螺杆钻具研究现状与应用_陈明
世界螺杆钻具研发新进展
世界螺杆钻具研发新进展来源:挪威石油网点击:38 发布时间:2010-06-08螺杆钻具因具有较高的系统效率而日益受到重视。
目前，国、内外生产厂家对许多新型螺杆钻具进行了大量研究。
本文介绍了螺杆钻具的研发过程及螺杆钻具生产厂家，系统地分析了国内外螺杆泵的新技术、新工艺、新材料的研究进展。
针对目前存在的不足，指出了螺杆钻具的研发方向。
井下动力钻具主要有电动钻具、涡轮钻具、叶片钻具和螺杆钻具。
螺杆钻具也称为容积式马达（PDM），具有低速大扭矩的特征，整体长度约为4m~8m，是目前最广泛使用的一种井下动力钻具。
主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成和导向总成组成。
其核心部件马达总成主要是由偏心螺旋体的螺杆（转子）和呈螺旋面的衬套（定子）组成。
螺杆钻具是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。
当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。
螺杆钻具作为井底动力装置，具有低转速、大扭矩、大排量等优点。
增加了钻头扭矩和功率，提高了进尺率；减少了钻杆和套管的磨损和损坏；可准确进行定向、造斜、纠偏；广泛应用于直井、水平井、丛式井和修井作业。
螺杆钻具研发进程美国在20世纪50年代中期开始研制螺杆钻具，1962年用于生产，有迪纳钻具（Dyna Drill）公司，纳维钻具（Navi Drill）公司和波斯钻具等。
目前，螺杆钻具的发展主要以美、英、法、苏联等国为代表。
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到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，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尚属空白，作为短半径水平井的铰接马达，国内也只处于研究阶段。
新型螺杆钻具的研发及发展方向
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。
钻杆钻具的应用现状及研发趋势PPT课件
三、钻杆钻具研发趋势分析 2、钻具研发趋势分析
6）新型扶正器研发（岩石扩孔） a)螺旋式 b)减阻滚柱式
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三、钻杆钻具研发趋势分析
2、钻具研发趋势分析
7）其他钻具研发
a)液力推力器
b)减阻降扭接头 c) PDC钻头
减阻降扭接头
液力推力器
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PDC钻头
3）壁厚不断增大
9.17mm → 9.19mm →10.54mm →10.92mm →19.05mm
4）扣型升级
扣型主要升级路径：常规螺纹→双台肩→ BHDX超高抗扭螺纹
• 目前，管道局已研制并成功应用双台肩扣型的7-5/8”S135钻杆， 解决了大扭矩及粘扣问题。已成功研制9-7/8”钻杆，用于 1 4 2 2 m m 以 上 管 径 定 向 钻 施第1工3页。/共28页
• 扭矩——钻杆切入土壤的功率是由动力头通过钻杆传递给定向钻 头的，由于钻杆与孔壁和泥浆有摩擦阻力，因此钻杆所承受的扭
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一、钻杆钻具应用现状 2、钻杆钻具应用现状
施工过程中，钻杆钻具承受的压/拉力、扭矩、弯矩均较大，各种 载荷（交变）同时发生。 当复合载荷或交变载荷超过限值，经过长时间运转，加之钻杆钻 具的磨损等其他因素的作用，钻杆钻具就会产生失效。 由于穿越长度增加、穿越管径增大、穿越地质更趋复杂等施工特 点，定向钻穿越的钻杆钻具的施工工况更为恶劣，对钻杆钻具的 应用提出了更高的要求。
• 杆体：碳素纤维复合材料，钢制接头
• 优点：
• 重量轻
• 较高的强度/重量比
• 耐腐蚀性能好
• 高抗疲劳能力
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三、钻杆钻具研发趋势分析 1、钻杆研发趋势分析
2023年螺杆钻具行业市场发展现状
2023年螺杆钻具行业市场发展现状螺杆钻具行业是石油工业中的一个重要领域，由于随着全球对能源需求的不断增加，石油钻探行业发展前景广阔，螺杆钻具行业也得以迅速发展。
下面将从市场规模、市场竞争、市场特点等方面对螺杆钻具行业的市场发展现状进行分析。
一、市场规模螺杆钻具行业是石油工业的关键领域，其市场规模与全球石油市场的发展密切相关。
目前，全球原油需求量急剧增加，原油储量的开采也越来越困难，加之环保政策日渐严格，石油钻探难度逐渐加大，因此，螺杆钻具行业将迎来更多的发展机遇。
据市场研究机构统计，2019年全球螺杆钻具市场规模超过100亿美元，预计到2026年将达到200亿美元以上。
在全球螺杆钻具市场中，北美地区占据了最大的市场份额，其他地区如亚太地区、欧洲和中东等也在逐渐增长。
二、市场竞争螺杆钻具行业是一种技术密集型、集成度较高的产业，市场竞争十分激烈。
当前，全球螺杆钻具市场主要由美国、加拿大、挪威、英国、俄罗斯等少数国家的厂商垄断。
这些国家的企业具有强大的研发能力和生产能力，已经形成了较为成熟的销售和服务网络。
国内螺杆钻具厂商与国际品牌相比还存在一定差距，但是随着技术不断进步，国内螺杆钻具企业已经开始增加自主研发力度，打造中高端产品，提升品牌竞争力。
三、市场特点1. 技术升级和创新驱动螺杆钻具行业的技术升级和创新进程十分迅速，为市场带来新的商业机会。
大多数企业都将资源投资于研发，加强技术创新，提高产品性能和质量，增强产品的市场竞争力。
2. 行业市场前景广阔随着全球经济趋势的变化和能源需求的持续增加，螺杆钻具行业将迎来更多的发展机遇。
尤其是在发展中国家，石油工业的快速发展和不断引进的国际石油合作项目，将给螺杆钻具行业带来更多的机遇。
3. 服务和技术支持也是市场竞争的关键点随着市场需求的变化和企业竞争的加剧，除了产品性能外，服务和解决方案的提供也逐渐成为市场竞争的一个重要方面。
与此同时，提供良好的售后服务、技术支持及培训也是提高客户消费者忠诚度的有效途径。
国内外螺杆钻具的应用及发展趋势
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。
国内外螺杆钻具的应用及发展趋势
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。
螺杆钻具的研究进展及变化趋势
家 ，绝大部 分大 、 中曲率 半径水 平井 的定 向造 斜 和水平井 段都 靠螺 ： 具完成 ，以美 国 Ｅ ｓｍａ ｈ ｉ Ｊ 钻 ａｔ ｎＣ ｒ — ｓ
ｔｎ ｅ ｅ ｓｎ公 司 为 代 表 的 Ｎ ｒ ａ ｏ ｔ ｋ导 向钻 井 系 统 的 问 世 ，更 是 把 螺 杆 钻 具 的 发 展 推 向新 的 高 度 。我 国在 螺 杆 ｒ
长 江 大 学 学报 （ 然 科 学 版 ） ２ １ 自 ０ ０年 ９月 笫 ７卷 第 ３期 ：理 工 Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＹａ ｇｚ ｉｅｓｔ （ ｔＳ ｉＥ ｉ） ｏ ｒ ａ ｎ ｔｅＵｎｖ ｒｉ ｏ ｙ Ｎａ ｃ ｄ ｔ Ｓ ｐ ２ １ ｅ ． ０ ０， Ｖｏ． ． １７Ｎｏ ３： Ｓ ｉ＆ Ｅｎ ｃ ｇ
业 中 ，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压循 环 的钻 井液 流经 旁 通 阀进 人 马 达 ，在马达进 出 口处 形成 压 力差 推 动 马达转 子 旋转 ，万 向轴
把马达 转子 的行 星运动 中的 自转部 分传递 给传动轴 ，使传 动轴作定 轴转动 ，从 而驱动钻 头实施钻井 作业 。
２ 研 究 进 展
早在 ２ Ｏ世纪 ３ ０年 代 ，法 国工 程师 Ｒ ｎ ． ｎ ａ ｅ ｅ Ｍｏ ｅ ｕ就根 据 阿基 米 德 螺 旋 泵 的研 究 成 果设 计 了单 螺杆 泵 。美 国在 ５ ０年 代初 期就 开 始研 制螺 杆钻 具 ，美 国 Ｄ ｎ ｙ ａ公 司在单 螺杆 泵 的基 础上研 发了单螺杆 钻具
螺 杆钻 具 ，又 称 定 排 量 马 达 （ ｏ ｉｖ ｉ ｌｃｍｅ ｔＭｏｏ ，Ｐ Ｐ ｓ ｉｅ Ｄ ｓ ａ ｅ ｎ ｔｒ ＤＭ） ｔ ｐ ，是 一 种 容 积 式 井 下 动 力 钻 具Ⅲ 。螺 杆钻 具 因其转 速 适 当 、能 量 转化 效 率相 对较 高 、可靠 性好 而成 为 应用 最广 泛 的一种 井下 动力 钻
空气螺杆钻具应用现状及改进建议
1.5轴承总成
新型空气螺杆配有密封轴承总成。目前有两种类型的密封轴承可用，一类用于泥浆马达，改进后增加密封，注入润滑脂润滑；另一类为密封注油轴承总成。
2空气螺杆钻具应用现状
空气螺杆钻具或称气体螺杆钻具，是用气体、泡沫等可压缩流体钻定向井及各类特殊工艺井的必须工具。国外于1960年就开始进行空气螺杆现场钻井测试，目前掌握空气螺杆钻具技术并具有该类产品的公司有：原Smith International，Griffith，Bake Hugtes，Sperry-Sun，Robbins &Myers和Roper等。像Bake Hugtes，目前有最大外径为Ø241.3mmNavi-Drill MIADM，最小外径为Ø79.4 mmNavi-Drill MIADM的尺寸较齐全的空气螺杆马达系列产品。
由于空气的可压缩性，钻进时因切削力矩造成的压差使马达进口处空气压力增大，体积变小，马达转速低；当提离井底，压差显著变小，从而马达进口处空气压力减小，体积变大，马达转速上升。这种马达转速的突增称为“飞车”。“飞车”会使空气螺杆钻具内部的万向轴、传动轴轴承及马达定子、转子的运动频率相应增大，磨损加剧，寿命变短，从而影响钻井总效率。因此，在使用空气螺杆钻具时有必要从工艺上对之一缺点加以改进。
国内目前的理论研究和产品开发正处在起步阶段。2002年，中国石油天然气集团公司才立项研制空气螺杆钻具，并作为国家“十五”科技攻关项目。2002年8月，由北京石油机械厂生产的试验样机被送往苏里格气田，进行了天然气驱动螺杆钻具钻直井的实验并获得初步成功。同年底又向中国石油长城钻井公司伊朗项目组提供了两套K7LZ244*7.0型空气螺杆钻具，在伊朗经多种介质验证，在定向、纠偏钻井的使用中获得了满意的效果。2004年7月，中国石油西南油气田公司在白浅111-H水平井使用K7LZ120*7.0型空气螺杆钻具进行气相欠平衡钻井，由柴油机尾气驱动空气螺杆钻具带PDC钻头进行钻进，注气量为33～40m3/min，钻进正常，钻时为4～5min/m，累计进尺仅23m，后因实验中的尾气发生装置出现技术问题而停止。2004年11月，窿14井首次进行了空气螺杆配合PDC钻头的空气复合钻井技术试验，平均机械钻速可达7.19m/s。
高效导向螺杆钻具的研究与应用
高效导向螺杆钻具的研究与应用在井眼轨迹控制过程中，进行滑动导向与复合钻进时，利用常规导向螺杆会出现钻头加载困难以及形成螺旋井眼的问题，从而对井眼轨迹的控制效果产生影响。
为解决该问题,以前用过宽带的直棱和螺旋稳定器,本文特针对导向螺杆的结构做了改进与创新，准备在螺杆钻具驱动头位置设计带宽很窄螺旋稳定器。
本文就针对改进后的导向螺杆钻具进行讨论。
关键词：导向螺杆；井眼轨迹控制；钻具一、高效导向螺杆钻具由于利用常规螺杆会出现钻头加载困难、形成螺旋井眼等问题，因此对其进行结构创新，即在螺杆钻具驱动位置设计一种受螺杆钻具驱动旋转的窄带螺旋稳定器，其主要作用包括：首先，作为底部钻具组合的近钻头支点，从而有效的提高BHA的滑动导向能力；其次，近钻头近满眼设计可以修正井壁；最后，滑动导向钻进过程中，近钻头稳定器处于旋转状态，与常规的导向螺杆钻具相比，近钻头稳定器的滑动阻力更小，所以拖压问题即可得到彻底解决。
这种导向螺杆的结构变化使得钻井过程中BHA的力学特征发生了改变。
二、高效导向螺杆钻具的承载能力改变了高效导向螺杆钻具的结构，相应的就会改变钻进过程中螺杆钻具的受力特征。
传动轴是轴力与扭矩的核心承载部件，其有着十分复杂的受力特征，也是螺杆钻具中最薄弱的环节，所以要对其强度特征做全面分析，并提出结构优化方案。
下面以172mm高效导向相钻具为例进行分析。
（一）传动轴强度的计算模型下图1为172mm高效导向螺杆钻具的传动轴结构参数与边界条件：图中各段的长度分别如下：L0=500mm、L1=180 mm、L2=420 mm、L3=400 mm、L4=360 mm；传动轴的外径尺寸为80 mm。
可以通过ANSYS软件进行螺杆钻具几何模型的建立，并划分网格。
钻头左端固定，传动轴联轴器部分铰支，对Y方向的自由度加以约束。
以螺杆钻具轴向载荷传递特征为参照，将轴向均布载荷q加载于图中所示台阶面上，再以传动轴的工作原理为基础，分别将径向均布线载荷q1与q2施加于图中轴上对应的位置，传动轴右端施加扭矩。
螺杆钻具互联网调研情况介绍
螺杆钻具互联网调研情况介绍调研情况简介：近期通过YAHOO 、EXCITE 、GOOGLE 等国际知名搜索引擎对PDM、MUD MOTOR、DYNA MOTOR 等关键词的搜索，发现互联网上关于螺杆钻具新型结构的介绍寥寥无几，而可以搜索到的相关页面也都是一些厂家关于自己生产的钻具性能的简要介绍，真正涉及到螺杆钻具内部结构特别是万向轴( transmission shaft)和轴承(bearing)的结构也都是泛泛的加以介绍；最后想通过互联网查询SPE、JPT等石油专业外文期刊的文章来查询，但SPE的官方网站一方面只公布了部分SPE 文章，另一方面这些文章也只是登出其中的摘要部分，而真正涉及技术关键的部分只有在正文中才能找到，但由于涉及到文章作者的著作权问题，SPE官方网站注明只有SPE会员才有权对检索的文章进行全文浏览。
以下就查询到的相关资料进行介绍：1、Sharewell 公司的产品Modular MudMotor (组装式泥浆马达)型号为D300LF 整个组装部分分为三部分——轴承部分、万向轴部分、动力马达部分。
该产品的特点有：a) 组装部分可以根据现场需要进行更换；b) 降低了昂贵的修理费用；c) 能够迅速的进行模块更换，减少了停工时间；d) 专为水平定向钻进设计；e) 可更换的偏移垫(kick pads)允许进行各种导向参数调整。
2、HALLIBURTO公司的Dyna-Drill F2000 动力马达。
此螺杆钻具的特点在于：①万向轴采用可调式连杆总成结构；②传动轴部分采用了PDC 轴承部件。
①可调式连杆总成结构：该部分结构外层分为三部分：上连接接头、下连接接头、滑动套筒中部接头；内层结构两头是定位销，中间采用钛质扭杆。
②PDC轴承部件：该结构外部是稳定性轴承外套；内部两端采用硬质合金径向轴承，中间采用PDC止推轴承，轴承间采用盘形弹簧进行连接。
这种PDC 止推轴承有以下特点：a) 对于腐蚀性钻井液、地层流体侵蚀以及研磨性岩石能够起到良好的密封作用；b) 其有较低的摩擦系数以及对任何已知物质有较高的热传导能力，因此PDC 轴承本身产生的热量很低；c) 其抗压强度很高，因此在非常狭小的空间里可以采用专门设计的重载轴承；d) 该轴承能够在合成橡胶密封以及润滑油密封所达不到的温度和速度下提供良好的密封条件；e) 该轴承在恶劣的定向钻井环境中有相当长的耐磨损寿命以及承载能力。
螺杆钻具应用现状及前景分析
螺杆钻具应用现状及前景分析摘要：螺杆钻具在气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及其他特殊工艺井中发挥着重要作用。
本文主要介绍了螺杆钻具的基本结构以及螺杆钻具的工作原理，并对螺杆钻具的应用前景就行了分析，旨在能够促进我国钻井技术的进一步发展。
关键词：螺杆钻具现状前景一引言随着我国钻井工程的快速发展,螺杆钻具也得到了长足的进步。
我国钻具的发展历程经过了从无到有,从弱到强的过程。
目前,在国内市场中,我国国产螺杆钻具已经基本占了主导地位,基本满足了我国钻井工程的需要。
但由于某些原因,我国国内钻具还存在着许多不足的地方。
因此,有必要对钻具的整体情况进行分析,促进我国国产钻具的再发展。
二螺杆钻具工作原理螺杆钻具作为一种专门研制的泵式定向钻井马达，其主要部件是为适应气体钻井环境而专门设计的。
它的结构包括：可调弯接头、马达、万向节外壳/总成和轴承总成。
螺杆钻具的工作原理是：通过泥浆等介质挤压螺杆马达转子与定子之间的密封腔，推动转子绕定子轴线作偏心自转，通过转子下端的柔性轴即万向轴的转换，将偏心转动转化为定轴转动，由此将产生的扭矩和转速传递到传动轴，并带动钻头旋转，即把泥浆等介质的压缩能通过螺杆转换成机械能。
钻井时，螺杆钻具直接带动连接在传动轴上的钻头回转，整个钻柱（钻杆）仅作为输送高压工作介质的通道和支撑钻头反扭矩的杆件，不作回转运动，减小了常规钻井中钻杆对井壁的破坏。
目前市场上使用的多头螺杆钻具居多。
多头螺杆钻具与单头螺杆钻具相比具有低速大扭矩、性能稳定的特点,但多头螺杆结构复杂,制造工艺要求高;另外,多头螺杆因其头数多,同一截面上的腔室也多,泄漏沿程长,摩擦损失大,故导致效率降低。
许多研究者就如何提高多头螺杆效率做了很多研究,最后认为增大马达利用率的手段是提高螺杆效率的关键。
基于此,发明了许多新型高效的马达,如串联马达、加长马达等。
三螺杆钻具使用注意事项1.必须加入一定量的水、油、肥皂等润滑剂，以增加定、转子以及轴承的润滑，降低摩擦生热；2.钻进时应缓慢施加钻压，钻头提离井底时，应非常缓慢的减小钻压，并且钻头提离井底之前将排量减小５０％，以避免马达“飞车”，造成钻具损坏；3.由于空气的可压缩型，当马达制动时，立管压力不是立即上升而是缓慢上升，并且压力缓慢上升的过程会随着井深的增加而延长，因此很难从立管压力来判断马达制动，可通过机械钻速的突然降低来判断马达制动；4.由于空气螺杆不使用旁通阀，因此必须在空气管路中设有压力释放阀和单向阀，防止管路的压力过高和防止空气返流；5.下钻时无磁钻铤里倒４－５Ｌ９０号油或表面活性剂，每20柱钻杆内倒４－５Ｌ９０号油或表面活性剂，下到离井底３－５ｍ，建立循环，以２０Ｌ／ｈ启动雾化泵。
国内外螺杆钻具的现状和国内研究方向 - 副本(1)-57页文档资料
螺杆钻具
基
发
础
展
篇
篇
主要内容 螺杆钻具——基础篇
1.螺杆钻具的优点 2. 螺杆钻具原理、结构 3. 螺杆钻具的使用
lforient
螺杆钻具的优点
❖ 提高机械钻速，缩短建井周期，降低成本。 ❖ 减少钻杆磨损和动力传递损耗。 ❖ 准确造斜、定向、纠偏，提高工程质量。 ❖ 用于各类水平井、丛式井，提高钻井的经济效益。 ❖ 复合直井钻进，减少起下钻次数。 ❖ 缩短钻井周期，抑制对油气层的污染。
lforient
主要内容 螺杆钻具的应用现状——基础篇
1.螺杆钻具的优点 2. 螺杆钻具原理、结构 3. 螺杆钻具的使用
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螺杆钻具原理、结构
1.螺杆钻具原理 2. 螺杆钻具结构
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螺杆钻具原理
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螺杆钻具原理、结构
1.螺杆钻具原理 2. 螺杆钻具结构
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精确打到目的层的解决办法
1.缩短螺杆钻具的长度 2. 使用旋转导向系统 3. 使用近钻头仪器
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缩短螺杆钻具的长度
❖
马达缩短3.4米
❖
马达缩短至3.4米
❖
95mm马达缩短至3.2米
❖
用于浅井稠油油藏
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精确打到目的层的解决办法
1.缩短螺杆钻具的长度 2. 使用旋转导向系统 3. 使用近钻头仪器
近钻头测量马达
壳体
转子
定子
03弯角
0.至1.25固定弯角
旁通阀
马达动力节
马达动力节 转子＼定子
地面可调弯壳体
传感器和轴承节 伽玛
螺杆钻具的应用现状及未来进步趋势分析
208研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新中国设备工程 2019.03 (上)随着打钻油井的方法及自身技术的提升，螺杆钻机作为这项常用的工程技术，自身也有了很大的技术提升。
国内钻机阶段经历了从无到有，从弱到强的很快进步，国内螺杆钻具在国内市场占据主导地位，差不多处理了国内打钻油井方法工程的要求，但国内钻井工具因为多种缘故，有很多的问题，如不稳定、选择的钻井工具与刀具寿命存在管理方面的混乱现象等，有必要分析钻井工具的特点，包括钻具设计、制作、运用、档案管理的全套阶段的管理控制，发现差错的地方，指出处理螺杆钻具问题的方向，从而实现国产钻具的再开发。
1 螺杆钻具的进步现状近年来为满足钻井工程的需求，螺旋钻在中国的应用领域不断扩大，已由最初的定向井、多位移斜井、水平井与一般垂直井向多规模方面扩展，出现复合钻井与河流穿越工程。
螺杆钻机技术的进步体现在以下几个方面：尺寸规格从54mm 扩大到286mm，各方面参数更加详细。
为了满足不同钻井参螺杆钻具的应用现状及未来进步趋势分析刘立江（奥瑞拓能源科技股份有限公司，河北 廊坊 065099）摘要：随着钻井工程的快速进步，螺杆钻机也取得了很大的效果。
现在国内自产的螺杆钻机在国内很多领域已经符合了中国钻井工程的相当多的需求，但依然还有很多不满足的地方。
本文给出了一些国内螺杆钻具的底层进步情况，同时指出了国内螺杆钻机存在的问题。
关键词：螺杆钻具；现状研究；进步建议中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）03（上）-0208-02数的需求，在一致规格下有许多不同的参数。
在构造上，分析了不同的构造以及不同的钻井方式；在钻井寿命方面，优化后的钻井方案能够满足各种工作情况下的钻井需求。
从钻头的4个方面的进步能够看出，整个钻头的进步在此能够具体的表现出来。
1.1 旁通阀总成近年来，旁路阀总成的构造没有得到很多的进步，底层上保持了阀体、弹簧、密封圈、阀心、阀套的构造。
2024年螺杆钻具市场分析现状
螺杆钻具市场分析现状引言螺杆钻具是一种在石油和天然气勘探和生产中广泛使用的钻井工具。
螺杆钻具通过螺旋运动将钻头送入地下，用于钻探井口、提取钻取样品等作业。
本文将对螺杆钻具市场的现状进行分析。
1. 市场规模螺杆钻具市场在过去几年中取得了显著的增长。
根据市场研究报告，全球螺杆钻具市场在2019年的规模约为XX亿美元，并预计到2025年将达到XX亿美元。
这一增长主要受到石油和天然气产业的持续发展以及新的勘探项目的推动。
2. 市场驱动因素2.1 石油和天然气勘探项目增加全球对石油和天然气的需求仍然稳定增长，特别是在新兴经济体中的能源需求增加。
这推动了勘探项目的增加，进而促进了螺杆钻具市场的扩大。
2.2 技术进步螺杆钻具领域的技术创新不断推动市场增长。
新材料的引入、设计改进以及自动化技术的应用，提高了钻井作业的效率和安全性。
这些创新推动了市场的竞争，并为螺杆钻具行业带来了新的增长机遇。
2.3 环境意识的提高全球对环境保护和可持续发展的呼声越来越高，这对传统的石油和天然气行业产生了一定影响。
螺杆钻具作为一种相对环保、高效的钻井工具，在这一背景下受到了更广泛的应用。
政府部门和能源公司的环保要求推动了市场对螺杆钻具的需求增长。
3. 市场挑战3.1 市场竞争加剧螺杆钻具市场竞争激烈，主要供应商之间存在激烈的价格战和产品差异化竞争。
随着新的厂商进入市场，市场份额分布变得更加分散，这对现有供应商构成了一定的挑战。
3.2 石油价格波动螺杆钻具市场的发展与石油价格密切相关。
全球石油价格的波动和不确定性对市场预测和投资决策带来了风险。
石油价格的下跌可能导致勘探项目的减少，从而影响螺杆钻具市场的需求。
3.3 环境监管加强随着环保监管的加强，能源公司需要更高的环境责任和合规性。
这对于螺杆钻具供应商来说，意味着更严格的质量标准和环保要求。
这增加了供应商的成本，并可能对市场竞争力产生一定的影响。
4. 市场前景螺杆钻具市场在未来几年有望保持稳定的增长势头。
新型螺杆钻具的研发及发展方向
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。
2024年螺杆钻具市场调研报告
2024年螺杆钻具市场调研报告1. 引言本报告对螺杆钻具市场进行了全面的调研和分析。
螺杆钻具是一种关键的钻井工具，在石油和天然气勘探、开发和生产中发挥着重要作用。
本报告旨在了解螺杆钻具市场的当前状况、市场规模、竞争格局以及未来发展趋势，为相关行业从业者提供参考和决策依据。
2. 市场概述螺杆钻具市场是指供应螺杆钻具设备和服务的市场。
螺杆钻具是用于钻井和钻井作业的关键设备之一，包括螺杆钻机、钻杆、钻头等。
在石油和天然气勘探、开发和生产过程中，螺杆钻具的使用广泛，市场需求稳定增长。
3. 市场规模分析根据调研数据显示，螺杆钻具市场的总体规模呈现增长趋势。
市场规模主要受到以下因素的影响：•石油和天然气勘探、开发和生产需求的增长；•技术进步和创新带来的设备替换需求；•国际市场需求的变化。
螺杆钻具市场的规模主要由设备销售额和钻井服务收入两部分构成。
设备销售额占据了市场规模的较大比重，但钻井服务收入也在逐渐增长。
4. 市场竞争格局分析螺杆钻具市场竞争激烈，主要的竞争者包括国内外钻井设备制造商和供应商。
在市场竞争中，以下因素至关重要：•产品质量和性能；•价格竞争力；•售后服务和技术支持。
在国内市场，一些大型石油公司也开始自主研发螺杆钻具，加剧了市场竞争。
5. 市场发展趋势分析未来几年，螺杆钻具市场将面临以下几个发展趋势：•技术创新和新产品的推出将改善钻井工艺和效率；•环保和可持续发展要求下，螺杆钻具市场对低碳和高效设备的需求将增加；•国际市场需求的不确定性会影响到市场发展。
6. 结论综上所述，螺杆钻具市场在石油和天然气勘探、开发和生产领域具有重要地位。
市场规模呈现增长趋势，竞争格局激烈。
未来，技术创新和环保要求将是市场的发展方向。
相关企业应抓住机遇，加大技术研发和产品升级力度，提高产品质量和服务水平，以提升竞争力，实现可持续发展。
以上为螺杆钻具市场的调研报告，请各位读者参考。
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钻井用井下动力钻有涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具等，增加防掉结构，使马达转子、万向轴、传动轴在断裂时不致掉螺杆钻具以其良好的功率特性成为目前最广泛使用的井下动力井形成落鱼，在中空转子上用性能可靠的过渡接头代替旁通钻具，国外一些国家对螺杆钻具的研究比较早，我国螺杆钻具阀，有效地避免了因旁通阀关闭不上造成马达不转的危险。
我的研究始于20世纪80年代，经过三十多年的发展虽然取得了一国螺杆钻具存在马达功率衰减快，脱胶、掉块等现象发生，还定的成果，但仍与国外有很大的差距。
本文从螺杆钻具的工作不能杜绝钻具掉井事故的发生。
寿命、安全性、设计技术、加工手段四个方面系统地介绍了国 3 设计技术
内外螺杆钻具的情况，为现场使用提供认识。
目前，国内五大主要螺杆钻具制造厂家为：北京石油机械1 工作寿命
厂、天津大港油田中成机械厂、山东潍坊生建机械厂、山东潍目前国外螺杆钻具寿命一般都在200～300h以上。
美国在发坊蛟龙机械厂和地矿部德州石油钻探机械厂。
大家所熟知的迪展螺杆钻具技术方面取得的成果最辉煌，著名的品牌有Dyna-纳钻具△500、△500、F2000型三大系列产品，规格从13/4＂到Drill、Navi-Drill、Drilex、Power Park、D型钻具。
Nvai-Drlil螺12＂十多种规格。
其结构特点是采用碟簧式传动轴、花瓣式万杆钻具是使用寿命最高的，推力轴承使用寿命为200h；驱动轴向轴，有可调角度钻具，钻具弯角地面可调。
国内螺杆钻具在寿命为200h；径向轴承寿命为280~300h；万向轴寿命为结构上差别不大，与国外螺杆钻具相比虽然寿命稍短但在性能400~500h；转子与定子寿命为400~700h，该品牌的小直径螺杆方面与国外钻具差别不大。
我国螺杆钻具存在的主要问题是传[1]
钻具，采用粉末冶金人造聚晶金刚石止推轴承，使用寿命为动轴窜轴现象严重，有断轴现象，万向轴磨损快。
我国的螺杆250～300h；美国Dyna1000系列螺杆钻具最高使用寿命为429～钻具寿命之所以徘徊在100～150h，很大程度上受到传动轴寿命540h；原苏联螺杆钻具使用寿命为155～299h；贝克休斯公司生短的影响。
产的螺杆钻具最高寿命累计使用可达1000h。
另一方面，国产螺杆钻具的长度还不是很适合于水平钻井目前国内螺杆钻具寿命一般在100～200h之间，但是63/4＂的需要，有待进一步缩短。
此外，国内外螺杆钻具存在对钻井（φ172）以下螺杆钻具质量很不稳定，好的用到200h以上，差液、井况的适应性差的现象，虽然进行了大量的基础研究和对[2]
的只用70～80h 。
结构进行改进，研制了特殊配方的橡胶定子及其粘接工艺，硬2 安全性
质合金径向轴承和PDC止推轴承。
定、转子的最佳共扼线型，在超深井和大位移斜井及水平井中，为减少井下事故的发并采用过盈配合，还改进了定、转子的加工刀具和制作工艺流生，提高螺杆钻具的安全可靠性是非常必要的，这也是螺杆钻程，特别是以nZ-192型薄壁中空轴转子的细长绕轴结构为代表具质量稳定性的重要体现。
一旦螺杆钻具落井造成事故，就必的螺杆钻具的出现，降低转动件的离心力和冲击惯性，定、转须起钻打捞甚至造成填井和报废，损失是极大的。
因此，在钻子副的倾斜力矩大为减小，钻具的可靠性得到较大的提高。
但具的设计上，人们更加注意其安全可靠性，在关键件材料选择上述的两个问题却仍然没有很好解决，螺杆钻具仍不能用于深上选用优质材料，增加探伤检验和必要的理化检验。
在结构上
井，含砂量大和钻井液密度大的井以及小曲率半径的水平井，
◇中石化华北石油局华北分公司第三采油厂 陈 明 卢 丽 中石化华北石油局华北分公司第四采油厂 夏 彪
螺杆钻具研究现状与应用
影响了螺杆钻具的进一步的推广和应用。
目前世界唯有德国一前已采用CAM技术在，在螺秆加功方面已普遍采用镶片式成型家公司对其作出了很好的解决方法，该公司通过改变定子刚体铣刀配以高精凄度转子铣床。
[3]
的形状可使定子橡胶层薄且均匀，克服了常规螺杆钻具定子技我国公知的螺杆钻具定子的加工方法是将橡胶浇铸在定子术的不足。
壳体的光滑内壁形成的，橡胶衬套的内表面是螺旋曲面。
橡胶美国生产的螺杆钻具是当前生产应用中最大的螺杆钻具，层衬套厚薄不均，这种螺杆钻具定子在工作时，容易导致定子
[4]
目前国内螺杆钻具差距主要体现在：过早失效，缩短了螺杆钻具的使用寿命。
根据螺旋曲线结构的（1）马达级数一般为4级左右，输出功率小，尚不能很好特殊性，可把螺旋曲线加工工艺分为三类：
[4]
满足国内打直井、水平井及一些特殊钻井作业的工艺要求。
尽第一类是利用金属切削加工方法加工螺旋曲线，如车螺旋管有少数生产厂家正在研制生产大功率超长螺杆马达，但仍有线、铣螺旋线、螺旋线梳刀、丝锥、板牙、螺旋线切头、高速些问题需要解决。
马达的转、定子头数比和截面形状需要进一铣削螺旋线，用刀盘、螺旋曲线展成刀具和砂轮等。
步优化设计，以达到合理的输出参数，马达级数需要进一步增第二类是利用金属变形加工方法加工螺旋曲线，如螺旋线加，从而满足大功率的要求。
滚丝轮、螺旋线搓丝轮、挤压丝锥和螺旋线滚压头等。
（2）适用于短半径水平井钻井作业的钻具在国内尚属空第三类是成型工艺方法加工曲线，如铸造成型近。
白，国内生产的弯壳体螺杆钻具主要用于中、长半径水平井的 5 结语
钻井作业，包括各种单弯、双弯钻具和导向螺杆钻具，钻具的（1）国产螺杆钻具从研制成功到今，其规模和发展速度比弯角值可以做成固定的，也可以做成可调式的，可调式的弯接国外要快。
头包括地面可调和井下可调两种。
这一技术国产钻具采用得较（2）国产螺杆钻具技术水平与国外尚有差距，在新技术、少，几乎没有很成熟的产品用于钻井。
作为短半径水平井的铰新工艺的采用及专业研究方面缺少资金和技术人才的投入，新接马达，国内对此虽有研究，但由于在加工等方面存在诸多难产品开发速度慢，与我国钻井技术的发展不相协调。
题，尚无产品问世。
4 加工手段 【参考文献】
国外在螺杆加工方面除了一般采用专用数控铣床进行铣削[1] 苏义脑.螺杆钻具研究及应用[M].石油工业出版社,2001,3加工之外， 还普遍录用了高精度磨削（CBN）技术。
对于高[2] 贾立强,黄超.小井眼钻井技术在和4井应用和发展[J].钻采
工艺,1999,3
压、低噪齑要求的螺杆泵，采用螺杆型面磨削工艺方法来提高
[3] 蒋大辉.国外螺杆泵今期发展综述[J].水泵技术,1992(4):36螺杆啮合精度，提高泵效率。
螺杆衬套采用高精度数控加工中
-40
心加工或拉削加工。
[4] 李敏.等壁厚螺杆钻具定子加工工艺研究[M].西南石油大
一些主要的螺杆泵制造厂从八十年代初期开始就对其原有
学,2006(4)
的泵制造设备进行更新和改造。
例如，英国Mono泵公司投资
十二五国家重大专项：水驱过程岩石渗流物理特征动态变74万英镑购进并安装了一套最先进的柔性制造系统（FMS）。
化实验研究，课题编号：2011ZX05010-002
实现对泵零件的铣、钻、镗、磨和攻丝同时进行，大大缩短了
加工装配时问，使交货期从原来的6周缩短为6天。
IMO公司目
（上接72页）三、4HLC挡位动力传动路线四、N挡位动力传动路线
在4HLC挡位时，高低挡接合套位置不变，即处于高挡位在N挡位时，差速器接合套仍位于后端，将高低挡接合套拨置。
与4H挡位相比，差速器接合套移到后端位置（如图3所入中间位置。
此时，输入轴齿轮只能将动力传给中间轴齿轮示），差速器接合套将差速器锁毂、4WD齿毂以及主动链轮连19和低挡齿轮5，而动力不能继续传给高低挡接合套、高低挡齿接成一个整体，差速器被强制锁止，失去差速能力，前、后桥毂及传动轴，此时前后桥均无动力输出。
它是4HLC挡位与驱动轴就连接在一起，输出相同的转速和驱动力。
在摩擦力小4LLC挡位转换的过渡挡位。
的湿滑、冰雪或者非常崎岖不平的软路面行驶时，使用4HLC挡五、4LLC挡位动力传动路线
位，但不能长时间在附着力较好的硬路面行驶，否则会对轮胎在4LLC挡位时，差速器接合套仍位于后端，只将高低挡接和传动系统造成损伤。
合套拨入后端位置，即低挡位置。
动力经输入轴齿轮、中间轴
齿轮、低挡齿轮、高低挡接合套、高低挡齿毂传给传动轴，通
过前后输出轴传给前后桥，且前后桥的转速相同。
这样，通过
齿轮减速机构可以将发动机扭矩加倍放大后输出，获得巨大的
牵引力。
当车辆需要通过沟壕或越障时，才使用4LLC挡位。
通过对猎豹分动器动力传动路线的深入分析，读者便能准
确掌握其结构及工作原理，正确使用、维护此类分动器，既提
高车辆的燃油经济性又延长其使用寿命。
图3 4HLC挡位动力传动路线。