螺杆钻具结构原理Word文件下载.docx
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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，而流经马达密封腔的流量最大。
相反，钻头钻进，马达压差不断增加，流经转子喷嘴流量增加，同时，流经马达密封腔流量减少。
流经马达密封腔的流量为Q1，通过马达喷嘴的流量Q2，Q总=Q1+Q2。
用户可依据使用需要随时更换不同直径喷嘴，从而达到理想的效果。
表1：
喷嘴直径
（in）
泥浆密度
马达两端压力降（psi）
100
200
300
400
流经转子水眼流量
12/32
8.34
40
56
69
80
10.00
36
51
63
73
12.00
33
47
58
66
14.00
31
43
53
62
18/32
90
127
155
179
82
116
142
164
75
106
129
150
98
120
138
表2：
中空转子所配喷嘴尺寸
喷嘴号
in
mm
07
7/32
5.56
16
16/32
12.70
08
8/32
6.35
17
17/32
14.27
09
9/32
7.14
18
15.88
10
10/32
7.94
19
22/32
17.48
11
11/32
8.74
20
24/32
19.05
12
9.53
21
28/32
22.23
13
13/32
10.31
22
30/32
23.80
14
14/32
11.11
23
32/32
25.40
15
15/32
11.91
24
1.3万向轴总成
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。
万向轴多采用挠轴式（如图6所示）。
1.4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，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。
我公司制造的钻具传动轴结构（如图7所示）已申请国家专利，具有寿命更长、承载能力更高等诸多优点。
1.5防掉装置
我公司采用的防掉装置已经申请国家专利。
当定子下部各个外壳螺纹松脱后，防掉装置通过转子防止下部壳体落入井眼中，并且φ120以上规格的钻具都能够防止传动轴轴头落入井中，具有极大的安全性。
2、螺杆钻具型号说明
同SY/t5383-1999中有关说明一致。
3、使用须知
3.1井场钻井技术人员和司钻首先要了解钻具的结构原理和使用参数，再按使用手册的要求合理使用钻具。
3.2根据整个井眼的钻井作业计划，由钻井工程师根据任务结合不同地层结构、井眼孔径、深度、机械转速选定所用钻头与钻具型号，决定水眼直径和钻具组合。
现场施工必须严格按照制定的钻井作业计划执行。
3.3对钻井液的要求
螺杆钻具的马达为容积式，马达的输入流量和作用于两端的压力降差决定了钻具的基本性能。
钻井液的物理、化学性能除个别有损钻具寿命外，一般不影响钻具性能，但钻井液所含的各种硬颗粒必须予以限制，因为它会加速轴承、马达的磨损而降低钻具的使用寿命，建议固相含砂量不超过1%（若含砂量达到5%，钻具寿命会降低50%）。
同时注意钻井液中不要混有各种气体，因为混有气体的钻井液在钻具中压力的变化下容易产生“气蚀作用”，加速钻具的损坏，尤其是定子橡胶更容易被气蚀坏，对于欠平衡钻进中强碱、高温泥浆，要提前说明。
3.4使用钻头的选择
钻头与钻具是否匹配是螺杆钻具能否成功发挥作用的因素之一，选择时应注意以下问题：
（1）钻井方案及计划；
（2）针对地层需要的刃部结构；
（3）钻井液流通通道的结构；
（4）预先计划的机械钻速；
（5）使用该钻头，钻具运转的时间估算：
（6）钻头水眼压降的设计。
除了钻头水眼造成的压降外，要使钻井液流经钻头底部时不再形成其他较大的压力损失，尤其是钻头水眼压降已达到该型号钻具规定的压降值时更应注意，应选择合适的钻头。
A：
PDC钻头其冠部液体通道的设计，须考虑通道过流面积是否可能造成额外过多的压力损失问题，同时并能保证岩屑及时排出及钻头冷却需要。
PDC钻头不仅适用于定向造斜，更适用于钻井周期较长的作业，如打直井等。
B：
牙轮钻头适用于钻井周期不长的作业，如定向造斜、侧钻等。
C：
改善传动轴的稳定性，对提高钻具寿命发挥钻头性能有帮助。
另外，考虑钻头金刚石的几何尺寸、布置方位、钻压负荷等诸多因素是否影响钻具转速及寿命。
3.5对井底环境温度的要求
温度过高对钻具马达性能有影响。
使用油基泥浆液，井底温度低于95℃，钻具工作状态最佳。
当温度超过150℃时，钻具定子寿命受到影响较大。
为使钻具在较高的油基钻井液下正常工作，可以采用分段下钻，间歇循环，使用带分流孔的空心转子，以加速循环或改善钻井液的散热性及其它性能的方法。
保证实际定子工作温度低于极限值。
有普通定子（额定温度为95℃-120℃）、耐高温定子（额定温度135℃-150℃）两种。
3.6对钻井液流量的要求
螺杆钻具的输出转速与输入钻井液流量成正比。
建议按钻具推荐流量参数范围进行选择，否则会降低钻具效率及使用寿命。
3.7钻井液压力与钻压的特点
钻具进行空运转时，若保持泥浆流量不变，钻具与钻头的压降为一常数，该值随钻具形式和规格的不同而有所不同。
钻具工作时，随着钻压逐步增加，钻井液循环压力逐渐上升，该压力的增量与钻压或钻进所需扭矩的增量成正比，当达到最大推荐值时，产生最佳扭矩。
继续增加钻压，当循环钻井液在马达两端产生的压降超过最大设计值时，钻具将发生泄漏。
正常工作时，如果泵压表突然增加了几兆帕，继续增加钻压，泵压不再增加，表明钻具发生了泄漏，此时钻具定子与转子间密封腔破坏，液体经密封腔从钻头水眼中流出。
因故障卡钻时，钻井液在钻具制动情况下仍可以继续循环流过钻具，应迅速将钻具提离井底降低钻压，因为钻井液长时间流过不转的马达会使钻具严重损坏。
另外，要使钻具获得最佳工作效率，应将钻具两端的压差控制在推荐参数范围内。
3.8预先进行必要的水力估算
钻井作业时，由泥浆泵泵出的钻井液依次经立杆、水龙头、方钻杆而进入钻杆、钻铤、无磁钻铤、钻具（马达）、钻头水眼及环空而返回地面。
在钻井液不断循环过程中，由于钻井液本身的摩擦和钻井液与管壁、井壁的摩擦及各局部流动造成的损失，皆需消耗一定的能量。
这一能量损失以压力损失表现出来，按预计井深累加压力损失后，就可以作为确定泵压的一个参数。
对于现场操作者来说，只要将钻头稍稍提离井底，在额定排量下，主管压力表上的读数值就是上述总压力损失值。
4.钻具使用的注意事项
4.1钻具下井前的地面检查
4.1.1钻具除提升短节与旁通阀连接外，其他部分的壳体连接均涂以锁紧剂。
4.1.2用钻头装卸器把钻头装上，只许用链钳转动钻具传动轴头，而且只能逆时针旋转（俯视旋向，下同），以防止内部螺纹松扣。
4.1.3吊起提升短节，把钻具放入转盘中，把旁通阀置于转盘中易于观察的位置。
用卡瓦把钻具卡牢，卸去提升短节。
4.1.4检查旁通阀：
用锤柄或木棒向下压旁通阀芯，从上部向旁通阀注满水，此时旁通阀应不漏，水面无明显下降，然后挪走木棒，阀芯应被弹簧弹起复位，所注水应从侧面各孔均匀流出，即可认为正常。
4.1.5下放后，使旁通阀位于钻杆下方便于观察的地方，开动钻井泵，逐渐提高排量直到旁通阀关闭，上提钻具，看钻头是否转动，此时旁通阀处于“关闭”位置。
不应有钻井液从旁通孔流出。
停泵后注意观察旁通阀是否再次打开，使钻井液从旁通孔排出。
泵未完全停止之前，不要把旁通阀提到转盘以上，防止污染井台。
4.1.6按设计的钻具组合，分别把弯接头、无磁钻铤、稳定器等接好。
4.2把钻具下到井眼
司钻下放钻具时，需控制下放速度，否则易被井眼中的沙桥、井眼台肩、套管鞋所损坏。
如遇到这样的井段，往往需开动钻井泵，慢慢地扩大井眼再通过。
如果用弯接头或弯壳体，钻头侧面就更易碰上井壁的硬岩层和套管鞋等，要周期性的转动钻具，以消除侧钻的影响。
对于深井和高温井，下放钻具时建议周期性地进行中途循环，这样可以防止钻头堵塞，或因高温造成钻具定子损坏。
在井内，钻井液若不能迅速通过旁通阀阀口，应减慢下井速度，或不时停下来充灌泥浆，下钻时，注意不可墩钻或将钻具直接放进井底。
4.3开动钻具：
如果钻具处于井底，必须提起0.3-0.4m，开动钻井泵，此时记下立杆压力表读数，与计算的压力值对比一下，如果超过水力计算的压力数值也是正常的，这是钻头侧钻引起的。
清理井底：
尤其是打斜井，井底必须足够“干净”，因为井底堆积或沉淀的岩屑影响转速或造斜。
最好用正常的钻井液循环清理，清理时也可慢慢转动钻具或钻具分次转动（每次转动30º
-40º
），依次地把堆在井底的物体清理干净。
清理干净后，再把钻具上提0.3-0.4m，校对压力值，记录下来。
重新下入井底并逐步加钻压，马达扭矩增加，立杆压力表压值升高，这个升高的压力值应符合各型号钻具规定的马达压降值，此压力表增大的数值反映了马达的负载是否正常，也反映钻压加的是否合适，因此保持马达转速基本稳定，钻压基本稳定，只要把立杆压力表读数限制在
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