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1、1.概述螺杆钻具是为直井、定向井、丛式井和水平井等钻井作业提供井下动力的钻井工具。它可以与牙轮钻头、金刚石钻头以及其他特殊钻头配合使用，进行直井、定向井、水平井钻井以及取芯等钻井作业。一九八五年以来，我厂先后引进美国DYNA-DRILL的D500、D1000和F2000系列螺杆钻具的先进技术。经过十几年的消化和吸收，同时又结合我国国情以及与各油田、科研院所合作，现在已开发制造多种型号的螺杆钻具，基本上满足石油钻井的不同需求。本厂螺杆钻具产品依据石油行业标准SY/T 5383?/FONT1998设计制造。2.产品型号与选型说明本厂螺杆钻具型号产品的型号表示说明如下：C 5 LZ 172 * 7.
2、0 II - D K W F G 其中“C”表示：马达形式（C-长马达、D-短马达、省略-常规马达）“5”表示：转子头数“LZ”表示：螺杆钻具产品代号“172”表示：螺杆钻具规格（直径,mm）“7.0”表示：允许使用的转子水眼压降（MPa）“II”表示：允许改进次数“D”表示：弯钻具弯角形式:D-单弯（弯接头或弯壳体）P-大偏移距同向双弯（弯接头+单弯壳体）T-同向双弯S-异向双弯（DTU）J-铰接钻具无-直钻具“K”表示：K-可调弯壳体钻具结构形式省略-固定弯壳体钻具结构形式“W”表示：稳定器（W-传动轴壳体带稳定器；省略-不带稳定器）“F”表示：转子中空分流（F-转子中空分流；省略-转子非
3、中空）“G”表示：钻具耐温特性（G-耐温150；省略-耐温120）我厂常规螺杆钻具包括以下组件（或功能）：1. 旁通阀； 2. 马达； 3. 万向轴总成（轴体和直壳体）； 4. 传动轴总成（不带稳定器）； 5. 钻头连接螺纹为API REG内螺纹。 螺杆钻具还可以包括以下组件（或功能），需要定货时特殊说明：1. 定向接头； 2. 弯接头（可以指定在旁通阀上部或旁通阀下部，未指定时在上部）； 3. 特殊马达（中空、耐高温、加长或耐特殊介质等）； 4. 万向轴弯壳体（03间的固定角度，）； 5. 可调弯壳体（部分型号有）； 6. 传动轴壳体稳定器（直条、螺旋或对称、非对称等形式）； 7. 可换稳定
4、器（部分型号有）； 8. 特殊连接螺纹； 9. 转子防掉装置（部分型号有）。 3.常规螺杆钻具的主要结构与工作原理螺杆钻具是一种以钻井液为动力液的井下动力钻具，是一种容积式马达。泥浆泵泵出的钻井液从钻柱进入螺杆钻具的马达，在马达的两端形成一定压力差，推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。螺杆钻具主要由旁通阀、马达、万向轴和传动轴等四个部件组成。3.1旁通阀总成旁通阀总成由阀芯、阀套、弹簧、阀口等零件组成。阀芯有两个位置：开启位置和关闭位置。旁通阀的开启与关闭由钻井液的流量控制。在起下钻作业过程中，泥浆泵停泵或流量较小，旁通阀自动开启，将钻柱内孔与环空连通。起钻时，钻柱
5、内的泥浆经阀口流入环空，不会溢于井台上。下钻时，环空内的泥浆经阀口进入钻柱，减少钻柱内外的压力差。正常钻进时，旁通阀关闭。此时泥浆流经马达，把压力能转换为机械能。3.2 马达总成螺杆钻具的马达由定子和转子两个零件组成。定子是在钢管内壁上压注并粘结牢固的橡胶衬套。橡胶内孔具有螺旋面的几何形状。转子是一根经过机械加工并经高硬度表面处理的螺杆。转子和定子具有特殊的啮合关系。这些啮合点沿轴向形成螺旋密封线，形成一个一个的密封空腔。当具有一定能量的压力液进入这些密封腔，并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，这就是螺杆马达的基本工作原理。螺杆钻具马达的转子具有不同的头数。
6、一般来说，转子头数为1的马达（单头马达）转速高、扭矩小，而转子头数大于1的马达（多头马达）转速低、扭矩大。转子的转速与马达的输入流量成正比，控制输入流量，就可以控制螺杆钻具的输出转速。为了增加马达的流量而又避免转速的升高，有的螺杆钻具的转子被做成中空形式，并在转子上安装喷嘴，使马达具有中空分流。这种结构的优点是可以增加螺杆钻具的流量，缺点是会使马达特性变软，即钻头的转速将随钻压的增加而减小（非线性），用户在选用和操作时，应当注意。我厂生产的螺杆钻具，有不同长度（不同级数）的马达，以满足用户的不同要求。例如，加长马达具有很大的输出扭矩和功率，可以满足在长的直井段快速钻进的需要；短马达使螺杆钻具整
7、机的长度缩短，可以满足提高造斜率的要求。3.3 万向轴总成万向轴的上端连接马达的转子、下端连接传动轴的导流水帽，其作用是将做行星运动的转子和做定轴转动的传动轴连接起来，把马达的输出扭矩及转速通过传动轴传递到钻头。螺杆钻具使用后，要及时拆卸、检查万向轴磨损情况。如磨损量超过维修标准，应及时更换，否则会因万向轴过度磨损导致其他零件的损坏，甚至钻具无法正常工作。3.4 传动轴总成传动轴的功能是将马达的扭矩和转速传给钻头，同时要承受钻进时地层作用于钻头的轴向力和径向力，因此，其主要结构是一组轴承。我厂制造的螺杆钻具的传动轴总成有不同的结构。常规螺杆钻具的传动轴总成，上、下径向轴承为硬质合金轴承（TC轴
8、承），中间装有一组角接触推力球轴承，具有较高的承载能力和使用寿命。螺杆钻具工作时，少量泥浆从轴承间隙处通过，使轴承得到润滑和冷却。密封式传动轴的结构与上述结构相似，由于优化了内部结构设计，将全部轴承密封起来，使轴承组在油润滑的条件下工作，使承载能力和使用时间进一步提高，适用于长井段连续钻进。F2000型螺杆钻具的传动轴总成，上下径向轴承为CC合金轴承，中间装有镶嵌PDC复合片的平面推力摩擦轴承，具有更高的承载能力和使用寿命。4.导向螺杆钻具的主要结构导向螺杆钻具（弯螺杆钻具）是我厂为大斜率定向井和水平井钻井而设计、制造的井下动力钻具，通常是指配有不同弯壳体和稳定器的螺杆钻具。导向螺杆钻具用于配
9、合牙轮钻头或金刚石钻头，以及弯接头、无磁钻铤、稳定器和随钻测量系统等组成不同的钻具组合，用于大斜率井的造斜、稳斜和水平井段的钻井作业。4.1 弯角结构导向螺杆钻具通常具有以下弯角形式：1.单弯螺杆钻具棗螺杆钻具的上部带有弯接头，弯接头由用户自备或由厂家根据用户要求提供；2.单弯螺杆钻具棗万向轴壳体为单弯壳体，弯壳体弯角的度数由用户提供，弯点的位置可以按用户要求设置在弯壳体的上部或者下部。对于同样的角度，采用下部弯点时，钻头的偏移距小，造斜率高。顾客没有特殊要求时，弯点设置在弯壳体的上部。3.同向双弯螺杆钻具棗万向轴壳体具有方向相同的两个角度。4.异向双弯螺杆钻具（DTU）棗万向轴壳体具有方向相
10、反的两个角度，通常下部弯角的度数是上部弯角度数的两倍。这种结构具有弯角大而偏移距小的特点。5.大偏移距同向双弯螺杆钻具棗螺杆钻具上部安装弯接头，万向轴壳体为单弯壳体，两角度同向共面。我厂弯螺杆钻具在弯点处有标记槽和刻线，标记槽内标示出弯点的角度数值，刻线表示弯角方向（高边），供用户识别。4.2稳定器结构导向螺杆钻具与常规螺杆钻具的另一个不同之处在于导向螺杆钻具的传动轴壳体上带有不同形式的稳定器。常用的稳定器形式包括：1.螺旋稳定器（三条翼片、五条翼片）；2.对称直条稳定器（一般为五条翼片均匀分布）；3.非对称直条稳定器4.贴片稳定器稳定器的形式和外径尺寸对造斜或稳斜的效果影响较大，用户在选用导
11、向螺杆钻具时，应对此予以重视。4.3 可调弯壳体我厂部分型号导向螺杆钻具可以选配地面可调弯壳体（单弯壳体），角度调整范围为02.50，方便顾客根据钻井需要在现场改变弯壳体的角度，具有较大的灵活性。4.4 可换稳定器为了满足钻井使用要求，有些规格的产品可以配备可换稳定器，顾客可以在井场根据钻井情况随时更换适宜的稳定器。5. 吊运和保管螺杆钻具出厂及运输过程中的吊装，应使用尼龙绳悬挂螺杆钻具的重心部位，使螺杆钻具水平平稳起吊。使用钢丝绳起吊时，钢丝绳应带有橡胶护套，避免划伤螺杆钻具的壳体。不得使用破损的钢丝绳起吊。螺杆钻具应平放于坚硬的地面，或者平放于适宜的支架上。不得长期存放在软土或泥泞的地面。
12、存放期间，应保持两端的护丝完好，防止污物进入。存放场地应遮阳、防雨，通风良好，环境温度不高于45。螺杆钻具的有效储存期为自定子生产之日起一年半，超期储存的螺杆钻具一般仍可以使用，但其连续工作时间可能会有不同程度的减少。储存期间应随时检查定子的生产日期。6. 螺杆钻具的使用6.1工作条件与技术参数螺杆钻具的使用效果和使用时间，与现场工况和操作人员的使用密切相关。因此，操作人员有必要了解以下有关事项。6.1.1 钻井液本厂螺杆钻具产品主要适用于以水基或油基钻井液为工作介质的石油钻井或修井作业。为了提高一次下井连续工作时间（MTBF），应当对钻井液进行有效的分离净化，使其具有尽可能低的固相含量。一般
13、要求钻井液比重不大于1.5，含砂量不大于0.5%。钻井液中固相含量过高，会影响马达的使用时间，使用时应予以关注。钻井液中的化学剂，对螺杆钻具的定子使用时间有不同程度的影响。我厂螺杆钻具的定子能满足在常规钻井液中的作业要求。尽管如此。如果钻井液中含有大量芳香烃类轻质组分，或者其他对橡胶有害的化学剂，对螺杆钻具使用时间仍有影响。钻井液的PH值应当在410之间，PH值过高或过底都会对螺杆钻具的零件产生破坏作用，缩短螺杆钻具的使用寿命。6.1.2 井底温度螺杆钻具产品对工作温度比较敏感，过高的工作温度，会缩短马达的使用时间。井底温度包括循环温度和静止温度。螺杆钻具在井温较高的条件下使用，应注意保持钻井
14、液的循环，使循环温度尽可能降低。我厂常规螺杆钻具产品的最高工作温度为120。当需要在井底温度（静止温度）高于120的条件下使用时，可以与工厂联系。6.1.3 马达流量螺杆钻具工作时，钻头的转速与通过马达的流量成正比。流量太大会导致螺杆钻具的转速过高，减少连续使用的时间。流量太小会导致螺杆钻具的转速下降，输出功率不够，甚至螺杆钻具因旁通阀不能关闭而不工作。因此，需要将钻井泵的流量控制在一定范围内。为了增大泥浆循环，可以使用中空转子螺杆钻具。此时，一部分泥浆通过转子的通孔分流，使流量增加。需要注意的是，如果使用了中空转子螺杆钻具，必须保证钻井泵的流量符合规定要求。如果流量偏低，将导致马达输出扭矩的急剧下降。用户应当根据规定的马达流量和钻井作业的要求，调整钻井泵的参数（缸径、冲数等）。6.1.4 马达压降螺杆钻具的马达，将钻井液的液压能转换为钻头旋转的机械能。马达两端有足够的压降，才能产生所需要的输出扭矩。泵压太低或钻柱循环阻力太大，不能保证马达工作所需要的马达压降，螺杆钻具不会正常工作。泵压足够时，马达压降随着所施加的钻压加大而升高， 当钻压进一步加大时，马达压降也
