用单弯螺杆钻具来控制井斜的钻具组合结构，单弯螺杆钻具组合可以在低钻压下获得较高的转速，不但有利于控制井斜也有利于提高机械钻速。由于结构弯角的存在，使其能够有更强的防斜、纠斜能力，与传统的钟摆螺杆钻具组合相比控制井
6、斜更加有效。 本文对转盘与螺杆钻具联合钻进时的防斜打快机理进行了分析，从理论上证明了利用螺杆钻具配合 PDC 钻头进行防斜打快的技术思路。采用有限单元分析方法，建立了螺杆钻具控制井斜的力学模型，为定量分析螺杆钻具控制井斜的特性提供了技术支持。 对单弯螺杆防斜钻具组合分析表明：稳定器安放位置距钻头越远钻头侧向力越大；钻压对钻头侧向力影响不明显；弯角和肘点位置对钻头侧向力有明显的影响，这对专用防斜螺杆钻具的设计改进提供了理论依据；单弯螺杆钻具组合在井斜角较大时显示出了强的纠斜能力。为了指导单弯螺杆钻具的安全使用，本文还对单弯防斜螺杆钻具的应力状态进行了分析，分析表明在目前的钻具结构和施工参数条件下
7、，螺杆钻具的使用是安全的。 本文提出的螺杆钻具防斜打快技术在新疆油田易斜地区：高陡构造百 54 井区 13051井、断层带八区 T80268 井，T80276 井，山前构造卡因迪克地区K1000 井，K1001 井、东湾背斜东湾 1 井进行了成功应用。实践表明，这种防斜打快的新方法值得推广应用。In oil drilling engineering, the workers play much attention on how to increase the rate of penetration during controlling deviation of vertical well Th
8、e structure of drill-assembly, which uses single bend PDM (positive displacement motor) to control hole deviation, is presented in this paper. Single bend positive displacement motor drill-assembly can work on relatively high rotating velocity under low bit weight, which is not only benefit to heigh
9、ten the rotating velocity of machine, but also benefit to control hole deviation, and because of structural angle the ability of well straightening is improve. So, It is more effect than traditional pendulum drill-assembly in controlling hole deviation.This paper analyzed the mechanism of well strai
10、ghtening and improving ROP as turnplate and screw drill rotate together, proved technique thought that using positive displacement motor associate with PDC bit to control hole deviation and improving ROP in theory, and established mechanics modal based on the method of finite elements analysis, whic
11、h present a method to quantitatively analyze screw drill controlling hole deviation.The analysis of single bend PDM against deviation drilldown-hole indicates that during the stable period, the longer the distance between the stabilizers and bit, the bigger the side force will be. Bit weight has lit
12、tle effect on bit“s side force. Angle and elbow position have much effect on bit“s side force, and that is the theoretic base for designing special PDM against well deviation.Single bend PDM drill-assembly on well straightening shows strong ability in big deviation angle. In order to instruct to use
13、 Single bend PDM safely, this paper also analyze its stress-state and the result proved that under the condition of present assembly and work parameter using Single bend PDM is safe.The screw drilldown-hole motor against well deviation technique presented in the paper successfully applied in area tend to deviation, 13051 well in bai 54, T80268 well, T80276 well in 8 area fault zone, K1000 well, K1001 well in kayingdike area dongwan 1 well in dongwan anticline . It can draw a conclusion that this new method of well straightening and improving ROP worth popularized.
