螺桿鉆具結構及使用工程院2023/1/11螺桿鉆具螺桿鉆具結構與工作原理螺桿鉆具選擇及使用注意事項螺桿鉆具產品簡介螺桿鉆具+PDC鉆頭直井鉆進2023/1/11

一、螺桿鉆具的結構

與工作原理（1）提高鉆速，縮短周期，降低成本。（2）減少鉆桿磨損和動力傳遞損耗。（3）準確造斜、定向、糾偏，提高工程質量。（4）用于水平井、叢式井，提高鉆井的經濟效益。（5）復合直井鉆進，減少起下鉆次數。（6）縮短鉆井周期，抑制對油氣層的污染。使用螺桿鉆具的優點：1、螺桿鉆具的工作原理及組成：

莫锘原理的容積式井下動力鉆具。將泥漿液體壓力能轉化成機械能。1、高壓泥漿流經旁通閥進入馬達，2、驅動轉子繞定子軸線旋轉，3、馬達產生的扭矩和轉速通過萬向軸和傳動軸傳遞給鉆頭，從而實現鉆井作業。(1)旁通閥總成：作用：旁通閥的閉合與開啟控制馬達的啟動與停止。旁通閥總成裝配(2)馬達總成：作用:轉子在壓力泥漿的驅動下，繞定子軸線旋轉，完成液體壓力能向機械能的轉化，為鉆頭提供動力。馬達總成裝配(3)萬向軸總成：作用:將轉子的偏心運動轉化成傳動軸的定軸運動。萬向軸總成裝配(4)傳動軸總成：

作用：將馬達產生的扭矩與轉速傳遞給鉆頭。徑向軸承徑向軸承離井底推力軸承坐井底推力軸承傳動軸總成裝配螺桿鉆具整機(1)、常規螺桿鉆具(2)、中空防掉、可調螺桿鉆具(3)、中空防掉、可調、可換扶正器螺桿鉆具2023/1/11

二、螺桿鉆具的選擇及

使用中應注意的問題(一)、螺桿鉆具型號的選擇1、常規井眼選擇范圍(表示最佳選擇)2、選擇的原則(1)、安全性的原則：在同一井眼其他條件不變的情況下，以鉆具剛性強度最大為優選條件，即做到大馬拉小車的原則，以確保安全性。如121/4″井眼中，可供選擇的鉆具有LZ197、LZ203、LZ210、LZ244、其中LZ197為最差選擇。(2)、輸出扭矩最大的原則：在同一井眼其他條件不變的情況下，鉆具的輸出扭矩越大為優選條件，以確保提供足夠的滑動鉆進的扭矩。如81/2″井眼中，同為5LZ165鉆具應選擇多級大扭矩鉆具。(3)、排量合適的原則：螺桿鉆具為容積式馬達，其輸出轉速與排量成正比，在同一排量下，應選擇排量合適的鉆具，以確保所要求的轉速，將馬達發揮至最佳狀態。

如121/4″井眼中，排量為42L/S時，鉆具相應的轉速情況以及鉆具所處的狀態：(4)、考慮適合鉆井施工工藝的原則：1〕以追求最大造效率為目的，以小鉆具為優選。如51/2″套管中為追求最大造斜率，以確保鉆具順利下入套管中，以小尺寸為優選條件。2〕以入井安全性和井中環空以及適應合適打撈工具的原則。(5)、提高鉆具使用壽命的原則：即鉆具在使用過程中，應始終處于本身的最佳使用狀態的工程中，而不能超負荷運轉，比如在鉆頭需要180rpm的情況下，下列在同一外徑規格、不同馬達頭數的鉆具的壽命情況：對系統壓力有直接影響◆泥漿比重和粘度

(二)、對泥漿的要求：

對常規螺桿性能影響不大對中空螺桿性能有直接影響推薦泥漿最大塑性粘度不超過50厘泊◆泥漿中有芳香烴◆泥漿中含砂量對定子橡膠產生氣蝕影響螺桿的使用壽命推薦含烴低于2％苯胺點高于75℃推薦含砂小于1％◆鉆頭的水眼

(三)、合理配用鉆頭及水眼：◆配用的鉆頭PDC鉆頭與7Y型螺桿鉆具完全匹配，尤其是在周期較長的直井鉆進中牙輪鉆頭也可使用，此時牙輪鉆頭齒部硬度可比用一般傳統轉盤鉆選硬一個等級過大：螺桿承受鉆壓的能力下降軸承得不到良好的潤滑與冷卻過小：達到額定泵壓時，排量可能過小，馬達不易發揮出最大效能。達到額定排量時，系統壓力增高，影響軸承壽命注意：在井口測試螺桿時,如果沒有接鉆頭,測試時間以不超過一分鐘為宜,以免軸承得不到良好潤滑而提前損壞。。(四)、均勻混合堵漏材料（LCM）：

當發生井下事故必須使用堵漏材料時，應盡量混合均勻以避免產生如下不良影響：l

旁通閥閥孔被堵塞，降低旁通閥總成工作可靠性。l

減少流經TC軸承的液體流量，使軸承得不到良好的潤滑和冷卻。l

混合不好或顆粒太大導致TC軸承被完全堵塞。注意：對于包裝材料如編織袋、塑料嚴禁進入泥漿池或井口，以避免堵塞旁通閥閥孔造成旁通閥失效或堵塞TC軸承。

(五)、確定井底溫度：

溫度過高對螺桿馬達效能十分不利，使所有不利因素加劇作用。針對這種情況，中成螺桿鉆具提供以下兩種規格的定子：注意：高溫馬達用于常規井很難獲得好的效果

(六)、控制泥漿排量和輸出轉速：

螺桿輸出轉速與輸入泥漿流量成正比。每種規格的馬達都有其推薦的最大和最小流量值。●當實際需要的泥漿流量超出推薦流量時，用戶應單獨提出，中成-螺桿鉆具會提供適合給定流量范圍的中空馬達。●當使用中空馬達時，可用過渡接頭替代旁通閥總成，避免因旁通閥頻繁關啟時從閥孔高速噴出的鉆井液對井壁造成傷害。

◆輸入泥漿流量超過最大流量值：轉子可能超速旋轉，定子和轉子會提前損壞。小于最小流量值：馬達壓力差達到最大值時，馬達會進入失控狀態。(七)、平衡水力推力與鉆壓：

螺桿鉆具工作時軸向存在如下各力：

負載狀態分析：

FΔPm

：馬達兩端壓降產生的軸向液壓推力

FΔPb

：鉆頭水眼壓降所產生的軸向力

W：鉆壓

F：轉子、萬向軸、傳動軸及鉆頭重量設向下作用力：C＝F＋FΔPm＋

FΔPb

則推力軸承負載：Lb＝C－W

C<W坐井底推力軸承受載

C>W離井底推力軸承受載

C=W軸承不受載（平衡點）

軸承不受載時傳動軸總成壽命最長。

(八)、優選泵壓和鉆壓：

每種規格的螺桿鉆具都給出其所承受的馬達負載壓力降（馬達負載壓力降=工作打鉆泵壓-離井底泵壓）與鉆壓的范圍，在鉆進過程中，應根據進尺來優選泵壓和鉆壓，從而獲得滿意的機械鉆速。同時，在定向鉆進作業中，考慮到對方向的控制，鉆壓值較小。因此，實際鉆井中，所選用的鉆壓往往不是給定的受載平衡點的鉆壓值。

(九)、下鉆時注意：

●高溫井或壓力上升井段，要低速泵入泥漿灌滿鉆柱并間斷進行循環以防止鉆頭噴嘴堵塞或防止高溫造成定子的損壞。●當鉆頭下放至預定深度開始延伸鉆進前，先上提鉆桿或緩慢轉動以防止損壞套管或劃眼。(十)、導向鉆進應注意：

●當采用導向鉆進時，轉盤（或頂驅）的轉速不得超過75RPM。●當采用導向鉆進時，轉盤（或頂驅）產生的扭矩應小于馬達輸出的扭矩，以獲得正的疊加效果。●當螺桿鉆具彎殼體角度在1°30′以上時，嚴禁轉盤（或頂驅）轉動。(十一)、使用時還應該注意的幾個問題：●避免頓鉆或將螺桿直接座入井底。●施加鉆壓不要太猛。●嚴禁異物進入馬達。●泥漿排量應控制在給定的范圍內。●盡可能避免馬達發生制動。三、螺桿鉆具介紹

1、可調彎殼體螺桿鉆具：分無級調整和有級調整兩種結構可調彎殼體螺桿鉆具的優勢：殼體彎角可在鉆井平臺井口調整既可作直螺桿使用又可作彎螺桿使用可調彎殼體的調整1、用背鉗卡住上殼體，并用外鉗卡住調整滑套，施加扭矩松開聯接，松扣最多一圈。2、使用兩個鏈鉗分別抱住調整滑與下殼體，逆時針轉動下殼體至要求位置，使所需求角度的刻度線與調整滑套上的刻度線對正。3、用背鉗卡住調整滑套，并用外鉗卡住上殼體，小心的以相對轉盤右轉的方向轉動上殼體至兩臺肩相碰，以附表所給的聯接扭矩上緊。4、將背鉗從滑套移至下殼體上，并施加100％的額定扭矩上緊，調整完畢。附表:螺桿鉆具可調彎殼體緊扣扭矩2、多級大扭矩馬達螺桿鉆具：

目前已推廣的多級大扭矩馬達螺桿鉆具適用于：深井硬地層井直井快速鉆進可以為鉆井提供良好的動力。

3、新型傳動軸總成：串軸承傳動軸總成是在總結原有各傳動軸總成的基礎上開發研制出來的，其主要優點是:●串軸承結構和精密加工及熱處理工藝，大大提高了傳動軸的強度和耐磨性。●獨特的防掉鎖緊裝置，當此裝置以上部分出現脫扣、斷裂等事故時可以防止鉆具掉井，提高了鉆具使用的安全性。 專利號為：01260278.7

●反扣鎖緊裝置可以很好的調整軸承間隙，使得軸承磨損后重新調整軸承間隙非常方便，并具有防松的功能。反扣鎖緊裝置示意圖該型串軸承傳動軸總成既可以滿足螺桿鉆具+PDC鉆頭低鉆壓（以165、172為例3-6噸）的要求，又能滿足螺桿鉆具+牙輪鉆頭大鉆壓（以165、172為例10-15噸）的要求，而且結構簡單，便于維修裝卸。

4、油密封式傳動軸總成特點：改善軸承工作環境，減少了各軸承的磨損，大大提高了傳動軸總成壽命。為空氣鉆具的開發奠定了基礎。專利號為：01268291.8。密封5、有的螺桿鉆具在改進原花瓣式萬向軸總成的同時，又研制出撓性軸、密封球鉸接式萬軸總成、密封銷連接式萬向軸總成，從而滿足高轉速、大扭矩、長壽命螺桿鉆具的要求。

6、針對超短半徑水平井市場的需要，新產品有5LZ95×7Y－J鉸接式馬達螺桿鉆具，該型螺桿鉆具的最大造斜率可達4°/m。鉸接頭7、各種不同規格大功率、長壽命、高轉速的螺桿鉆具，主要有：(1)、21