中成－钻具
使用手册
大港油田集团中成机械制造有限公司Dagang Oilfield Group Zhongcheng Machinery Manufacturing Co.,Ltd.
2004.10
目录
一．序言 (3)
二．产品型号规格说明 (4)
三．螺杆钻具的结构与工作原理 (5)
3.1.旁通阀总成 (5)
3.2.马达总成 (5)
3.3.万向轴总成 (8)
3.4.传动轴总成 (9)
3.5.导向螺杆钻具的主要结构 (10)
四．螺杆钻具的工作条件与参数 (13)
4.1.钻井作业计划 (13)
4.2.钻井液 (13)
4.3.钻头及其水眼 (13)
4.4.井底温度 (15)
4.5.泥浆流量 (15)
4.6.泥浆压力与钻压 (15)
4.7.扭矩 (16)
4.8.水力推力与钻压平衡 (16)
4.9.轴承间隙 (17)
五、螺杆钻具的使用 (18)
5.1.地面检查 (18)
5.2.螺杆下井 (18)
5.3.启动 (19)
5.4.钻进 (19)
5.5.起钻 (19)
六、导向螺杆钻具的使用 (20)
6.1.导向螺杆钻具的造斜率 (21)
6.2.进尺问题 (21)
6.3.导向钻进 (22)
七、螺杆钻具的维护与保养 (23)
八、常用故障分析与排除 (25)
8.1.钻具离井底情况 (25)
8.2.钻具坐井底情况 (25)
九、定货信息 (27)
一、序言
中成－螺杆钻具是根据莫锘原理设计的容积式井下动力钻具，并靠泥浆提供动力。它具有很多优点：
1．井底直接提供动力，减少了井下钻具的磨损和损坏。
2．增加钻头的转速和扭矩，提高了进尺率。
3．可准确地定向、造斜、纠偏。
4．可用于水平井、开窗侧钻、扩眼、取芯等作业，显著提高钻井的经济效益。
5．与转盘同时使用用于直井全面钻进，大幅提高机械钻速。
正是这些优点使得螺杆钻具在近几十年内得到了迅速发展。
我公司在1985年全套引进美国史密斯公司—Smith DYNA—DRILL生产线的基础上，经过近20年的引进、消化、吸收和发展，目前已经能够独立生产和开发适用于各种用途的各种规格系列的螺杆钻具。公司先后通过ISO9001质量管理体系认证、ISO10012计量检测体系认证及API认证，为提高产品质量提供了保证。
本手册主要介绍我厂螺杆钻具的工作原理、性能、使用要求及注意事项，为用户更好地使用我厂钻具，提供了依据。
二、产品型号规格说明
本手册列举了我公司生产制造的所有规格的螺杆钻具。用户如有特殊要求，我公司可为用户单独设计您所需要的特殊用途的异型螺杆钻具。本手册提供的参数，是保证您正确使用好该工具的重要依据，请用户在工作中认真对待。
大港-螺杆钻具标牌说明：
□LZ□×□□―□□―□
H:代表可换扶正器传动轴总成
G:代表高温定子
T:代表可调角度弯壳体
C:长寿螺杆钻具
M:代表油密封传动轴总成
0:代表中空转子
3:代表单弯壳体
4:代表双弯壳体或弯接头
5:代表扶正器
6:代表扶正器加单弯接头
7:代表扶正器加双弯壳体或弯接头
ⅠⅡⅢⅣ:代表改进型
C:径向轴承是船用橡胶轴承
Y:径向轴承是硬质合金轴承
J:径向轴承是CC合金轴承
钻头最大水眼压降（Mpa）
钻具外径规格（mm）
螺杆钻具标志
马达转子头数（单头省略）
三、螺杆钻具的结构与工作原理
螺杆钻具是以油基泥浆、浮化泥浆及粘土泥浆等作动力液，是一种把液体压力能转换为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵产生的高压泥浆流经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。
大港－钻具主要由四部分组成：
·旁通阀总成
·马达总成
·万向轴总成
·传动轴总成
3.1.旁通阀总成：
它的部件主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、阀口总成组成，它的作用是在下钻时，允许环空（钻杆与井壁的环形空间）的泥浆由旁通阀阀体侧面的阀口孔流向钻杆内孔，起钻时使钻杆内孔的泥浆从阀体侧面的阀口流入环空。使起、下钻时不致使泥浆溢于井台上，以及保护马达的作用。
旁通阀总成的工作原理是在Array泥浆流量达到说明书推荐最小流量
以前的某个流量时该流量经阀芯内
孔，在孔两端产生压力差，上端压力
大于下端压力，此压力差克服弹簧力
把阀芯压下，旁通孔被关闭。此时泥
浆流经马达，把压力能转换为机械
能。地面停泵或流值过小，压力差不
足以按住阀芯，弹簧把阀芯顶起，旁
通孔导通（参考图1）。总之，正常情图1
况下旁通阀的启闭完全由流量大小决定的。
3.2.马达总成：
它由转子和定子两部分组成（参考图2）。转子是一根经过加工并有耐磨抗腐蚀镀层的左旋螺杆。定子是在经过机械加工的钢
管上有用特制的压胶芯轴压铸并粘牢的丁晴橡胶，它耐磨并抗碳氢化合物。定子的头数比转子多一个，在转子装入定子后，任意截取一个垂直于轴线的截面，两者均是共轭啮合的。因此，绕轴线的左旋螺杆上有一系列啮合点，这些啮合点封闭起来的容腔组成一个密封腔，而且此容腔体积是一定的。随着螺杆在定子中的运动，密封腔逐步沿轴线移动，把完成能量转换的泥浆由低压腔排出马达。这就是螺杆马达的基本工作原理。
根据设计，不同马达的头数有不同的配合。总的来说，马达的头数越少，转速越高，扭矩越小；马达的头数越多，转速越低，扭矩越高。各种螺杆马达头数配合的截面轮廓如图3。
图2 图3
螺杆钻具以马达中一个定子导程组成密封腔为一级，也就是说，马达如果是三级的，在轴向上存在三个连续而互不相通的密封腔，在工作中，如欲使马达正常有效地工作，马达每级所能承受的压降以不超过0.8Mpa(8bar)为宜，如以三级马达为例，则其马达压降不超过2.4Mpa最好。否则，马达就要漏损，转数降低。严重时则完全停止转动，致使马达损坏。这一点现场操作时用户应非常注意。
为了保证马达密封腔的密封，以确保能承受的压降，所以定转子间的配合尺寸都需经过选配测试，使其不宜过紧或过松，让马达发挥最大的效率。另外，定子的容腔是由橡胶形成的，因此定子内腔的尺寸是受到井底温度影响的，用户可根据实际的井温情况要求厂家选配适合的马达配合，如地层井温较高，可选配较松的马达；如地层较浅或使用的环境温度较低，可选配较紧的马达等。
现场使用的泥浆流量希望在推荐的范围内，否则将影响马达效率，甚至使磨损加大。
螺杆马达的性能参数是螺杆钻具的主要性能参数，螺杆输出扭矩与马达压降成正比；输出转数与输入泥浆流量成正比，随着负荷的增加，螺杆输出转数降低很少，地面控制容易。所以，通过控制地面上的压力表的读数及泵的流量就控制住了井下螺杆的扭矩及转速。
为了增加钻头的水马力和泥浆的上返速度，将转子加工成带喷嘴的中空转子。此时马达的总流量应等于流经马达密封容腔的流量和流经转子喷嘴流量的总和。每种规格的马达都有其推荐的最大和最小流量值。如果超过最大流量值，转子可能超速旋转，定子和转子会出现提前损坏。如果输入流量小于最小流量值，马达的输出转速和扭矩就会降低，从而影响其使用效果。因此，在选择转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封容腔的流量始终保持或高于最小推荐流量值，这样，才能使马达正常运转。在泥浆密度、喷嘴尺寸和马达总流量给定时，流经转子喷嘴的流量和流经马达密封腔的流量总是在变化中的。当钻头离开井底，螺杆马达无负荷，此时流经转子喷嘴流量最小，而此时的流经马达密封腔的流量最大。钻头开始进尺工作，螺杆马达部分的压差不断增加，使流经转子喷嘴流量增加，而此时流经马达密封容腔流量减少。
流经转子喷嘴水眼所产生压力差ΔP的计算公式：
ΔP＝ΔP1＋ΔP2＝
14
.0
86
.4
5
2
4
2
0v P
D
10
Q
1.6
76
.
6697
Q
??
?
?
?
?
?
?
?
?
?
+
?
?
ρ
ρ
ρL
d
其中ΔP：马达两端压力差（PSI）
ΔP1：转子喷嘴所消耗的压力降（PSI）
ΔP2：转子长孔所消耗的压力降（PSI）
ρ：泥浆密度（lb/gal）
Q。：流经转子水眼的流量（gal/min）
D：转子长孔直径（in）
d：喷嘴直径（in）
Pν：泥浆粘度（cp）
L：转子长孔长度（ft）
在上述计算公式中，ΔP、ΔP1、ΔP2、ρ、D、P
ν、L在给定井况和螺杆钻具规格后都是定值，因此，只要改变d,就可以得到一个相应的Q。值。再根据相应井况的总流量和螺杆钻具马达推荐的最大流
量和最小流量值，最终确定Q。值和d 值。
3.3.万向轴总成
它位于转子下端，其作用是把马达产生的扭矩和转速传递到传动轴上。它所起到的作用要求它具有较好的挠性功能，才能实现把转子的偏心运动转换成传动轴的定轴转动。因此，一般万向轴采用万向瓣形和柔性轴形式，如图4。
从整个螺杆钻具寿命的角度上来看，万向轴总成部分寿命相对是
最短的，在螺杆使用后，应及时拆卸修理和检查。
图4 运动原理
3.4.传动轴总成
它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。
3.4.1按润滑方式分类，分为泥浆润滑传动轴总成和油密封传动
轴总成两种：
a、泥浆润滑传动轴总成：
该总成采用钻井泥浆作为润滑液，对传动轴总成中的串轴承和径向轴承进行润滑和冷却。由于结构比较简单，其具有最短的弯点到钻
头的距离。同时，该结构中的上径向轴承又称限流器，对流经轴承组
件的泥浆流量进行限制。
b、油密封传动轴总成：
该总成采用密封组件将串轴承和部分径向轴承进行密封并注入高温润滑油进行润滑。由于降低了轴承的磨损，大大延长了轴承的寿
命。
3.4.2按钻头承受水眼压降分类，分为3.5C、7Y、14J三种：
a、水眼压降为3.5Mpa，该结构上、下轴承是推力球轴承，径向
轴承有两组硬质合金轴承或两组橡胶轴承两种。
b、水眼压降为7Mpa，该结构上、下轴承有多组向心推力球轴承
或多列推力球轴承两种，径向轴承是上、下各多组硬质合金轴承。
c、水眼压降为14Mpa，该结构上、下轴承有多组镶嵌PDC复合
片的平面推力摩擦轴承，径向轴承是上、下各一组CC合金轴承。
3.4.3传动轴总成中的轴承按所承受的负载形式分类，分为串轴
承和径向轴承两种：
a、串轴承
9
串轴承为多列向心推力球轴承，在钻头悬离井底空转时，该轴承
主要承受整个液柱的向下推力和转子、万向轴、传动轴及钻头的重量；钻头座井底时承受工作状态为所施加的钻压。
b、径向轴承
径向轴承为滑动轴承，上、下各有一组。主要用来承受转子作行星运动引起的弯曲载荷和钻头的侧向力。对于泥浆润滑的传动轴总成来说，上径向轴承又称限流器，它允许马达流出的部分泥浆（在最大水眼压降作用下，约5～10%）通过轴承组件，起着冷却和润滑轴承的作用。
此外，螺杆钻具传动轴总成还包括各种常规扶正器和可换扶正器。扶正器的扶正条形式多种多样，可以起到较好的稳定效果。
3.5.导向螺杆钻具的主要结构
3.5.1组合类型
螺杆钻具是一种发展较快的井下动力钻具，随着钻井和定向井市场的需要，我公司由原只生产直型钻具和带弯接头的导向螺杆，发展到今天可生产各种组合的导向螺杆。不仅满足了钻井打普通定向井的需要，而且，适合打各类中、长、短水平井的需要，并伴随开发了DTU、DKO、FAB三种类型的螺杆组合，这些螺杆组合的特点：
a、DTU组合是在螺杆钻具的万向轴部分装有反向双弯的外壳。由于是反向双弯，故钻头的偏移距较小，这种组合可以开动转盘（低速）实现稳斜及水平段钻进。
这种组合既可用来打长曲率半径的造斜段，也可用来打6°～10°/30m造斜率的中曲率半径的造斜段，还可用来打稳斜段及水平段。它由MWD、DTU马达及高效钻头组成导向钻井系统的硬件部分，可以实现井眼轨迹的连续控制。如图5。
图5 DTU组合
b、DKO组合是在螺杆钻具的万向轴部分装有同向双弯外壳，这种组合的功能基本与DTU相同，但由于双弯同向钻头偏移距稍大，可以有较大的造斜能力。如图6。
图6 DKO组合
c、FAB组合是在螺杆钻具马达的上部及下部（万向轴部分）各装有一单弯外壳，由于这种组合的钻头偏移距很大，故有很强的造斜能力，是一种强造斜组合，正因为钻头偏移距很大，不能开动转盘钻井，故不能用FAB马达组成导向钻井系统。如图7。
图7 FAB组合
3.5.2可调角度螺杆钻具（AKO）
我厂部分型号导向螺杆钻具可以选配地面可调角度弯壳体（单弯壳体），方便顾客根据钻井需要在现场改变弯壳体角度，具有较大的灵活性。可调弯壳体的角度调整范围为0～3°。（详见附录5）。
图8 可调角度螺杆钻具
3.5.3扶正器结构
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扶正器。
常用的扶正器形式包括：
a、螺旋型扶正器（三翼筋、四翼筋、五翼筋）；
b、对称直筋型扶正器（五翼筋、六翼筋、七翼筋均布）；
c、非对称直筋型扶正器（三筋巴掌式）
d、单翼型扶正器
图9 传动轴壳体上的扶正器形式
扶正器的形式和外径尺寸对造斜或稳斜的效果影响较大，用户在选用导向螺杆钻具时应对此予以重视。
3.5.4可换扶正器
为了满足钻井使用要求，有些规格的产品可以配备可换扶正器，顾客可以在井场根据情况随时更换适宜的扶正器。
a 、 护套
b 、螺旋型
c 、对称直筋型
d 、非对称直筋
图10 可换扶正器的形式
四、螺杆钻具的工作条件和参数
螺杆钻具的使用效果和使用时间，与螺杆钻具的选型、现场工况以及操作人员的使用密切相关。因此在螺杆钻具使用前，井场技术人员和司钻应该首先了解螺杆钻具的结构原理和使用参数，并按使用手册的要求合理使用螺杆钻具。
4.1.钻井作业计划
根据整个井眼的钻井作业计划，制定一个符合螺杆钻具使用要求的详细具体的钻井作业计划，即由钻井工程师根据任务结合地层结构、井眼孔径、深度、机械钻速确定所用钻头和螺杆型号，并设计一个适合的钻具组合。
4.2.钻井液
螺杆钻具是正容积式马达，决定钻具性能的因素是马达的输入流量和作用于两端的压力降，而不是钻井液的类型，因而，使用各种类型的泥浆一般均能有效的工作。泥浆比重和粘度对钻具性能的影响甚微，但对整个压力有直接影响，推荐泥浆最大塑性粘度不应超过0.05Pa·s（50厘泊）。泥浆中所含的各种硬颗粒必须予以限制，推荐钻井液中的含砂量应低于1%，若含砂量高于5%，钻具的寿命将大大缩短。
使用油基泥浆或柴油基泥浆时，考虑到油基泥浆中芳香烃对定子橡胶的溶胀和气蚀，应该控制芳香烃的含量，同时提高油基泥浆的苯胺点。苯胺点指的是油基泥浆中均匀混合的油和苯胺在冷却时分离成两相的温度。普通情况油基泥浆的苯胺点应高于70℃，井底温度较高时苯胺点应高于93℃或更高。
泥浆中氯化物高时会因为腐蚀缩短马达的寿命，这一点在井底温度高时显得更突出。如果螺杆已在高氯化物含量泥浆中使用，在起出后应尽可能在井口冲洗，防止螺杆的腐蚀。
4.3.钻头及其水眼
钻头的选择，尤其是与螺杆钻具一起使用的钻头的选择是个十分重要的问题。这本是钻井工程师工作内容的一部分，这里所以强调一下是因为螺杆钻具是否能成功的发挥作用的几个因素中，钻头与钻具的匹配是最重要的了。希望能引起现场使用人员的重视。选择钻头与螺杆钻具配套使用的因素应是：
a．钻井作业方案及计划。
b．针对地层需用什么样的刃部构造。
c. 钻井液流通通道的结构。
d．预先计划的机械钻速。
e．使用该钻头，钻井运转时间的估计。
f．钻头水眼压降的设计。
什么地层结构、地层软硬使用哪类钻头，用什么样的刃部设计，请参考有关钻头的专业书籍。这里仅就使用螺杆钻具完成各种钻井作业，对钻头的选择作些说明。
除钻头水眼造成的压降外，希望泥浆流经钻头底部时别再形成其他较大的压力损失，因为这对传动轴组件中的限流器十分不利。尤其当钻头水眼压降已达钻具型号规定的压降值，更应注意。这对牙轮钻头一般不必担心，但金钢石钻头端部液体通道的设计，就必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问题。
牙轮钻头一般适用于钻井周期不长的作业，如定向造斜、侧钻等。注意使用螺杆钻具作业时，一般钻头转数提高2～3倍，因此钻头轴承寿命要因之而缩短。这也提醒我们用牙轮钻头时，钻压不宜用很大，以维持牙轮钻头的寿命。根据经验，由于转数提高2～3倍，牙轮钻头齿部可比用一般传统转盘钻选硬一个等级。例如转盘钻时用“中硬”级钻头，而用螺杆钻具时，就选“硬”级钻头。用螺杆钻具为防止钻头侧面的过速磨损，可在牙轮钻头侧面外径堆焊硬质合金予以保护。
金刚石钻头不仅适用于定向造斜等，更适用于钻井周期较长的作业，如打直井等。在较长周期钻井作业中，最重要的因素就是钻头与钻具作为一个整体，不要由于其中哪一部分出了问题，而造成不必要的起下钻。大家已熟知：金刚石钻头较牙轮钻头寿命长，而且结构是整体的，具有很多优点。金刚石钻头与7Y型钻具匹配是完全合适的。
进一步就是针对各种作业要求，合理选用什么样的钻头冠部形状、冠部表面的设计和布置、金刚石的尺寸大小和质量以及金刚石钻头端部泥浆通道系统的设计。
当然孤立地只着眼于钻头与螺杆是有些局限性，它终归不是决定寿命和钻井进尺的唯一因素。其他如改善传动轴的稳定性，例如加稳定器对提高钻具寿命发挥钻头性能都是很有帮助的。但无论如何应该了解：合理的金刚石尺寸、金刚石布置的方位、每块金钢石的钻压负荷这三者与井下钻具转数高和所要求的钻压小两者是应该考虑合理匹配的。总之，使用螺杆钻具不对所匹配的钻头进行认真选择，要想
DT螺杆钻具使用说明书 A螺杆钻具标识说明 □□×□□--□□□□□ 钻具型式-钻具规格(外径mm)×钻头压降-改进次数— D:单弯钻具 T:同向双弯钻具 S:异向双弯钻具 P:大偏移同向双弯钻具 J:绞接钻具无:直型钻具K:可调角度钻具无:固定弯角钻具W:带稳定器钻具无:不带稳定器钻具F:中空分流钻具无:不分流钻具G:允许最高工作温度(150o) 无: 允许最高工作温度(120o) 常规螺杆钻具主要由以下部件组成: 1)旁通阀总成2)马达总成3)万向轴总成4)传动轴总成 在常规螺杆钻具的基础上还可提供以下特殊用途部件以组成满足各种钻井需要的导向螺杆钻具: 1)定向接头;2)弯接头;3) 特殊马达(中空分流`耐高温`大功率马达);4) 万向轴弯壳体 (0-3.5o间的固定角度,单弯螺杆钻具用);5) 可调角度弯壳体(可调螺杆钻具用);6) 传动轴上轴承壳稳定器(直棱`螺旋或对称`非对称及垫块等形式);7)可换稳定器(部 分型号有);8) 壳体防掉装置(根据需要有)。 Ｂ螺杆钻具工作原理 螺杆钻具是一种容积式井底马达（ＰＤＭ）。高压钻井液由钻杆进入螺杆钻具后，液体的压力迫使转子旋转，从而把扭矩传递到钻头上，达到钻井的目的。 Ｃ螺杆钻具结构及其作用 2)螺杆钻具主要部件如下：旁通阀总成；马达总成；万向轴总成（有花瓣式和挠轴 式两种结构供选择)；传动轴总成；导向总成（花瓣式｀挠轴花瓣式｀可调式三种 结构供选择)。 c-1旁通阀总成 旁通阀总成安装在螺杆钻具的最上部，其作用是：a）下钻时使钻井液进入钻柱内从而减少下钻阻力；b）起钻时使钻柱内的钻井液流入环空从而避免钻井液溢于井台。 当泥浆泵启动后，高压泥浆流经旁通阀总成，推动阀芯向下运动，压缩弹簧，关闭旁通孔,使所有泥浆都流经马达。 当泥浆泵关闭后，阀芯在弹簧的作用下向上运动，开启旁通孔,允许钻井液通过旁通孔进入钻柱内或由钻柱流入环空。 c-2马达总成 马达总成是螺杆钻具的核心，它的作用是把高压液体能转换为旋转的机械能。 马达总成由定子和转子两部分组成。 定子是内衬橡胶的金属钢管，其内孔呈螺旋状，与转子相啮合形成密封腔。 转子是由合金钢加工而成的具有特殊曲面的螺旋杆，它的表面有特殊的涂层以起到耐磨和防腐作用。 每种规格的螺杆钻具都具有一定范围的额定流量，流量过大或过小均不能使螺杆钻具处于最佳工作状态。 ｃ－３万向轴总成 万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴和钻头。
新型螺杆钻具的研发及发展方向摘要 由于目前国内螺杆钻具制造技术水平的限制，再加上使用操作不当，造成螺杆钻具井下事故频发，由此带来了较大经济损失。因此，如何采取有效的预防措施，最大限度地减少螺杆钻具井下事故发生，既是提高钻井经济效益的迫切要求，也是充分利用螺杆钻具潜在寿命的重要前提。本文系统分析了螺杆钻具的发展方向，并对螺杆钻具有关实际问题提出了有益的建议。 关键词：螺杆钻具；发展现状；新型螺杆钻具；发展方向；研发建议 1螺杆钻具结构及工作原理 螺杆钻具主要由四大部件组成：旁通阀总成、马达总成、万向轴总成及传动轴总成，如图1所示。其外部由旁通阀接头、马达壳体、万向轴壳体及传动轴壳体通过锥管螺纹依次相连，内部连接顺序是：马达转子的下端与万向轴相接，万向轴的下端与传动轴相接。 图1 螺杆钻具四大部件 旁通阀总成位于马达总上端，当下钻时，钻柱内腔与钻柱外环空相通，钻柱外环空的钻井液进入钻柱内腔，起钻时，钻柱内腔的钻井液进入钻柱外环空，起到平衡钻柱内外压力平衡作用。 马达总成是螺杆钻具的核心机构，也是螺杆钻具的动力源。马达由转子和定子两个部件组成，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。螺杆钻具的转子头数越多，转速越低，扭矩越大；头数越少，转速越高，扭矩越小。
万向轴总成主要有万向轴和万向轴外壳组成。万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴及钻头。 传动轴总成是位于螺杆钻具的下端，传动轴总成的作用是将马达产生的旋转动力传递给钻头。 螺杆钻具以钻井液（或压缩气体）为动力，钻井液（或压缩气体）由钻杆进入螺杆钻具旁通阀总成后，使阀芯关闭，然后进入螺杆钻具马达总成，在马达进出口处形成一定压差推动马达的转子旋转，产生扭矩和转速，通过万向轴和传动轴总成传递到钻头上，达到钻井的目的。 2发展现状 美国在50年代中期开始研制螺杆钻具，1962年用于生产，不同厂家生产的有迪纳钻具、纳维钻具和波斯钻具，其基本原理都是基于容积式马达，只是内部结构和技术参数有不同。近十年来，随着水平井、径向井、分支井的大量涌现，螺杆钻具的发展也产生了质的飞跃，在美国和西欧，几乎90%的大、中曲率半径水平井的定向造斜和水平井段都是由螺杆钻具钻成，目前已发展出许多新型的专用螺杆钻具。 国内螺杆钻具的研制起步较晚，从20世纪80 年代中后期形成一定规模，目前常规螺杆钻具已规格化、系列化，各主要生产厂家中大港、北京、德州等厂家产品已覆盖国内绝大部分市场。在工作寿命、易损件耐磨性、特种螺杆的设计制造等方面与国外有一定的差距。国内马达数一般为4级或6级，不能完全满足水平井等一些特殊工艺的需要，短半径水平井钻井作业的钻具在国内也只处于起步阶段。 3新型螺杆钻具简介 随着螺杆钻具研发技术水平的提高，加之新材料、新工艺的不断涌现，螺杆钻具的泵体技术发展较快，出现了以下几类能够解决专项问题、满足不同需要的螺杆钻具。 （一）串联多级马达 串联马达的动力段总成增加了一节动力段，中间用一钛挠性轴相连，使马达输出的扭矩和功率增加，但其需要的驱动量、转速与单一动力段马达是一样的，设计与制造材料方面的改进，使串联马达具有极好的耐用性。 （二）加长马达 加长马达就是把动力段加长，使马达的输出扭矩增加。加长马达装备有改进的加强的轴承组合，设计时用有限元分析法评估了各部分的性能，从而能满足输出大扭矩、高负载的需要。 （三）中空转子马达 大斜度井和水平井需要大排量洗井以利于清砂，实心转子马达额定排量小，中空转
螺杆钻具 使 用 说 明 书 江苏长城石油装备制造有限公司 https://www.doczj.com/doc/a94322133.html, 手机：137 **** ****
螺杆钻具使用说明 一、结构及原理： 螺杆钻具主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成四部分组成。钻具通过转子和定子将高压液体的能量转变成机械能，当高压液体通过钻具内孔进入钻具后，旁通阀关闭，从而进入转子与定子形成的各个密封腔，液体在各腔中的压力差推动转子沿定子的螺旋通道滚动，转子在沿自身轴线转动的同时，还绕与转子轴线平行，并与一偏心距的定子中心线公转，这就是所谓的螺杆钻具的行星传动原理，由于转子和定子都采用反向螺旋线，因而转子绕定子轴线作逆时针转动，并以自身轴线作顺时针转动带动钻头旋转。钻具的输出扭距与高压液体流经马达的压力降成正比；输出转速与输出排量成正比。 1.1旁通阀总成： 旁通阀由阀体、阀芯、阀套、弹簧及“O”圈组成，其作用是在起下钻时沟通钻柱内外工作液通道，当无循环时，弹簧使阀芯处于原始位置，此时旁通孔道开启，当泥浆排量达到一定值时液压力克服弹簧力，使阀芯移动，此时旁通孔封闭，泥浆流进马达，如果停泵，弹簧再将阀芯顶回到原来位置旁通孔道又被开启，使钻柱内与环空中的工作液连通。 1.2马达总成： 马达为多级容积式马达，由定子和转子组成。定子是优质合金钢外壳和内衬橡胶组成，橡胶内腔为左螺旋面型腔，具有耐油、耐磨、耐高温（定子安全工作温度－29~120℃、－29~150℃）；转子经热处理无应力的合金钢制成，表面镀了一层硬铬，以防钻井液体的
磨损及腐蚀。转子与定子型腔组成许多连续的互不相通的密封腔，当工作液进入马达时，工作液的液能转变为机械能，在转子的螺旋曲面上形成动力距，迫使转子在定子内作行星运动。 1.3万向轴总成： 万向轴部件由万向轴壳体和万向轴组成，壳体的上下端分别与马达定子与传动轴壳体相连接，万向轴上下端分别与马达转子、传动轴相连接，主要作用是将马达产生的扭距和转速传递给轴承总成的传动轴及钻头，它将转子的行星运动转变为传动轴的定轴转动，万向轴经特殊加工而成，使驱动更圆滑，恒速而摩擦更小，振动更小，这一结构形式有效地完成了能量、运动的转换、能量的传递这三个重要环节。 1.4传动轴总成： 螺杆钻具主要部件之一。外壳体上端和万向轴壳体相连，传动轴导流水帽与万向轴相连，下端接钻头。多列推力球轴承承受钻压引起的轴向载荷。用硬质合金烧结而成的径向轴承，分别装在传动轴体的上下两端，用来承受钻具偏斜力距造成的径向载荷。 由马达排出的大部分泥浆通过传动轴内孔经钻头水眼喷出，以利冷却清洗钻头而另一部分泥浆通过上下径向轴承和多列推力球轴承组从传动轴外侧流出，冷却和润滑轴承系统。 二.规格及技术参数： 2.1系列钻井钻具规格及参数： 表一
国内外螺杆钻具的应用及发展趋势 大港油田中成机械制造有限公司 王春阳 吴爱民 李良君 摘要 本文综述国内外螺杆钻具的近十多年来的行业水平及未来发展趋势，介绍了该技术的进展，基础理论与应用，介绍了国内外对螺杆钻具的设计制造技术水平，论述螺杆钻具的发展趋势，提出我国螺杆钻具研究方向。 主题词 螺杆钻具 发展趋势 设计 应用 螺杆钻具的工作原理 螺杆钻具是利用莫依诺原理以油基泥浆、浮化泥浆、及粘土泥浆等作动力液，把液体压力能转换为机械能的一种容积式井下动力钻具。当泥浆泵产生的高压泥浆流经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。 螺杆钻具由四大部分组成：旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成。旁通阀总成作用是通过其开启和关闭控制泥浆流向，从而控制马达的启动和停止，同时在起下钻时不使泥浆溢于井台。马达总成一对由钢制左旋的转子螺杆在钢管内附着的橡胶衬套中共轭啮合形成的螺杆衬套幅，泥浆的压力推动转子转动，从而把压力能转换为机械能。万向轴总成的作用是将转子的偏心运动转换成传动轴的定轴运动。传动轴总成的作用是把万向轴传递过来的马达动力传递给钻头，实现破碎岩石作业。 螺杆钻具的应用
目前钻井用井下动力钻具有螺杆钻具、涡轮钻具、电动钻具三种，螺杆钻具具有良好的“硬特性”：转速随着钻具扭矩的增加而下降很少，同时又具有良好的“软特性”即通过橡胶的变形漏失泥浆来起缓冲、减震、过载保护的作用。螺杆钻具以其良好的功率特性使它取代涡轮钻具成为最广泛使用的一种井下动力钻具，它与传统的转盘带动钻杆钻进相比有许多优点 1、它可以增加钻头转数和钻头扭矩因而增加进尺率，缩短钻井周期。 2、井底直接提供动力，减少了钻杆底磨损和损坏。 3、可准确的侧钻、造斜、定向、纠偏。 4、可钻定向井、水平井、丛式井，显著提高钻井的经济效益。 螺杆钻具的应用市场非常广阔，随着高产井的开发、后期井的再生利用，薄油层的开采及土地资源政策的制约，定向井得到极大的推广，对螺杆钻具的需求不断增大，东亚、欧美地区许多油田进入后期开采需用定向井。中东及海湾地区多在老井的基础上侧钻丛式井以增加开采量，这都要采用定向井工艺，另一方面随钻测量系统（MWD）、聚晶金刚石钻头（PDC）制造技术的提高，使导向钻井系统日臻完善，也使定向井工艺得到长足的发展并得到大力推广应用。因此螺杆钻具的市场不断扩大。国际上螺杆钻具的消费地区主要在中东富油地区及海洋石油钻井，主要的用途是定向、造斜、侧钻及打水平井。 国内外螺杆钻具的发展状况 美国50年代开始研制螺杆钻具，第一台工业井下马达则是1957
螺 杆 钻 具 使 用 规 程 一、螺杆钻具的选择 （1）根据井眼大小确定使用螺杆钻具的尺寸（见表1）。 （2）根据所施工井眼类型和所设计造斜率的大小来选用螺杆钻具类型：直螺杆、单弯、双弯（同向双弯和异向双弯），进一步确定其长度、弯壳体度数、稳定器外径及稳定器数量。 （3）用于复合钻进的弯壳体螺杆的度数应根据井眼尺寸的大小来定，只要所选弯壳体螺杆的弯曲点绕井眼轴线的公转半径R ≤φ/2（Φ为钻头直径mm ），就不会导致井眼扩大。R 的计算如下： 2/)]}cos /(sin [sin{arctan 1212d L L L L R ++=γγ 式中 R ：弯壳体的弯曲点绕井眼轴线的公转半径 mm L 1：钻头到弯曲点的长度 m L 2：弯曲点至其上第一个切点或至上稳定器的长度m γ：弯壳体的弯曲度数 ° d ：弯壳体外壳直径 mm （4）对于井底温度比较高的特殊井，选用耐高温的螺杆钻具（常规螺杆的耐高温指标为120°）。 (5)相同排量下，螺杆钻具马达转子的头数越多，自身转数越低，产生的扭矩越大,反之螺杆马达转子的头数越少，自身转数越高，产生的扭矩越小。如果使用螺杆的井段地层较软，应该选用头数较少，发挥螺杆高转速的特性，从而获得较高的机械钻速，反之，相对较硬的地层，尽量选择多头，从而保证井下有较大的扭矩，适应现场需要为原则。马达转子头数多少决定了该型
号螺杆的一个转速和扭矩的基本特征。而螺杆实际输出转数由马达头数的多少、螺杆马达的设计参数、实际输入流量、马达井下负载大小等综合因素决定。可以结合实际情况优选更适合现场的螺杆钻具。 表1 不同井眼尺寸对应的螺杆公称外径型号 二、螺杆钻具对钻头的要求
直井、定向井施工管理规程 一、现场工程技术服务管理规程 一）高边的测量规程： 1、高边的测量钻台上必须有三个以上人各自测量计算，相互核对无误后（正 负没有异议、数值没有异议）方可输入计算机；输入计算机后两个以上 的人进行第二次核对确认，没有异议后把测量的计算结果和原始记录写 到工作笔记上，并写在当日日报表上，两个工程师签字确认（带队工程 师量取高边时必须亲自测量） 2、MWD的内角差和外角差，量内角差的时候，仪器每个扣必须打紧方可测 量，必须两个以上的工程师把关。 3、内角差必须归零：操作规程：海蓝仪器探管一定要预热半个小时以上（特 别是冬天施工）：在测量内角差时，探管一定要远离野营房等强磁的地方。 4、时刻牢记并重视：高边可以从磁性到重力，也可以从重力到磁性。井斜 不同的情况下可以互相转换。 5、定向两根单根后值班工程师要及时对工具面和实际钻出井眼进行核对， 不能确认时可再钻进4-5m，再次测量确认。 6、MWD短节以下的钻具丝扣，用液压大钳5Mpa，紧扣两次，如果用PDC 钻头，必须在用双钳5道锚头绳进行第三次紧扣，最好是用钢丝绳紧扣。 7、上井螺杆的高边，在螺杆上井后两个工程师要进行目测（以防厂家出厂 刻度槽出错）。 8、量高边时：千万要分清高边（槽）和标记号（槽）的区别，切不可错量！！！ 9、小井眼高边测量时，由于钻具外径小，容易粘扣，钻具要按规程的上扣 扭矩紧扣，绝不能超过标准，为保证高边的准确性：要求把大钳在三个 不同的方向上按规定的扭矩紧扣两次（合计六次）从而确保高边的准确 和不会发生偏移。 10、每次起出钻具和下钻前都必须复合高边的角差，且钻具入井后人才 能离开钻台；并一定要检查非螺旋扶正器螺杆钻具扶正块是否发生偏移。 11、带队工程师量取高边时，必须在钻台上，只相信自己测量取得的数据， 而不能听从别人。
关于高效导向螺杆钻具的研究与应用的若干思考参 考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
关于高效导向螺杆钻具的研究与应用的 若干思考参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 控制井眼轨迹中，实施滑动导向和复合钻进时，使用 一些经常用到的导向螺杆往往会发生钻头无法有效加载与 产生螺旋井眼的缺陷问题，这将直接的干扰了井眼轨迹的 控制成效，要想避免这些问题的发生，就必须采取高效导 向螺杆钻具进行。笔者根据自身工作经验，主要对高效导 向螺杆钻具的应用进行了一番分析研究。 高效导向螺杆钻具指的是在螺杆钻具驱动的地方安装 一种受螺杆钻具驱动旋转的窄带螺旋稳定器，共有以下功 能优势：在底部钻具组合中属于近钻头支点，能够使BHA 的滑动导向能力不断提升；布置近钻头与近满眼能够使井 壁更加的完善；进行滑动导向钻进时，近钻头稳定器会保
持一种旋转状态，其不会有太大的滑动阻力，有效防止了拖压问题的发生，优势之处众多。 近钻头稳定器结构设计及螺杆动力系统优化 1.1.近钻头稳定器结构设计 科学合理设计近钻头稳定器结构对于高效导向螺杆钻具利用率的提升具有重要作用，实际中应做好以下两方面：首先，要求稳定器处于旋转状态时应产生支点效应、具有较好的稳定性以及实现低的额外扭矩；其次，做好岩屑的排导工作。所以，稳定器应以螺旋过封闭扶正翼为首选，经过一周的旋转能使支撑外径处于稳定状态下，并且在旋转运行过程中具有较好的稳定性，不会产生大的额外扭矩。采用钻井液轴向流速与切向速度进行计算，知道了各种外径螺杆钻具过程中的扶正翼螺旋角与稳定器的全部泄流面积。同时，有效的将岩屑进行了排导。 1.2.螺杆动力系统结构优化
编号：SY-AQ-08560 ( 安全管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 螺杆钻具使用技术措施 Technical measures of screw drill
螺杆钻具使用技术措施 导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关 系更直接，显得更为突出。 1、螺杆到井后记录其型号、厂家、扣型；丈量其长度及外径；检查其水眼及丝扣，确保丝扣完好。螺杆上钻台要用双绞车抬上钻台，在起吊过程中，防止碰伤其丝扣。上扣时丝扣油涂好，扣要上紧，达到额定扭矩值。 2、下钻前螺杆在井口接方钻杆开泵检查旁通阀及传动轴，传动轴运转正常，旁通孔畅通，各连接螺纹完好；井口试运转，开泵后容易启动，旁通阀立即关闭，连接处无渗漏，停泵后旁通阀开启，传动轴逐渐停止转动，记录好泵压，检查完毕后开始下钻。 3、下钻时慢慢让螺杆通过井口、防溢管、防喷器、四通。下钻过程中控制好速度。离井底有一个单根时，提前挂好方钻杆开泵，井底循环好。确认钻头接触井底后，用10-20KN钻压磨合30分钟。磨合时间一定要充分，这对钻头的使用寿命很大的影响。 4、下钻遇阻时，应慢慢转动几个方向上提下放活动，不要轻易开泵，
不能用螺杆钻具长井段划眼。 5、磨合完毕井下正常后慢慢加压，加到80KN打完一根单根后，下一根单根将钻压加到180KN左右进行正常钻进，并视地层具体情况随时进行调整。 这里填写您的公司名字 Fill In Your Business Name Here
关于高效导向螺杆钻具的研究与应用的若干思考(新版) Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0482
关于高效导向螺杆钻具的研究与应用的若 干思考(新版) 控制井眼轨迹中，实施滑动导向和复合钻进时，使用一些经常用到的导向螺杆往往会发生钻头无法有效加载与产生螺旋井眼的缺陷问题，这将直接的干扰了井眼轨迹的控制成效，要想避免这些问题的发生，就必须采取高效导向螺杆钻具进行。笔者根据自身工作经验，主要对高效导向螺杆钻具的应用进行了一番分析研究。 高效导向螺杆钻具指的是在螺杆钻具驱动的地方安装一种受螺杆钻具驱动旋转的窄带螺旋稳定器，共有以下功能优势：在底部钻具组合中属于近钻头支点，能够使BHA的滑动导向能力不断提升；布置近钻头与近满眼能够使井壁更加的完善；进行滑动导向钻进时，近钻头稳定器会保持一种旋转状态，其不会有太大的滑动阻力，有
效防止了拖压问题的发生，优势之处众多。 近钻头稳定器结构设计及螺杆动力系统优化 1.1.近钻头稳定器结构设计 科学合理设计近钻头稳定器结构对于高效导向螺杆钻具利用率的提升具有重要作用，实际中应做好以下两方面：首先，要求稳定器处于旋转状态时应产生支点效应、具有较好的稳定性以及实现低的额外扭矩；其次，做好岩屑的排导工作。所以，稳定器应以螺旋过封闭扶正翼为首选，经过一周的旋转能使支撑外径处于稳定状态下，并且在旋转运行过程中具有较好的稳定性，不会产生大的额外扭矩。采用钻井液轴向流速与切向速度进行计算，知道了各种外径螺杆钻具过程中的扶正翼螺旋角与稳定器的全部泄流面积。同时，有效的将岩屑进行了排导。 1.2.螺杆动力系统结构优化 在对高效导向螺杆钻具的结构进行改造时，应切实保证螺杆钻具具有较高的动力输出能力及良好的使用寿命。总的来说，优化螺杆动力系统的结构时，应做到以下几方面：选择等壁厚定子工艺，
1、螺杆钻具结构 螺杆钻具是一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置,由旁通阀、马达、TC轴承、推力轴承、万向轴、传动轴和防掉装置等组成(如图1所示)。 当高压液体进入钻具时，迫使转子在定子中转动（定子和转子组成了马达），马达产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴和钻头上，达到钻井的目的。螺杆钻具作为井底动力装置，具有低转速、大扭矩、大排量等许多优点： 1．增加了钻头扭矩和功率，提高了进尺率。 2．减少了钻杆和套管的磨损和损坏。 3．可准确地进行定向、造斜、纠偏。 4．广泛应用于直井、水平井、丛式井和修井作业。 1.1旁通阀总成 旁通阀由阀体、阀套、阀芯及弹簧等部件组成(如图2所示)。
在压力作用下阀芯在阀套中滑动，阀芯的运动改变了液体的流向，使得旁通阀有旁通和关闭两个状态：在起、下钻作业过程中，阀套与阀体通孔未闭和，旁通阀处于旁通状态，使钻柱中泥浆绕过马达进入环空；当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时泥浆流经马达，把压力能转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔处于开启位置--处于旁通状态。 1.2马达总成 马达由定子、转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，其内孔是具有一定几何参数的螺旋；转子 是一根有硬层的螺杆 (如图3所示) 。
转子与定子相互啮合，用两者的导程差而形成螺旋密封腔，以完成能量转换。 马达转子的螺旋线有单头和多头之分。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小；头数越多，转速越低，扭矩 越大。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
空气螺杆钻具 空气螺杆钻具研制、特性分析及现场实验与应用 作为新型的钻井技术，以空气钻井为代表的气体钻井和欠平衡钻井在国外油气勘探与开发中获得广泛应用，在国内也正呈快速发展趋势。空气螺杆钻具是应用这类新型钻井技术钻定向井及其他特殊工艺井所必需的工具。 一、概述 近些年来，气体钻井和欠平衡钻井在国外获得了比较普遍的应用，取得了显著的技术效益和重大经济效益。例如，在满足相应的前提下，气体钻井如空气钻井、天然气钻井、氮气钻井、尾气钻井等，可成倍提高机械钻速，明显缩短钻井周期，降低钻井成本；欠平衡钻井，则可对储层进行有效保护，有利于提高钻遇率和开发率。为推广和扩大空气钻井的应用规模，美国能源部曾规定2004年的空气钻井口数不低于本土总钻井口数的30%。 近些年来，我国也开始关注、尝试应用空气钻井技术，在一定规模上采用欠平衡钻井技术，取得了可喜的进展。随着对这些技术在直井上应用经验的逐步积累和日渐成熟，在定向井及其他特殊工艺井上应用这些技术，已成为必然的发展趋势，这将在很大程度上扩展气体钻井与欠平衡钻井的应用领域。 空气螺杆钻具(或称气体螺杆钻具)是用气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必需工具。但在2001年底以前，此类新型螺杆钻具产品在国内仍为空白。中国石油集团长城钻井公司在伊朗承担的空气钻井项目，急需?244(9-5/8?)的空气螺杆钻具，经与外商询价，每台价格在13万美元以上，无法承受，大批量的购买更无从谈起。为了解决生产急需和节约外汇，集团公司科技发展部考虑利用国内技术力量解决伊朗项目的现场急需，并为国内欠平衡钻井与空气钻井提供工具，决定成立“伊朗欠平衡钻井空气螺杆钻具研制”课题组，由中国石油勘探开发研究院钻井所和北京石油机械厂承担，并任命苏义脑为课题组长，组织攻关。 在2001年5月?2002年11月这一年半时间中，课题组克服了重重难关，终于完成了K7LZ120和K7LZ244两种系列的空气螺杆钻具样机的设计、制造、室内实验台架设计和空气钻井的有关理论研究工作，并于2002年7月进行了K7LZ120样机的地面实钻实验和2002年8月在长庆苏35－18井的下井实验，均取得成功。在此基础上，两台K7LZ244样机于2002年12月运往伊朗，在2003年10月下井应用获得成功。2004年7月在四川白浅－111H井上运用K7LZ120钻具钻天然气水平井，取得了显著的技术效益。 本文针对空气钻井的特殊性(特别是空气介质的可压缩性)，介绍空气螺杆钻具设计和研制中的几个关键问题，分析空气螺杆钻具的工作特性，并介绍K7LZ120和K7LZ244两种钻具在现场实验和生产应用中的有关情况。 二、空气螺杆钻具设计的关键问题 常规的螺杆钻具是以钻井液(俗称泥浆)作为传递动力的介质，由于液体的不可压缩性和容积式机械的特性，螺杆钻具具有很好的过载性能和硬机械特性。而空气螺杆钻具，由于以压缩空气作为动力源和工作介质，与常规液体驱动的螺杆钻具相比，其结构特征和工作特性有显著不同。下面简介有关空气螺杆钻具设计的几个关键技术问题。
中成－钻具 使用手册 大港油田集团中成机械制造Dagang Oilfield Group Zhongcheng Machinery Manufacturing Co.,Ltd. 2004.10
第一章、序言 中成－螺杆钻具是靠泥浆提供动力的井下动力钻具，它 与传统转盘带动钻杆钻进方法比较,有很多优点： 1．增加钻头的转速。 2．增加钻头扭矩的功率，因而增加进尺率。 3．井底直接提供动力，因而减少钻杆的磨损和损坏。 4．可准确地造斜、定向、纠偏。 5．可钻水平井、从式井，显著提高钻井的经济效益。 6．寿命长，也能进行周期较长的延伸井段和直井钻进。 就是这些优点才促使螺杆钻具得到了迅速发展。 我公司在1985年全套引进美国史密斯公司—Smith DYNA-DRILL三条生产线，即包括生产制造与整机装配生产 线、热处理可控气氛生产线，以及定子橡胶生产线。可生产 DYNA-DRILL D500、D1000、F2000三个系列螺杆钻具， 在经历了引进、消化和吸收的发展过程后，今天的大港油田 集团中成制造已经能够独立生产和开发适用于各种用途的各
种规格系列的螺杆钻具。在质量体系保障上，是国螺杆钻具生产厂家最先通过GB/T1900-1994-ISO9001：1994标准的企业，也是通过中国计量局ISO10012计量检测体系认证的企业。 本手册主要介绍我厂螺杆钻具的工作原理、性能、使用要求及注意事项，为用户更好地使用我厂钻具，提供了依据。
第二章操作计划和考虑 一螺杆钻具的工作原理 螺杆钻具是以油基泥浆、浮化泥浆及粘土泥浆等作动力液，是一种把液体压力能转换为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵产生的高压泥浆流经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。 二中成—螺杆钻具的组成及工作 原理 中成－钻具主要由四部分组成：（见 图1） ·旁通阀总成 ·马达总成 ·万向轴总成 ·传动轴总成 （旁通阀总成上部的提升短节，未按部件计算，订货时可由用户提出。提升短节的作用仅供提升钻具用，没有其他
使用螺杆钻具操作规程 DHM MANUAL 1入井前检查。 1 CHECKING BEFORE TRIPPING IN 1.1检查规格型号，记录系列号等相关数据。 1.1 CHECK TYPE AND SPECIFICATION, RECORD SERIEL NUMBER AND RELATING DATA 1.2 检查丝扣、外观等有无损坏。 1.2 CHECKING THREAD AND OUTLOOK 1.3 检查旁通阀是否工作正常。 1.3 CHECK BYPASS V ALVE 1.4 如果是弯螺杆需检查其弯度及弯向是否与其标记方向一致。 1.4 CHECK THE MOTOR BENT WHICH IS WHAT YOU WANT 1.5 丈量长度和内外径并做好记录。 1.5 MEASURE LENGTH AND RECORD OD &ID 2 入井使用。 2 DHM IN HOLE MANUAL 2.1 螺杆钻具入井前要在井口进行试运转，并记录压降。正常压降为300psi(145psi=1M)左右，如果压降不正常不得入井。试螺杆时不得带钻头。 2.1 CHECKING MOTOR BEFORE PUTTING IN HOLE RECORD PRESURE DROP ,ORDINARY, IT SHOULD BE 300 PSI. IF
PRESSURE DROP IS ADNORMAL, THE DHM CAN NOT BE PUT IN HOLE. WITHOUT BIT WHILE TESTING MOTOR. 2.2 下钻时控制下放速度，遇阻时应开泵循环划眼时视井下情况，间断转动钻具防止划出新井眼。 2.2 CONTROL SPEED WHILE PUTTING DOWN ,WHEN BLOCK, WE SHOULD PUMP ON AND FLUSH ACCORDINGLY, BUT TRY ALL THE BEST NOT TO DRILL A NEW HOLE 2.3 下钻到底开泵正常后记录排量、泵压。 2.3 AFTER GET THE BOTTOM, PUMP ON AND RECORD FLOW RATE AND PUMP PRESSURE. 2.4 钻头接触井底逐步加压，调整到螺杆最佳工作压降，记录泵压，钻压。 2.4 AFTER DRILL BIT REACHED BOTTOM, ADD DOWNFEED GREDUALLY, ADJUST MOTOR TO BEST WORKING CONDITION,RECORD PUMP PRESSURE AND WOB. 2.5 如果在钻进时泵压突然升高，就立即停泵，上提钻具，核对循环压力，如正常可恢复钻进。 2.5 WHILE DRILLING, THE PUMP PRESSURE SUDDENLY GETTING HIGH , WE SHOULD PUMP OFF IMMEDIATELY, PULL BACK BHA ,CHECK FLUSH PRESSURE, IF OK , KEEP GOING. 2.6 使用螺杆钻具应控制钻井液含砂量小于0.3%。 2.6 CONTROL MUD SAND CONTANT LESS THAN 0.3%
一、作业前选择 1、马达的选择 根据井眼直径和排量，选择匹配的马达。 2、旁通阀 考虑旁通阀潜在堵塞的问题，是否选择带不带旁通阀。 3、定-转子的配置 定转子的配置影响给定排量下的钻头的转速。 4、转子喷嘴 如果预计为大排量，则应使用中控转子，并确定好喷嘴大小。 5、弯外壳的设定 根据预测造斜率选择合理的弯度，因为旋转钻柱复合钻进会影响轴承或外壳的使用寿命。 6、稳定器的尺寸 稳定器标准尺寸小于井眼标准尺寸的值建议为1/4或1/8英寸（3~6mm)。 二、螺杆入井前的地面检查及井口测试： 1、所有马达入井前都应作系统的地面检查。 ①检查马达是否有运输损坏，记录马达定子编号。 ②检查螺杆两端丝扣是否完好，密封面是否有创伤； ③用手电照射旁通阀内孔是否存在异物； ④检查中间各连接部位是否有退扣迹象； ⑤用管钳盘传动轴是否能转动能转动如果能转动，则轴、或万向节断裂或是高温螺杆 （小型号螺杆）； 2、螺杆入井前进行井口测试，检查中发现螺杆有问题时禁止入井。 ①在平台检查串轴承轴向间隙并记录； ②开泵检查旁通阀是否能够完全关闭； ③观察传动轴是否转动，螺杆马达抖动是否正常； ④传动轴总成为泥浆润滑，有（4%-10%）的泥浆流经传动轴与径向轴承间隙是正常的。 ⑤起下钻后，记录好井口测试螺杆马达的压降； 三、使用注意事项 1、螺杆钻具使用技术参数不得超出所选螺杆标定的参数范围： ①滑动钻进时，钻压严格按照工程技术人员根据工况条件设定的钻压数值。 ②复合钻进时，牙轮钻头钻压和PDC钻头钻压要严格控制，转盘转速不超过1档（随 着弯度增大要降低转盘的转速）。 2、严禁在螺杆钻具使用后期，以提高钻压的方式提高钻速（极易导致传动轴报废或螺杆外壳断裂，引起不必要的井下事故）。 3、钻时变慢时，要引起注意，及时分析是什么原因。随时注意钻压造成的泵压变化，以便发现问题； 4、认真记录螺杆钻具单次使用情况，入井、起钻前要详细记录螺杆的工作压差及动力情况，以便为螺杆的继续使用提供数据。 5、对使用中出了问题的螺杆钻具，要详细记录螺杆的故障描述，以便于以后螺杆的维修。 6、使用螺杆钻具时，泥浆泵的出水滤子要保持完好，振动筛的筛网完好率和运转率均要达到最佳。 7、螺杆钻具下入井内需要注意：(螺杆钻具在出厂前，各部件之间的连接螺纹均已涂厌氧胶，并按规定力矩上紧，使用前不需要重新紧扣) (1)螺杆钻具下井时，严格控制下放速度，以防下放过快时马达倒转，使内部连接丝扣脱扣，
Q/SH1020 中国石化集团胜利石油管理局企业标准 Q/SH1020 XXXX-XXXX 代替Q/SL0323-89 螺杆钻具使用规程 （报批稿） XXXX-XX-XX发布 XXXX-XX-XX实施 中国石化集团胜利石油管理局发布 Q/SH1020 XXXX-XXXX 目次 前言 (Ⅱ) 1 范围 2 螺杆钻具的型号说明 (1) 3 螺杆钻具的选选择 (1) 4 螺杆钻具对钻头的要求 (1) 5 螺杆钻具的使用条件 (2) 6 螺杆钻具下井前的检查 (2) 7 井口试运转 (3) 8 螺杆钻具的下钻 (3) 9 螺杆钻具的启动与钻进 (3) 10 故障分析与处理办法 (4) 11 螺杆钻具的取出 (5) 12 螺杆钻具的现场交接 (5) 13 附录Ａ (6)
Ⅰ Q/SH1020XXXX-XXXX 前言 本标准规定了螺杆钻具的技术参数、选择、下井前的检查、下钻、钻进、起出及现场交接使用规程，本标准适合于国内各螺杆厂家所生产的不同型号的螺杆。 本标准与Q/SL0323-89相比，主要变化如下： ——螺杆钻具的技术参数有了很大的变化； ——增加了对复合钻进的说明； ——对在使用过程中可能出现的问题进行了补充； ——对单弯螺杆在复合钻进中是否会导致井径扩大作了说明； 本标准由胜利石油管理局钻井专业标准化委员会提出并归口。 本标准起草单位：胜利石油管理局钻井工程技术公司。 本标准自发布之日起有效期三年，到期复审。 本标准主要起草人：秦利民李生宏。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为： ——Q/SL 0323-89。
Ⅲ Q/SH1020 XXXX-XXXX 螺杆钻具使用规程 1范围 本标准规定了螺杆钻具的技术参数、选择、下井前的检查、下钻、钻进、起出及现场交接的使用规程。 本标准适合于国内各厂家生产的不同型号的螺杆钻具。 2螺杆钻具的技术参数和型号说明 2.1螺杆钻具的技术参数见附录A 钻头最大水眼压降(MPa) 钻具规格(外径尺寸mm) 螺杆钻具标志（“螺钻”的第一个汉语拼音字母） 马达转子头数(单头省 略) 特殊钻具标志（D-短钻具 P-水平井钻具 J-铰接肘链式钻具）3螺杆钻具的选择 3.1根据井眼大小确定使用螺杆钻具的尺寸(参见附录A)。 3.2根据所施工井眼类型和所设计造斜率的大小来选用螺杆钻具类型：直螺杆、单弯、双弯（同向双弯和异向双弯），进一步确定其长度、弯壳体度数、稳定器外径及稳定器数量。 3.3 用于复合钻进的弯壳体螺杆的度数应根据井眼尺寸的大小来定，只要所选弯壳体螺杆的
1、前言 上海奥森油田服务有限公司为渤海石油有限公司（天津）钻井部提供螺杆钻具设备服务，与此同时联同各油田、科研院所，在消化国内外先进技术，结合我国国情的基础上，开发和制造出多种型号的螺杆钻具，能为油田提供满意服务。 本手册主要介绍螺杆钻具的性能和使用要求以及注意事项，便于用户更好地了解我公司的钻具，结合钻井的需要，选好、用好、维护好钻具，发挥其应有的技术性能，提高钻井经济效益。 2．螺杆钻具工作原理 螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下动力钻具。泥浆泵泵出的泥浆液流经旁通阀进入马达，在马达进出口处形成一定压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。螺杆钻具的性能主要取决于螺杆马达的性能参数。 3．螺杆钻具的组成 螺杆钻具由旁通阀、马达、万向轴和传动轴四大总成组成（如图1）
表 1 Table 1 5LZ165X7.0Y BH 5LZ165X14.0 BH q = 8.5 5LZ197X7.0Y BH 5LZ197X14.0 BH q= 14.0 5LZ120X7.0Y BH q = 5.0 5LZ95X7.0Y BH q = 2.6 按以上推荐计算公式，用户可以根据使用需要随时更换不同直径的喷咀，从而达到理想的效果。 Based on the above recommended equation, the customers can timely change different diameter nozzles according to the actual demand, so as to reach ideal effect.
螺杆钻具使用规程 一、螺杆钻具的选择 （1）根据井眼大小确定使用螺杆钻具的尺寸（见表1）。 （2）根据所施工井眼类型和所设计造斜率的大小来选用螺杆钻具类型：直螺杆、单弯、双弯（同向双弯和异向双弯），进一步确定其长度、弯壳体度数、稳定器外径及稳定器数量。 （3）用于复合钻进的弯壳体螺杆的度数应根据井眼尺寸的大小来定，只要所选弯壳体螺杆的弯曲点绕井眼轴线的公转半径R≤φ/2（Φ为钻头直径mm），就不会导致井眼扩大。R的计算如下： 式中 R：弯壳体的弯曲点绕井眼轴线的公转半径 mm L ：钻头到弯曲点的长度 m 1 L ：弯曲点至其上第一个切点或至上稳定器的长度m 2 γ：弯壳体的弯曲度数° d：弯壳体外壳直径 mm （4）对于井底温度比较高的特殊井，选用耐高温的螺杆钻具（常规螺杆的耐高温指标为120°）。 (5)相同排量下，螺杆钻具马达转子的头数越多，自身转数越低，产生的扭矩越大,反之螺杆马达转子的头数越少，自身转数越高，产生的扭矩越小。如果使用螺杆的井段地层较软，应该选用头数较少，发挥螺杆高转速的特性，从而获得较高的机械钻速，反之，相对较硬的地层，尽量选择多头，从而保证井下有较大的扭矩，适应现场需要为原则。马达转子头数多少决定了该型号螺杆的一个转速和扭矩的基本特征。而螺杆实际输出转数由马达头数的多少、螺杆马达的设计参数、实际输入流量、马达井下负载大小等综合因素决定。可以结合实际情况优选更适合现场的螺杆钻具。 表1 不同井眼尺寸对应的螺杆公称外径型号
二、螺杆钻具对钻头的要求 （1）采用螺杆钻具钻进时间不长的作业，如定向造斜、侧钻、纠斜等，选用适合于高速旋转的牙轮钻头。 （2）采用螺杆钻具钻进时间较长的作业，如水平井、大斜度井等需要采用复合钻进的作业，选用适合于定向造斜用的PDC钻头。 （3）合理选择钻头水眼,保持一定的钻头压降。 三、螺杆钻具的使用条件 （1）螺杆钻具的工作排量按螺杆厂家推荐的范围选择。 （2）螺杆钻具适用于各种类型,不同密度的钻井液,包括淡水、盐水、油基钻井液,乳化钻井液,高粘度钻井液,但要求钻井液含砂量小于0.5%, 润滑性好。 四、螺杆钻具下井前的检查 （1）测量好螺杆钻具的每一部分尺寸并做好记录（见图1、表2），用肉眼检查是否有损坏的地方，特别是两端螺纹和台阶，然后用探伤仪器再作进一步检查。 图1 螺杆钻具尺寸量取示意图
螺 杆 钻 具 使 用 规 程 一、螺杆钻具的选择 （1）根据井眼大小确定使用螺杆钻具的尺寸（见表1）。 （2）根据所施工井眼类型和所设计造斜率的大小来选用螺杆钻具类型：直螺杆、单弯、双弯（同向双弯和异向双弯），进一步确定其长度、弯壳体度数、稳定器外径及稳定器数量。 （3）用于复合钻进的弯壳体螺杆的度数应根据井眼尺寸的大小来定，只要所选弯壳体螺杆的弯曲点绕井眼轴线的公转半径R ≤φ/2（Φ为钻头直径mm ），就不会导致井眼扩大。R 的计算如下： 2/)]}cos /(sin [sin{arctan 1212d L L L L R ++=γγ 式中 R ：弯壳体的弯曲点绕井眼轴线的公转半径 mm L 1：钻头到弯曲点的长度 m L 2：弯曲点至其上第一个切点或至上稳定器的长度m γ：弯壳体的弯曲度数 ° d ：弯壳体外壳直径 mm （4）对于井底温度比较高的特殊井，选用耐高温的螺杆钻具（常规螺杆的耐高温指标为120°）。 (5)相同排量下，螺杆钻具马达转子的头数越多，自身转数越低，产生的扭矩越大,反之螺杆马达转子的头数越少，自身转数越高，产生的扭矩越小。如果使用螺杆的井段地层较软，应该选用头数较少，发挥螺杆高转速的特性，从而获得较高的机械钻速，反之，相对较硬的地层，尽量选择多头，从而保证井下有较大的扭矩，适应现场需要为原则。马达转子头数多少决定了该型号螺杆的一个转速和扭矩的基本特征。而螺杆实际输出转数由马达头数的多少、螺杆马达的设计参数、实际输入流量、马达井下负载大小等综合因素决定。可以结合实际情况优选更适合现场的螺杆钻具。
表1 不同井眼尺寸对应的螺杆公称外径型号 二、螺杆钻具对钻头的要求 （1）采用螺杆钻具钻进时间不长的作业，如定向造斜、侧钻、纠斜等，选用适合于高速旋转的牙轮钻头。 （2）采用螺杆钻具钻进时间较长的作业，如水平井、大斜度井等需要采用复合钻进的作业，选用适合于定向造斜用的PDC钻头。 （3）合理选择钻头水眼,保持一定的钻头压降。 三、螺杆钻具的使用条件 （1）螺杆钻具的工作排量按螺杆厂家推荐的范围选择。 （2）螺杆钻具适用于各种类型,不同密度的钻井液,包括淡水、盐水、油基钻井液,乳化钻井液,高粘度钻井液,但要求钻井液含砂量小于0.5%, 润滑性好。 四、螺杆钻具下井前的检查 （1）测量好螺杆钻具的每一部分尺寸并做好记录（见图1、表2），用肉眼检查是否有损坏的地方，特别是两端螺纹和台阶，然后用探伤仪器再作进一步检查。