定向井专用工具分解
第2讲定向井、水平井专用工具
第五讲定向井、水平井专用工具水平井是最大井斜角保持在90 “左右，并在目的层中维持一定长度水平井段的特殊定向井。
水平井钻井技术是常规定向井钻井技术的延伸和发展。
水平井要求在产层或某一指定的地层钻成有一定长度延伸的水平段，这就决定了其工艺上固有的特殊性。
而工具的选择与使用必须能够保证钻头（或钻柱）按照设计的井眼轨迹准确运行。
水平井、特别是中半径水平井井身轨迹的特殊性，需要造斜工具必须具有较高的造斜能力，这是钻成水平井的基本保障；其次，在满足高造斜率要求的基础上还必须使工具有较好的稳定性。
要想使井眼有一定的偏斜并不困难，以往的定向钻井工艺早已解决了这方面的问题，但当井斜角大到一定程度后，继续增斜、至使井斜角接近或超过90°,这就存在着很大的难度，这是常规的定向钻井工具所不能完成的。
另外，水平井段的钻进也是我们前未遇的新问题，钻柱在这种特殊状态下的延伸必须有特殊的工具辅以维持。
为了满足水平井钻井施工的需要，设计制造出钻各种大、中曲率半径水平井的井下专用工具，通过现场试验使用进一步改进完善，总结出适合水平井钻井的工具模式。
一般说来，水平井钻井的生产工序环节，大致上分为造斜，增斜、稳斜或稳平，有时根据地质要求需另附加水平取芯段。
水平井井身轨迹的控制要求严格，各阶段使用的工具不尽相同，各种工具的研究技术难点也各不相同。
水平井钻井工具主要包括水平井钻井常用井下工具和地面工具两部分，该章主要介绍的井下工具是稳定器、无磁钻铤、螺旋钻铤、加重钻杆、定向接头、弯接头、定向弯接头、定向造斜专用PDC钻头、井底动力钻具（螺杆动力钻具、涡轮钻具）?和水平井取心工具等。
地面工具主要包括转盘量角器、钻杆量角器、钻铤量角器、方钻杆标定尺、钻杆划线规、定向键调节扳手。
壬刍宀沖稳定器、概述稳定器用途最为广泛，不论是增斜、降斜段，还是稳斜、稳平段，都是不可缺少的工具之一。
根据不同生产段的需要和水平井自身的特点，稳定器有不同的形状及几何尺寸。
石油钻井行业定向井专用井下工具
包括理论工作 特性和实际工 作特性
MT T p Q nT 60Q / q
MT 1 p q 2
T —钻头理论角速度；
nT —钻头理论转速，即马达输出的自转转速；
p —马达进出口的压力降； Q —流经马达的流量，即“排量” ；
N T p Q
q —马达每转排量，是一个结构参数，仅与线型和几何尺寸有关。
迫使旁通阀活塞下行并密封旁通阀筛孔，整个 钻具变形成了一个高压密封系统；
② 当液体通过转子和定子间组成的连续密封腔时
推动转子转动，经万向轴的转换把行星转动变 为轴心转动，带动钻头旋转，即把钻井液的液 力能通过螺杆转换成机械能。
§6-2 螺杆钻具
3、型号及分类
（1）型号说明
□ LZ □×□ □ ─轴承结构形式 │ │ │ └───最大允许钻头水眼压降(MPa) └─────钻具直径(mm) Y：硬质合金轴承 0：转子中空 2：挠性轴 3：弯壳体 4：双弯壳体 7：稳定器＋双弯壳体 6：稳定器＋弯壳体
随着钻井技术发展及弯壳体螺杆钻具品种规格的增加，弯壳体螺杆钻 具的应用更加普遍。
§6-2 螺杆钻具
3、型号及分类
（3）导向螺杆钻具
结构特点：弯壳体＋稳定器＋中空转子 类型：单弯、同向双弯、异向双弯 用途：配合PDC钻头或牙轮钻头组成不同的导向钻具组合，完成 定向造斜和在不更换钻具组合情况下实现稳斜段（配合转盘低速旋 转）及水平井段的钻井。
§6-2 螺杆钻具
3、型号及分类
（2）分类：根据螺杆马达的结构特征及其结构参数进行分类。
A、按螺杆马达的结构特征分类 a) 按螺杆马达转子端面线型的“头数”N（Lobe，又称波瓣数）， 可分为单头钻具（N=1）和多头钻具（N2）。单头马达具有高 转速、小扭矩特性。多头马达具有低转速、大扭矩特性。 b) 按马达转子与定子头数的关系进行分类。原理上讲，只要二者头 数相差1均可构成螺杆马达，可分为N/（N+1）型N/（N－1）型 两种。 目前油气井作业中普遍采用N/（N+1）型螺杆钻具。 c) 按马达“级数”进行分类。粗略地讲，螺杆马达的定子－转子运 动副的长度与定子导程长度的比值，即定子－转子运动副所包含 的定子导程的整倍数，工程上称为螺杆马达的级数（Stage）。 实际用于钻井作业的螺杆钻具马达，单头的多在3级以上，多头的 多在2级以上。级数越多，马达可输出的工作力矩值越大。
定向井工具简介解析
若需要更强的稳斜组合， 可使用双扶正器串联起来 作为近钻头扶正器。
类型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L1
L2
L3
L4
L5
强稳斜 组合
中稳斜 组合
弱稳斜 组合
0.8～1.2 1.0～1.8 1.0～1.8
4.5～6.0 3.0～6.0 4.5
9.0
9.0
9.0
9.0
～ 9.0
～
-----
18.0
27.0
9.0
-----
-----
单位名称－序号
单位名称－序号
15
二、转盘扶正器组合（4）
此类工具不能用于改变井眼方位，仅能在已有一定斜度的井眼内改变井斜，即进 行增斜、降斜或稳斜。
此类工具是在转盘钻的基础上，利用靠近钻头的钻铤部分，巧妙地使用扶正器，得 到各种性能的组合。
20世纪80年代以来，国内外对扶正器钻具组合的研究逐步深入。运用数学、力学和 计算机工具，出现了微分方程法、有限元法、纵横连续梁法、加权余量法等等 方法，且都需要使用较复杂的计算机程序。
定向井常用工具简介
－定向井服务中心－
海洋钻井平台
单位名称－序号
2
定向井常用井下工具
一、马达（PDM）
八、挠性短节（F/J）
二、扶正器（STB）
九、震击器（JAR）
三、非磁钻铤（NMDC）
十、加重钻杆（HWDP）
四、悬挂短节（HOS）
十一、短钻铤（SDC）
五、短非磁钻铤（SNMDC） 六、浮阀（F/V） 七、定向接头（O/S）
第三章---定向井主要钻井工具介绍
第三章定向井主要钻井工具介绍3.1泥浆马达介绍泥浆马达由：驱动头、轴承总成、万向接头、转子、定子和旁通阀组成。
其马达部分由定子和转子组成，泵入钻具的钻井液流经马达推动转子转动后再流经钻头，转子的旋转力传递给钻头带动钻头旋转。
图3-1，井下马达的主要部件。
图3-1井下马达的主要部件图卜h井下马达询主要部件F面以纳维钻具为例分别介绍泥浆马达的各主要部件: 3.1.1旁通阀旁通阀是为了使循环液绕过马达，因此，下钻时可让循环液灌入钻柱；起钻或接钻杆时可让管内液体泻出。
当无循环或低泵量循环时，弹簧使活塞处于上部位置，此时，孔道开启，泥浆可流入钻柱或自钻柱流出。
活塞的动作取决于排量，相当于推荐最大排量的30%寸活塞被下推座于活塞座上，于是孔道被封闭，钻井液径直流经马达如果停泵，弹簧再将活塞顶回到原来上部位置，孔道又被开启。
图3-2旁通阀示意图图3四旁通阀示憲图3.1.2 多级马达目前各类井下马达多为容积式马达，基本由以下两部分组成：①具有螺旋形内腔的橡胶硫化定子。
②螺旋形的钢转子，其表面镀有硬度材料以减少磨损并防止腐蚀。
在定子橡胶和转子抗磨及抗腐蚀金属表面间是连续密封的，所以当泥浆经马达时转子就转动（如图3-3所示）。
,图37 容联式马达赫子和定子剧视图图3-3容积式马达转子和定子剖视图这种马达最大优点是：①钻井扭矩直接和马达产生的压降成正比。
②转子的转速只取决于排量，不受扭矩的影响，因此，当进行钻井作业时，在钻台上就可以确定并控制转速和扭矩。
3.1.3 万向轴转子下端和万向轴总成相连，万向轴可把转子的非同心转动转变为驱动接头的同心转动。
万向轴总成由两个万向接头组成，每个万向接头均以抗油强力橡胶套密封并充满黄油，橡胶套密封的作用旨在使万向接头不受泥浆污染。
3.1.4轴承总成和驱动接头用轴承支撑的驱动接头将马达的转动和扭矩传给钻头。
约有2%的泥浆排量通过并润滑轴承，绝大部分钻井泥浆经径向轴承上面的水槽进入驱动轴并经钻头流出。
《定向井的基础知识》课件
定向井的钻井液
定向井钻井液是定向井钻井过程中的循环介质，它能够起到冷却、润滑、携带岩 屑等作用，同时对钻头和井壁起到保护作用。
定向井钻井液通常由水、油、化学添加剂等组成，具有较低的摩擦系数、良好的 携岩能力和防塌性能等特点。
定向井的钻井工具
定向井钻井工具包括弯接头、无磁钻铤、稳定器等，它们能 够协助定向井钻头实现钻进过程中的定向控制。
安全性原则
轨道设计应确保钻井施工的安 全，避免因设计不当导致的井 眼坍塌、卡钻等事故。
环保原则
轨道设计应尽量减少对环境的 破坏，合理利用资源，保护生
态环境。
定向井轨道设计的参数
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井口坐标
井口位置的经度、纬度、高程 等参数。
井底坐标
井底位置的经度、纬度、深度 等参数。
井眼轨迹
包括井眼的起点、终点、方向 、倾斜角、弯曲度等参数。
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随着技术的不断进步和应用领域的拓展，定向井技术 将不断向智能化、高效化和环保化方向发展。
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定向井技术将更加注重环保和可持续发展，采用更加 环保的钻井技术和材料，减少对环境的负面影响，为
油气产业的可持续发展做出贡献。
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定向井技术将与人工智能、大数据等先进技术相结合 ，实现更加智能化和自动化的钻井过程，提高钻井效 率和安全性。
ABCD
测斜施工
在钻孔施工过程中，定期进行测斜施工，了解钻 孔的角度变化情况。
纠偏施工
在进行纠偏措施后，进行纠偏施工，对钻孔进行 修正，使其符合设计要求。
定向井的完井施工
完井施工准备
完成钻孔施工后，进行完井施工准备， 包括设备撤离、场地清理等工作。
定向井、水平井专用工具
第章定向井、水平井专用工具第一节定向接头一、定向接头类别目前国内常用的定向接头有两种：定向直接头和定向弯接头，定向直接头用于弯壳体螺杆定向钻进，而定向弯接头则用于直壳体螺杆定向钻进。
定向弯接头因其具有制造简单、使用方便、成本低廉等特点，目前使用较为普遍。
二、技术规格定向弯接头规格表表1-1外径（mm）内径（mm）连接螺纹弯曲角度（°）长度(mm)备注母扣公扣196.85 80 630 531 1.25760 衬套内径50mm 1.501.752.002.252.502.75158.75 70 4A10 431 1.25500 衬套内径50mm 1.501.752.002.252.502.75107.95 57 310 331 1.25450 衬套内径35mm 1.501.752.002.252.502.75三、基本结构1、直接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键和定位螺钉，如图1-1所示：图1-12．定向弯接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键、定位螺钉如图1-2所示：定向弯接头结构示意图图1-2弯接头弯曲度数的计算公式：α=57.3(a-b)/d式中：α——弯曲角度（º）a——长边长度（mm）b——短边长度（mm）d——外径（mm）四、弯接头性能不同螺杆钻具使用弯接头在不同井眼的造斜率表1-2第二节无磁钻铤一、作用由于所有磁性测量仪器在测量井眼的方向时，感应的是井眼的大地磁场，因而测量仪器必须是一个无磁环境。
然而在钻井过程中，钻具往往具有磁性，具有磁场，影响磁性测量仪器，不能得到正确的井眼轨迹测量信息数据，利用无磁钻铤可实施无磁环境，并且具有钻井中钻铤的特性。
国外已有相当数量的无磁钻铤产品于1990年列入API标准。
我国根据国外产品和产品样本制订了SY/T 5145-86《无磁钻铤》标准。
二、工作原理无磁钻铤工作原理如图2-1所示：无磁钻铤的作用原理示意图2-1注：①地磁场线；②磁性测量仪；③钢钻铤；④干扰磁场线；⑤钻头接头；⑥无磁钻铤无磁钻铤上下的干扰磁场线对测量仪器部位没有影响，因而无磁钻铤为磁性测量仪器创造了一个无磁环境，保证了磁性测量仪器测到的数据为真实大地磁场信息。
定向井工具面基础知识
定向井工具面基础知识定向井工具是石油工业中常用的一种工具，它可以帮助钻井工程师在钻井过程中改变井眼的方向和角度。
定向井工具可以实现垂直井眼的转换为水平井眼，或者将水平井眼转换为斜井眼，这样可以帮助钻井工程师从一个位置到达另一个位置，以便更有效地勘探和开采石油储藏层。
定向井工具通常包括测斜仪、导向钻头和悬挂物等部件。
测斜仪可以测量井眼的方向和角度，导向钻头可以改变井眼的方向和角度，而悬挂物则可以将这些工具悬挂在钻杆上，以便在钻井过程中使用。
测斜仪是定向井工具中最重要的部件之一，它可以测量井眼相对于地球表面的方向和角度。
测斜仪通常由一个或多个加速度计组成，这些加速度计可以测量井眼相对于重力的方向和角度。
通过对这些数据进行处理，钻井工程师可以了解井眼的位置和方向，以便调整导向钻头的位置和方向。
导向钻头是定向井工具中最重要的部件之一，它可以改变井眼的方向和角度。
导向钻头通常由一个或多个导向翼组成，这些导向翼可以产生侧向力，将井眼向所需方向偏转。
导向钻头通常由钻头、传感器和控制装置组成，控制装置可以控制导向钻头的运动，以便实现所需的井眼方向和角度。
悬挂物是定向井工具中的重要部件，它可以将测斜仪和导向钻头悬挂在钻杆上，以便在钻井过程中使用。
悬挂物通常由上、下两个部分组成，上部分可以固定在钻杆上，下部分可以固定测斜仪和导向钻头。
在钻井过程中，钻杆可以旋转和推进，测斜仪和导向钻头可以根据所需方向和角度进行调整，以便实现井眼的转向和调整。
总的来说，定向井工具是石油钻井工程中至关重要的一种工具，它可以帮助钻井工程师在钻井过程中实现井眼的转向和调整，以便更有效地勘探和开采石油储藏层。
定向井工具的面基础知识包括测斜仪、导向钻头和悬挂物等部件，以及它们的功能和使用方法。
定向井专用工具解读
(7)、导向总成
导向钻具有单弯钻具和双弯钻具两种。 导向单弯钻具，是在马达下部设置一带角度的短 节，从而使弯曲点尽可能靠近钻头，提高造斜率。 导向双弯钻具，是在单弯钻具的基础上增加一弯 接头，以提高造斜性能，根据其弯曲方向、度数 及联接部位可有多种组合方式。
2、钻具规格及技术参数
(1)钻具表牌说明 (2)技术参数
（7）钻具轴承间隙要求
钻具经过一段时间的使用，必须进行检修，否则 将影响钻具的再次下井使用，判断钻具能否继续 下井使用的一般方法是：钻具除在井口试验正常 外，还要看其推力轴承的磨损程度，可测量主轴 的轴向窜动量，窜动量要在额定范围之内，否则， 钻具必须进行维修。测试方法如下：(如下图)
首先，将钻具用吊卡吊起来，测量并记录不转 动部分的最下端一下径向轴承的下端和驱动接 头之间的间隙尺寸D1。 然后，将钻具座在转盘上，用钻具自身重量压 缩轴承总成，测 量并记录不转动部分的最下 端和驱动接头之间的间隙尺寸D2。 D1—D2即为推力轴承间隙值，见表1。
d.地面检查结束后，用吊钳卡住驱动接头，用 钻头盒将钻头和钻具上紧扣，卸下方钻杆，按 设计的钻具组合把各联接件上紧，要防止粘扣、 错扣，应保证传动轴驱动接头相对于上面的壳 体反时针转动，以防止钻具内部的零件松扣或 脱扣。 使用定向弯接头时，定向弯接头带的定位键必 须和工具面对正，如果在钻头和传动轴之间加 转换接头，建议其长度不超过 250mm 长，否则 将影响轴承寿命及造斜效果，甚至损坏传动轴。
a．组合推力轴承：
用以承受工作状态时的钻压，马达、钻头水眼压 降产生的轴向力及转子、万向轴、传动轴、钻头 重量等各轴向力的合力。
b．径向滑动轴承
它分为上、下两组，主要作用是承受转子作行星 运动引起的弯曲载荷和钻头转动时产生的侧向力， 上径向轴承对钻井液起限流作用，它允许马达流 出钻井液的 5—10％通过轴承组件，起着冷却和润 滑轴承的作用。
第五节 定向井造斜工具及轨迹控制
第五节定向井造斜工具及轨迹控制造斜：由垂直井段开始钻出具有一定方位的斜井段的工艺过程。
造斜点：开始造斜时的深度。
垂直井段开始倾斜的起点。
造斜工具：(1)井底动力钻具造斜工具；(2)转盘钻造斜工具。
(3)混合钻进造斜工具——导向式马达第五节定向井造斜工具及轨迹控制一、井底动力钻具造斜工具动力钻具(井下马达)：涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具。
工作特点：在钻进过程中，动力钻具外壳和钻柱不旋转，有利于定向造斜。
1、动力钻具造斜工具的种类三种：弯接头、弯外壳马达、偏心垫块。
(1)弯接头(斜接头)造斜原理：迫使钻头倾斜，造成对井底的不对称切削；井壁迫使弯曲部分伸直，由钻柱的弹性力使钻头产生侧向切削。
影响弯接头造斜率的因素：弯角越大，造斜率越大；一般为0.5°～2.5°。
弯曲点以上钻柱的刚度越大，造斜率越大；弯点至钻头的距离越小且重量越小，造斜率越大；钻速越小，造斜率越高。
(2)弯外壳马达(原理与弯接头类似)(3)偏心垫块杠杆原理，垫块作为支点。
弯接头、弯外壳马达、偏心垫块。
２.涡轮钻具的结构与特性结构：特性：转速与流量成正比，扭矩与流量的平方成正比，压降与流量的平方成正比，功率与流量的三次方成正比。
流量一定时，转速随扭矩的减小而增大。
空转时，转速达到最高，所以不应当用涡轮钻具进行划眼。
涡轮钻具工作特性图２．螺杆钻具的结构与特性特性：(1)螺杆钻具的转速、扭矩、压力降、功率与流量之间的关系，与涡轮钻具相同。
(2)螺杆钻具的扭矩与压力降成正比。
压力降可从泵压表上读出，扭矩则反映所加钻压的大小，所以可以看着泵压表打钻。
根据泵压表上的压力降还可以换算出钻头上的扭矩，从而可以较为准确地求得反扭角。
螺杆钻具螺杆钻具工作特性示意图二、转盘钻造斜工具变向器、射流钻头、扶正器组合。
１、变向器早期造斜工具。
现在仅用于套管内开窗侧钻，或不适宜用动力钻具的井内。
钻头上安放1个大喷嘴、2个小喷嘴。
靠大喷嘴射流冲击出斜井眼。
石油行业定向钻井专用井下工具
本章主要内容
§6-1 无磁钻铤 §6-2 螺杆钻具 §6-3 其它工具
§6-1 无磁钻铤
1、作用：为磁性测斜仪提供一个没有局部磁场干扰的工作 环境，防止磁罗盘读数失真。
磁性测斜仪测量井眼数据时，磁罗盘必须与地磁场相符合， 所在的钻柱处不能有使罗盘读数失真的局部磁场。 普通钢钻铤容易被磁化，尤其在接头处还会形成“磁极”，
• Christensen公司：纳维钻具（Navi系列）；
• 北京石油机械厂、大港中成石油机械厂、天津立林公司。
§6-2 螺杆钻具
1、基本结构
由四部分组成，从上至下依次为：
• 旁通阀总成；
• 马达总成； • 万向轴总成； • 传动轴总成。
§6-2 螺杆钻具
A、旁通阀总成
• 作用：停泵时使钻柱内空间与
由此产生的局部磁场会使磁罗盘的读数失真。
磁性测斜仪的保护筒、测量时仪器所在的钻铤都必须 使用不能被磁化的无磁材料制成。
§6-1 无磁钻铤
2、无磁材料及其性能
材料：蒙乃尔合金（monel，含铜、镍、铬等）； 弹性模量： 26*106psi 。（钢材：29 *106psi） 与普通钢钻铤相比，无磁钻铤的价格昂贵，强度较
螺杆钻具：根据莫依诺（Rene Moineau ）原理制造的，容积
式井下动力机械， 。
作用：把钻井液的水力能转化为机械能供给钻头。 应用领域：主要用于定向井、水平井的定向造斜及扭方位施
工，也用于直井反扣或侧钻作业中，是目前使用最广泛的一
种井下动力钻具。 生产商： Smith公司：迪纳钻具（Dyna系列）；
§6-2 螺杆钻具
B、马达总成
• 工作原理：万向轴约束了转子的轴向运动，所以高压钻井液
定向井专用工具介绍
图1-8
定向井公司 袁俊国
第一部分
常规定向井工具的发展与现状
马达定子一个导程组成一个密封腔， 也称为一级。每级额定工作压降为0.8Mpa, 最大压降为额定工作压力的1.3倍，如四 级马达，额定压降应为3.2Mpa，最大压降 为4.2Mpa。压降超过此值马达就会产生泄 漏，转速很快下降，严重时会完全停止转 动，甚至造成马达损坏，使用时应特别注 意。
定向井公司
袁俊国
第一部分
常规定向井工具的发展与现状
螺杆钻具的结构及其作用
螺杆钻具主要由以下几部分组成： 1、旁通阀总成 2、马达总成 3、万向轴总成 4、传动轴总成
定向井公司
袁俊国
第一部分
常规定向井工具的发展与现状
1、旁通阀总成
旁通阀设置在马达的上部，它由阀体、阀芯、阀座、弹簧、滤套等组成， 其功用如下： a．下钻时，井眼中的钻井液由旁通阀引入钻杆柱内，减小下钻过程的阻 力，平衡钻杆内外液柱压力。 b．起钻时，钻井液由钻杆柱内经旁通阀侧孔流入环空，不致使钻井液溢 于井台。 c．钻具工作时，高压钻井液流经旁通阀，推动阀芯，压缩弹簧，关闭旁 通阀侧孔，所有钻井液流经马达，把压力能转换为机械能。
目
录
目
录
第一部分 常规定向井工具的发展与现状
第二部分 开窗（断铣）定向工具的发展与现状 第三部分 旋转导向工具的发展简介 第四部分 大位移延伸井井下专用工具简介
定向井公司 袁俊国
第一部分
常规定向井工具的发展与现状
第一部分 常规定向井工具的发展与现状
一、定向接头 （一）、类型 目前国内常用的定向接头有两种：定向直接头和定向弯接头。 定向直接头用于弯壳体螺杆钻具定向钻进，定向弯接头用于直 壳体螺杆钻具定向钻进。 （二）、基本结构 1、定向直接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键和定 位螺钉。如图1-1所示：
定向井工具简介
4
一、马 达（2）
马达内部结构图：
旁通阀总成
马达总成
万向轴总成 传动轴总成
单位名称－序号
5
一、马 达（3）
马达外型结构：
Á «
Á «
AKO
Á «
单位名称－序号
6
马达的工作原理（4）
马达是一种 螺杆钻具（SCREW DRILLS），它是以 泥浆作为动力的一种井下动力钻具。 马达工作原理：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，来实现钻井作业。
单位名称－序号
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五、短非磁钻铤
短非磁钻铤的作用： 与非磁钻铤的作用类似，只是长度不同。
Hale Waihona Puke 短非磁钻铤尺寸、内外径及扣型：
8 "短非磁钻铤： 扣型：631*630 外径：8 " （203.2mm）
内径：3-1/4 " （82.55mm）
6-1/2 "短非磁钻铤：
扣型：411*410
外径：165.1mm
内径：3-1/4 “ 或 2-13/16 ” （71.4mm）
单位名称－序号
25
六、浮阀和定向接头（1）
浮阀的作用：
主要作用是防止泥浆倒流损害井下测量工具， 以及防止钻头水眼被堵。
定向接头的作用：
主要作用是为定向仪器（陀螺等）提供一个稳 定的座封环境，便于准确地知道马达等井下工具 的方向，保障下部作业顺利进行。
单位名称－序号
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旁通阀总成---马达（5）
旁通阀结构及工作原理：
旁通阀有旁通和关闭两个位置，在起下钻时位于旁 通位置，下钻时匀许环空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，减少井台溢出泥浆，当泥浆流量及 压力达到一定值时，旁通阀关闭，泥浆流经马达，将泥 浆能量转换为机械能。
定向井设备
中海油田服务有限公司 --邢忠玺
定向井仪器和工具
定向井井下工具 泥浆马达、扶正器、单流阀、非磁钻铤、MWD 短节、定向接头、弯接头、短钻铤、开窗工具 定向井仪器 MWD(SPEERY SUN、GERODATA、SLIM)、 SST、 multi-shot(ESI、ESS、海蓝、SHAREL WELL)、 single-shot 、GYRO(BOSS、SRO、 KEEPER)
1ft1b=0.138255kgM
1kgM=7.23301ft1b
定向井培训材料—邢忠玺
7 定向井培训材料 5/8"REG 9700 —邢忠玺 3 1/2"REG 966~1242
3.1.6.3 各种工具的上扣扭矩
ID(in) 6"BIT 8 1/2"BIT 9 1/2"BIT 12 1/4"BIT 17 1/2"BIT 9"NMDC 8"NMDC 7"NMDC 6 1/2"NMDC 4 1/2"NMDC 11 1/2"MILL 8 1/4"MILL 5 1/2"MILL 4 1/2"MILL 5LZ244 5LZ197 7LZ172 5LZ165 5LZ120 1ft1b=0.138255kgM 3" 2 13/16" 2 13/16" 2 13/16" 2 1/2" T hread 3 1/2"REG 4 1/2"REG 6 5/8"REG 6 5/8"REG 7 5/8"REG 7 5/8"REG 6 5/8"REG 4 1/2"IF 4 1/2"IF 2 7/8"IF 6 5/8"REG 4 1/2"REG 3 1/2"REG 2 7/8"REG 6 5/8"REG 6 5/8"REG 4 1/2"IF 4 1/2"IF 3864~4466 4692~5520 9080 6320 3840 3520 800 3600 2900 1050 600 6100 500 2500 2500 27948~32303 33937~39926 65676 45713 27775 25460 5788 26039 20976 7595 4340 44121 3617 18083 18083 9403 285.7 222.7 163.2 146.4 daN-m 966~1242 1656~2208 ft-1b 6987~8983 11978~15970 Weight
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钻具使用钻井液的固相含量应控制在1％之内，因 较高的固相含量，会影响钻具的使用寿命。同时 应注意到钻井液中有害气体会损坏定子中的橡胶。
（2）钻井液流量要求
螺杆钻具的输出转速与输入液体流量成正比，每 一种钻具都有一定的流量使用范围，建议按推荐 值使用，否则将降低钻具的工作效率和使用寿命。
（3）钻井液压力及钻压的要求
(4)、马达总成
马达是由转子和定子两部分组成的，下图为钻具 马达截面轮廓。
(5)、万向轴
万向轴总成的作用是将马达的偏心运动变换为传 动轴的定轴旋转，同时传递扭矩给传动轴，以达 到钻井的目的，螺杆钻具有挠式万向轴 ( 见图 )和 花瓣万向轴(见图)两种结构。
(6)、传动轴总成
传动轴总成的作用是将马达的旋转扭矩传递给钻 头，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。传 动轴总成的设计既要考虑到转动的灵活和平稳， 同时根据钻压、钻井液的性质及钻头的侧面载荷、 转速、钻头水眼压降来设计，因此设计为组合推 力轴承和径向滑动轴承共同作用的型式。
(2)、螺杆钻具的结构及其作用
螺杆钻具主要由以下几部分组成： 旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总 成、导向总成(导向钻具专有部件)
(3)、旁通阀总成
旁通阀设置在马达的上部，它由阀体、阀芯、阀 座、弹簧、滤套等组成，其功用如下：
a ．下钻时，井眼中的钻井液由旁通阀引入钻杆 柱内减小下钻过程的阻力，平衡钻杆内外液柱 压力。 b．起钻时，钻井液由钻杆柱内经旁通阀侧孔流 入环空，不致使钻井液溢于井台。 c．钻具工作时，高压钻井液流经旁通阀，推动 阀芯，压缩弹簧，关闭旁通阀侧孔，所有钻井 液流经马达，把压力能转换为机械能。
1、螺杆钻具工作原理及结构
(1) 、螺杆钻具的工作原理 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。当高压液体进入钻具时，迫使 转子在定子中滚动，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钻具，有许多突出的优点： 1．增加了钻头扭矩和功率，因而提高了进尺率。 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．在水平井、丛式井及修井作业中，可显著提高 钻井经济效益， 5．由于结构的先进，提高了钻具的寿命，可用于 延深钻井或直井钻进。
（4）扭矩
钻具输出扭矩与钻井液流过马达产生的压力降成 正比，扭矩的增减对钻具输出转速基本无影响。 性能较好的马达，钻具从空载到最大有效工作载 荷区．其速度降低一般不超过10﹪。
钻具带动钻头作顺时针旋转工作时，同时在钻具 壳体上产生一反作用扭矩，大小为输出扭矩和磨 擦损失扭矩之和，该扭矩通过钻具壳体传递到钻 柱上，从而引起螺杆钻具以上各联结丝扣紧扣， 螺杆钻具马达以下各联结丝扣松扣，反扭矩随钻 压的增加而增加，当钻具制动时达最大。反扭矩 在定向作业时，会影响定向方位的变化。因此， 反扭矩要引起高度重视。
(1)钻具表牌说明
LZ ×
厂家代号或改型次数 钻头最大水眼压降 规格 代号 螺杆头数
(2)技术参数
3、螺杆钻具的使用要求
（1）钻井液要求 螺杆钻具为容积式马达，决定钻具性能的主要因 素是马达的输入流量和作用其两端的压力降，而 不是钻井液的类型，使用各种钻井液均能有效的 工作。
钻井液的比重和粘度对钻具的性能影响甚微， 但在满足洗孔要求的前提下，应尽可能降低钻 井液的比重和粘度，因为比重和粘度愈高，螺 杆钻具的压力降就会愈大，容积效率降低，同 时也增加了整个循环系统的阻力。
钻具在空运转时，若钻井液流量保持不变，液流 通过钻具和钻头产生的压力降为一常数值，该值 随钻具型式和规格的不同而不同。 钻具工作时，随着钻压的逐渐增加，钻井液的循 环压力也逐渐增加，这增加的压力与附加钻压或 钻井扭矩成正比这即是通常的马达压力降，当达 到最大推荐工作压力降时，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 的压力降超过最大设计值时，钻具发生制动。 正常工作时，泵压随钻压的增减而升降。若泵 压突升几兆帕，继续增加钻压，泵压不再增加， 说明钻具发生了制动，此时，钻具定子与转子 间密封被冲开，钻井液通过不转的马达从钻头 水眼流出，这是钻具的过载保护功能，应迅速 将钻具提离井底，降低钻压，若钻井液长时间 流过不转的马达会使钻且严重损坏。 为使钻具获得最佳工作效率和工作寿命，应将 钻具两端压差控制在推荐范围内。
a．组合推力轴承：
用以承受工作状态时的钻压，马达、钻头水眼压 降产生的轴向力及转子、万向轴、传动轴、钻头 重量等各轴向力的合力。
b．径向滑动轴承
它分为上、下两组，主要作用是承受转子作行星 运动引起的弯曲载荷和钻头转动时产生的侧向力， 上径向轴承对钻井液起限流作用，它允许马达流 出钻井液的 5—10％通过轴承组件，起着冷却和润 滑轴承的作用。
(7)、导向总成
导向钻具有单弯钻具和双弯钻具两种。 导向单弯钻具，是在马达下部设置一带角度的短 节，从而使弯曲点尽可能靠近钻头，提高造斜率。 导向双弯钻具，是在单弯钻具的基础上增加一弯 接头，以提高造斜性能，根据其弯曲方向、度数 及联部位可有多种组合方式。
2、钻具规格及技术参数
(1)钻具表牌说明 (2)技术参数
（5）对钻头水眼的要求
钻头水眼的大小要适宜，过大，钻具承受钻压能 力降低，轴承得不到良好的润滑；过小，泵压达 到额定值时，排量可能相对过小，此时马达不易 发挥最大效能，另外，水眼过小，排量达到额定 值时，系统压力增高，造成轴承上、下液流压力 过高，从而影响推力轴承及径向轴承的寿命
定向井专用工具
2010年7月
一、螺杆钻具
螺杆钻具为容积式井下动力钻具，其规格有直体 螺杆钻具、单弯螺杆钻具、双弯螺杆钻具。螺杆 钻具具有低转速、大扭矩、大排量的特点，适用 于直井、定向井、丛式井、水平井中的钻井、定 向造斜、扭方位等各项钻井作业的一种理想的井 下动力钻具，其中，小直径螺杆钻具还适用于套 管开窗侧钻及修井。 螺杆钻具的常规耐热工作温度为＜ 120℃ ，根据 深井的特殊需要，高温螺杆钻具还可耐温 150℃ 。