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1、 螺螺 杆杆 钻钻 具具 前 言 螺杆钻具是依靠循环钻井液的动能转螺杆钻具是依靠循环钻井液的动能转化为旋转钻头破碎岩石的机械能的井下动化为旋转钻头破碎岩石的机械能的井下动力钻具。力钻具。螺杆钻具的定子、转子有单头和多头螺杆钻具的定子、转子有单头和多头两种，多线螺杆钻具有扭矩大、转速低的两种，多线螺杆钻具有扭矩大、转速低的特点。特点。与涡轮钻具相比，具有功率大、转速低、扭矩大、压降小、容易启动等优点，目前被广泛应用。国产螺杆钻具国产螺杆钻具1、按结构和用途分为单头螺杆钻具和多头螺杆钻具、按结构和用途分为单头螺杆钻具和多头螺杆钻具两种。两种。螺杆钻具结构形式种类形式名称形式代号单头钻具1/2螺杆钻
2、具LZ多头钻具3/4螺杆钻具3 LZ4/5螺杆钻具4 LZ5/6螺杆钻具5 LZ7/8螺杆钻具7 LZ9/10螺杆钻具9 LZ 1/29/10是指马达转子螺旋线的头数与定子内螺旋线的头数比1:21:23:43:45:65:67:87:89:109:102、螺杆钻具外径系列与连接螺纹、螺杆钻具外径系列与连接螺纹钻具规格（外径）mm(in)连接螺纹45(1.3/4)NC13内螺纹60(2.3/8)NC16内螺纹65(2.9/16)86(2.3/8)2.5/8REG内螺纹102(4)2.7/8 REG内螺纹127(5)3.1/2 REG内螺纹165(6.1/2)4.1/2REG内螺纹178(7)20
3、3(8)5.1/2 REG、5.1/2FH上端、6.5/8REG内螺纹244(9.5/8)6.5/8 REG、下端6.5/8、7.5/8 REG内螺纹292(11.1/2)7.5/8 REG内螺纹螺杆钻具型号说明螺杆钻具型号说明：3、螺杆钻具的表示方法o外径165mm，钻头水眼压力降为7.0MPa，经过第一次改进的5/6瓣螺杆钻具。则为：5LZ1657.0-1 1.转子头数（单头省略）2.钻具直径，mm 3.最大允许钻头水眼压力降，MPa。4.钻具改进次数 4、螺杆钻具的结构、螺杆钻具的结构 尽管生产螺杆钻具的厂家较多，形式 代号各异，的但其结构都源于代纳和纳维钻具，就代纳钻具和纳维钻具而言，
4、旁通阀和轴承部分的结构有所不同外，其余部分基本相同。由旁通阀总成、马达总成、万向节总成、传动轴总成组成。由旁通阀总成、马达总成、万向节总成、传动轴总成组成。旁通阀总成旁通阀总成旁通阀总成旁通阀总成马达总成马达总成马达总成马达总成万向轴总成万向轴总成万向轴总成万向轴总成传动轴总成传动轴总成传动轴总成传动轴总成防掉总成防掉总成防掉总成防掉总成 4、螺杆钻具的结构5、螺杆钻具主要部件与作用 （1）旁通阀总成主要由阀体、阀套、阀芯、弹簧、弹性挡圈、）旁通阀总成主要由阀体、阀套、阀芯、弹簧、弹性挡圈、o型型密封圈及阀口总成等构件组成密封圈及阀口总成等构件组成 阀阀阀阀芯芯芯芯阀阀阀阀套套套套筛筛筛筛板板
5、板板阀阀阀阀体体体体隔隔隔隔板板板板隔隔隔隔板板板板密封件密封件密封件密封件弹弹弹弹簧簧簧簧挡挡挡挡圈圈圈圈挡挡挡挡圈圈圈圈 6、旁通阀的作用 在循环钻井液时将推动阀芯压缩弹簧下行，关闭旁通阀，钻井液流经马达，如果停泵，弹簧将阀芯顶到原来位置，旁通阀又被打开。下钻时，钻井液经旁通阀进入钻具水眼。起钻时，钻具水眼内钻井液经旁通阀进入环空。钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液防掉接头防掉接头防掉接头防掉接头7、防掉总成的组成、防掉总成的组成：防掉锁母防掉锁母防掉锁母防掉锁母防掉连杆防掉连杆防掉连杆防掉连杆防掉接头防
6、掉接头防掉接头防掉接头防掉锁母防掉锁母防掉锁母防掉锁母防掉连杆防掉连杆防掉连杆防掉连杆防掉总成防掉总成防掉总成防掉总成：钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液钻井液 它的作用是由于异常原因造成壳体断裂或脱扣时防止落井并同时使泵它的作用是由于异常原因造成壳体断裂或脱扣时防止落井并同时使泵它的作用是由于异常原因造成壳体断裂或脱扣时防止落井并同时使泵它的作用是由于异常原因造成壳体断裂或脱扣时防止落井并同时使泵压升高使地面及时发现问题避免造成事故。压升高使地面及时发现问题避免造成事故。压升高使地面及时发现问题避免造成事故。压升高使地面及时发现问题避免造成事故。（2）马达总成：）马达总成：由定子和转
7、子组成。定子是在精加工的钢筒内硫化一层具有双头或多头螺旋腔的由定子和转子组成。定子是在精加工的钢筒内硫化一层具有双头或多头螺旋腔的钢体橡胶套。钢体橡胶套。转子是一根用合金钢加工成单头或多头螺旋钢轴。其表面有一层利于防腐或耐转子是一根用合金钢加工成单头或多头螺旋钢轴。其表面有一层利于防腐或耐磨的镀铬层并通过它来控制定、转子的配合间隙。磨的镀铬层并通过它来控制定、转子的配合间隙。定子定子定子定子转子转子转子转子橡胶橡胶橡胶橡胶衬套衬套衬套衬套定子定子定子定子壳体壳体壳体壳体 马达总成的作用 o是将钻井液的液压动能驱动转子转动，而转子将液压动能转变为钻头破碎岩石的机械能。o马达总成是螺杆钻具的动力源
8、，转子不转时，钻井液不能通过马达。由于定子螺旋腔的导向作用，高压液迫使转子转动，并使钻井液从上一个空腔流入下一个空腔。流量越大、越 快，马达的输出功率也越大。不同型号的马达最优流量是 不同的。（3）万向连轴节总成和挠轴总成的作用 作用是将马达总成转子的偏心转动变为传动轴的同心运动，并传递马达的转矩。结构：万向连轴节总成由万向轴及万向轴外壳体等组成，万向连轴节上端与转子连接，下端与传动轴连接。挠轴总成：挠轴结构为单杆式挠性连接轴。用挠轴代替万向节，不但结构简单、安装方便、承载能力大、使用寿命长。（4）传动轴总成 传动轴总成由壳体、径向轴承、负荷轴承、限流器、传动轴轴体、水帽等组成。壳壳壳壳体体体
9、体下下下下TCTCTCTC动套动套动套动套下下下下TCTCTCTC静套静套静套静套锁母锁母锁母锁母上上上上TCTCTCTC静套静套静套静套上上上上TCTCTCTC动套动套动套动套串轴承串轴承串轴承串轴承隔套隔套隔套隔套水帽水帽水帽水帽传动轴传动轴传动轴传动轴键键键键传动轴总成的组装传动轴总成的组装传动轴总成的组装传动轴总成的组装 ：传动轴总成用于传递钻压、扭矩和钻井液。它的寿命决定了螺杆钻具的总体寿命。传动轴总成用于传递钻压、扭矩和钻井液。它的寿命决定了螺杆钻具的总体寿命。为了适应钻井的需要为了适应钻井的需要为了适应钻井的需要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螺杆钻具的
10、传动轴总成的外壳上配有不同种螺杆钻具的传动轴总成的外壳上配有不同种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类的稳定器有固定式的和可换套式的类的稳定器有固定式的和可换套式的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稳定器的扶正条形式多种多样稳定器的扶正条形式多种多样稳定器的扶正条形式多种多样，用户可根据钻井工艺的需要选择使用。用户可根据钻井工艺的需要选择使用。用户可根据钻井工艺的需要选择使用。用户可根据钻井工艺的需要选择使用。（见下图）（见下图）（见下图）（见下图）直棱稳定器直棱稳定器直棱稳定器直棱稳定器三瓣偏心稳定器三瓣偏心稳定器三瓣偏心稳定器三
11、瓣偏心稳定器三瓣、五瓣螺旋稳定器三瓣、五瓣螺旋稳定器三瓣、五瓣螺旋稳定器三瓣、五瓣螺旋稳定器三瓣、五瓣球型稳定器三瓣、五瓣球型稳定器三瓣、五瓣球型稳定器三瓣、五瓣球型稳定器 固定式和可换套式的稳定器：固定式和可换套式的稳定器：可换套式的稳定器：可换套式的稳定器：可换稳定器套筒可换稳定器套筒可换稳定器套筒可换稳定器套筒壳体本体壳体本体壳体本体壳体本体4、螺杆钻具的特性 螺杆钻具的工作特性与涡轮钻具有着明显的差异。在流量不变的条件下，涡轮钻具随着钻压的增大转速降低，力矩和功率增大至最大后下降，压降不变。而螺杆钻具在工作压差范围内，其功率随螺杆钻具直径增大而增大。随着钻压增加马达增大，力矩线性增加，
12、转速基本不变。当超过工作压差时，转速急剧降低至制动，泵压突然上升，力矩达到最大。5、国产LZ系列螺杆钻具厂家 目前，国内生产LZ系列螺杆钻具的厂家主要有大港、北京、德州、潍坊、胜利钻采和高峰、高原等6、螺杆钻具的工作原理 高压钻井液流经螺杆钻具，经定子（橡胶衬套）与转子（螺杆）之间的螺旋通道向下挤压，在定子与转子间形成高压腔室和低压腔室。转子在压差的作用下发生位移，即产生偏心扭矩。钻井液继续下行，又产生新的高压和低压腔室，在压差的作用下，迫使转子产生新的位移。钻井液不断下行，新的高压腔室便不断形成，转子在压差的作用下不断发生位移，从而使转子旋转工作。简述为钻井液流过马达，在马达的进出口形成压力
13、差，推动转子旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，即将液体的压力能转化为机械能。螺杆泵的理论排量 Q=4eDTn/60 式中，Q为螺杆泵的理论排量，L/s；e为螺杆的偏心距，mm；D为螺杆的直径，mm；T为衬套螺距，它等于单头转子螺距的两倍，即T=2t，mm；n为螺杆的转速，r/min.由于螺杆钻具与单螺杆泵的作用相同，只是螺杆从主动元件变为从动元件，上述关系式完全适用于螺杆钻具。该式说明，在一定的螺杆钻具结构尺寸条件下，其转速与通过钻具的流量成正比，流量越大，转速越高。如果不考虑钻具中能量损失时，根据能量守恒定律，钻具输出的理论功率等于其消耗的功率。螺杆钻具产生的扭矩与钻具消耗的
14、压力成正比，消耗的压力降越多，所产生的扭矩也越大。由于螺杆钻具的转速取决于流量，在钻井泵排量一定时，其转速几乎不受扭矩和钻压的影响，而井底钻压的增加，会引起钻具扭矩的增大，相应地使压力降升高，因此，钻井泵的压力表可以当作钻压表使用，司钻可以通过立管压力表的指示，更可靠地控制钻井过程的技术参数。扭矩与流量的关系螺杆钻具的使用1、钻压：合理工作钻压确定的步骤：（1）、确定实际工作流量；（2）、计算钻头压降；（3）、确定最佳钻压；（4）、确定允许的最大钻压；（5）、确定合理钻压。螺杆钻具的使用螺杆钻具的使用 井眼与钻具准备：（1）井眼畅通，确保螺杆钻具顺利下到井底。（2）处理好钻井液，含沙量不得大于
15、1%，并清除纤维质杂质。（3）测量起下钻摩擦阻力和循环压降。（4）用通井规对所用钻具进行通径，防止钻具水眼中的杂物堵塞定向接头、螺杆钻具、钻头水眼。入井检查o将螺杆钻具平稳吊上钻台，用卡瓦将其坐入转盘内，上紧安全卡瓦。o用木棒下压旁通阀活塞至下死点，然后松开，检查是否灵活。o接方钻杆，卸安全卡瓦，下放钻具使旁通阀阀口处于转盘下易于观察的位置。o开泵：先小流量顶通，然后逐渐提高排量检查旁通阀是否关闭。若关闭，旁通阀孔不会流出钻井液。观察从轴承壳体间隙处流出的钻井液量大小，过大过小都不正常；心轴转 动灵活；记录立压该压力为马达工作 压力。停泵后是否有钻井液在旁通孔 中流出。o上提钻具检查旁通阀关闭
16、情况，一切 正常后准备下钻。钻具下井o下放钻具应小心控制下放速度，防止撞到砂桥、井壁台阶和套管鞋上使钻具损坏。下钻遇阻，应开泵循环，慢慢划眼通过。若带有弯接头或壳体的钻具遇阻时应周期性地转动钻具组合，慢慢通过，防止划出新井眼。o深井和高温井，下放钻具进行中途循环，防止钻具堵塞或因高温造成钻具定子损坏。o在井内，钻井液若不能迅速的通过旁通阀阀口流进钻柱中，应减慢下钻速度或不时停下来充灌钻井液。下钻时，注意不可顿钻或将钻具直接坐入井底。钻进操作o下钻到井底前先开泵再下至井底，然后上提 离井底12m循环，记录循环正常后的立管 压力，随后逐渐加压钻进。o流量必须保持设计值。o钻具允许最大泵压=循环泵压
17、+马达压降。o在流量一定的条件下，工作压差和钻头扭矩随钻压增大而增加；因此，在钻进过程中可以通过立管压力变化情况判断马达和钻头的工作状态。o随着压差的增大，马达的工作效率不断上升。当压差达到某一值时，功率曲线变得平缓，不再继续大幅度上升，此时的压差就是该钻具的最优工作压差。如果继续增加钻压，因钻头扭矩增加，泵压突增，使钻头扭矩大于或等于马达最大扭矩时，马达就会停止转动，这时的压差称为制动压差。因此，钻进时必须保持压差处于推荐值之内。o在推荐压差之内，扭矩增加，转速基本保持不变。如有下降，主要是因流体压力上升压迫定子橡胶，使定子与转子的间隙增大所造成的。o认真掌握钻压和泵压的变化，防止钻压过大而
18、压死工具。如压死应立即上提钻具，然后减压钻进。o严禁压死钻具循环，以防缩短钻具寿命。起钻 起钻过程类似常规钻井起钻操作。起钻时，旁通阀处于开位，允许钻柱中的钻井液泄入环空。但钻具本身不能快速地排除钻井液，通常起钻前在钻柱上部注入一段加重钻井液，使钻柱内的钻井液顺利排出。现场维护保养现场维护保养o卸下旁通阀以上各部件，用清水冲洗旁通阀，同时上下移动阀芯调整使其移动无阻，清洗完毕，接上提升短节。o将钻头坐入钻头盒中，用吊钳钳紧钻具，反时针旋转钻头，空出钻具中剩余钻井液（钻井液由旁通阀阀口流出），卸去钻头。o将传动轴上部水帽及轴承清洗干净，然后平放钻具，正常维护保养后待用。若暂停用或长时间搁置不用，
19、向钻具内注入少量的矿物防锈油（注意不允许加柴油）技术要求技术要求o使用弯接头时，定向装置的转盘套、定位键必须和工具对正。如果使用单流阀，则要放在螺杆钻具上面。如果在驱动接头和钻头之间加接头，其长度要尽量短。以避免产生过大的方位变化。o下钻遇阻时决不能硬压，也不能划眼，要起钻通井。o使用螺杆钻具钻进或取心时要经常 缓慢转动钻具以防卡钻。o钻进时，要保持排量和泵压的相对 稳定，以便保持较恒定的转速和扭 矩。使用注意事项使用注意事项o根据钻井条件，选择合适的钻具类型和合理的钻进参数，以提高钻具的工作效率。o入井前检查。动力钻具两端连接螺纹、台阶及外壳有无变形；旁通阀是否灵活好用；轴承磨损程度不能超过
20、规定标准。o入井前要试运转。试运转正常后方可入井。o入井时要控制下钻速度，遇阻不得硬压、硬砸。o钻进时要均匀送钻，防止溜钻、顿钻。钻进中要密切注意泵压表的压力变化，当发现泵压突然上升时，要及时提起钻具，重新加压钻进。o要保持钻井液清洁，含沙量不大于0.5%o动力钻具起出后，要认真检查旁通阀，并把钻具内的钻井液排净。螺杆钻具常见故障的分析与处理故障原因处理泵压突然升高（1）钻压过大，螺杆钻具转不动（2）钻头磨损（1）提离井底，泵压恢复正常后小钻压钻进（2）起钻更换钻头泵压逐渐升高（1）钻头水眼堵塞（2)钻头磨损（3)地层岩性改变（1）提离井底，检查压力，如果压差高于起始压差，可采用改变排量和上提下放的方法钻头，若无效则起钻（2）如果钻速下降，则起钻换钻头（3）提离井底检查压力，若压差与起始压差相同则继续钻进泵压逐渐下降（1）钻柱刺漏（2）发生井漏（1）起钻检查（2）检查钻井液量，准备堵漏无进尺（1）地层岩性改变（2）钻头磨损（3）螺杆钻具不转（1）改变钻压和排量（2）起钻换钻头（3）提离井底检查压力，然后小钻压钻进