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。

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年美国W.Clark的专利成果，这是第一只迪纳钻具（Dyna-Drill），这是一种单双头螺杆钻具。

1962年生产出可以用于实际钻井的螺杆钻具。

1966年前苏联制成了瓣比为9/10的螺杆钻具样机，这就是△型螺杆钻具的前身。

1975年，斯伦贝谢（Schlumberger）公司生产5/6瓣的井下马达，取名为（georotor）,同一时期，美国Baker公司、Eastman-whipstock,西德的Christensen公司先后研制出系列的纳维钻具（Navi-Drill）。

90年代D型螺杆钻具，在苏联得到发展，已将制造许可证转让给法国和英国公司（取名为Drilex）。

各种螺杆钻具的原理相同，只是结构不同，竞争的出现，使各种螺杆钻具在结构上和产品规格系列上进一步现代化，寿命不断的提高，从原来一次下井使用30～40小时，80年代提高到100小时，如今可以维持在300小时以上，贝克休斯公司生产的螺杆钻具最高寿命累计使用可达1000小时。

随着钻井技术的不断提高，定向井、水平井，侧钻丛式井技术的推广，螺杆钻具市场需求不断增加 。

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段都是由螺杆钻具钻成。

另外海洋钻井几乎全部都要用到螺杆钻具。

西方国家螺杆钻具生产厂家之间竞争激烈，螺杆钻具厂家多是大的石油公司的子公司，随着石油价格的起伏波动，各技术力量较薄弱的或经营不当的厂家时常面临倒闭、破产和被吞并的危机，螺杆钻具的制造技术常常由一个公司转入另一公司。

例如1986年美国Eastman-whipstock公司兼并了Norton Cristensen公司，1990年又被Baker Hughse公司接管，Drilex原属于Drilex System Inc(英美跨国联营公司)后并入Baker Hughse。

美国Simth公司原是螺杆钻具生产的大公司，现在不生产螺杆钻具。

Huliburton公司将其MONO钻具生产技术转给NATIONAL OIL WELL Inc自己只装配螺杆钻具。

目前螺杆钻具的生产厂家主要集中在美国和加拿大，前苏联虽然对螺杆钻具研究比较早单由于其在涡轮钻具上技术比较成熟，所以一直是涡轮钻具占统治地位，只是在近年来，螺杆钻具得到很大的发展并与涡轮钻具展开竞争。

目前国外螺杆钻具制造技术逐渐为几家资金雄厚的大企业所垄断。

目前西方国家从事螺杆钻具制造的公司主要有：Baker Hughse 公司、Telco(美国)、DRECO(加拿大)，ANADRILL(美国)，NATIONAL OIL WELL Inc（美国）、Neyrfor-Weir Ltd(法英跨国联营)、以及几家以生产螺杆钻具的主业公司：DANA-DRILL公司、DRILL MOTOR SERVICES 公司。

另外还有许多研究机构象前苏联VNIIBT、ВНИИВТ彼尔姆分院、法国石油研究院（IFP）。

公司简介：Baker Hughse公司是美国一家为全球石油开发和加工工业提供产品和服务的大型服务公司,全球七大石油技术服务公司之一，成立于1987年,由贝克公司和休斯公司两家历史悠久的石油设备公司合并组成。

1996年公司营业总额超过30亿美元，贝克公司早在1976年就开始生产瓣比为i＝3/4的螺杆钻具，钻具规格有5＂、63/4＂、＂，性能见表1。

后又其取得了Eastman-whipstock、的螺杆钻具73/4生产技术，该公司于1978年在迪纳钻具的基础上研制出一系列螺杆钻具，取名叫Posi-drill(波斯螺杆钻具)，其性能参数介于迪纳钻具和纳维钻具之间。

后又取得Cristensen的纳维钻具制造技术。

1996年由其下属的INTEQ公司生产Navi-Drill Ultra系列螺杆钻具包括了从31/8＂到111/4＂的所有规格。

ANADRILL公司是斯伦贝谢的子公司（Schlumberger Inc –跨国综合性服务公司，在美国和法国设有总部，全球七大石油技术服务公司之一，1996年营业额为61亿美元）。

该公司的螺杆钻具来源于法国BCT公司（法国技术合作局）的专利产品georotor钻具，它是一种101/4＂瓣比为5/6带旋转外壳的螺杆钻具，其特点是长度短、扭矩大，造斜率高,特别适合造斜作业。

DRILL MOTOR SERVICES、DANA-DRILL公司目前同属于W－H Energy 公司，DANA-DRILL公司在80年代曾归属于Simth公司，是生产迪纳钻具的大公司， 90年代又转入哈立波顿（Halliburton）公司，于1999年从哈立波顿（Halliburton）公司又转到W-H Energy 公司，现只生产螺杆钻具马达总成，其技术就是50年代发展起来的迪纳技术，产品遍布全球。

DRILL MOTOR SERVICES公司成立于1994年，1995年并入W-H Energy 公司，生产除马达总成以外的所有总成部件，产品主要应用在德克萨斯海岸、加利福尼亚、阿拉斯加、墨西哥湾、日本、菲律宾岛屿。

前苏联1966年开始研究螺杆钻具，1984年累计进尺达150万米，1991年螺杆钻具占全苏7.5％井的钻井量用到螺杆钻具，虽然受涡轮钻具钻井应用的限制，但是在近来发展迅速，所占比重日益增大。

前苏联主要生产D型螺杆钻具，Д1-172、Д2-197、Д2-88型螺杆钻具代表了D型螺杆钻具的不同发展水平。

国内螺杆钻具的应用情况：我国自对螺杆钻具的研究始于20世纪70年代末，1982年石油部石油勘探开发科学院研制出我国第一台3头螺杆钻具，1985年大港油田总机厂和北京石油机械厂共同引进美国Simth公司－Dyna-Drill全套△500、△500、F2000三个系列的螺杆钻具，开始了螺杆钻具技术在我国的发展和应用。

我国目前生产螺杆钻具的厂家有十多个，国内陆上市场销售额在2.0~2.5亿之间，中成公司大约占30%的份额，与渤海石油机械厂、北京石油机械厂、德州石油机械厂形成四大主要生产厂家，处于第一集团，年销售收入近2个亿。

山东生建、胜利油田、潍坊蛟龙、盐城等十来家钻具厂处于第二集团，规模较小，但其制造成本低、费用小、销售手段灵活是极大的优势，发展和扩张能力不应忽视，其2002年销售收入应不低于6000万元。

随着国内钻井技术的不断提高，定向井、水平井，侧钻丛式井及直井钻进技术的推广，螺杆钻具市场需求不断增加，一方面给各螺杆钻具制造厂家带来了发展的机遇，另一方面也使竞争不断加剧，原有的企业争相扩大规模，新的螺杆钻具制造厂不断出现，目前国内海洋的市场有大约5000万的份额，基本上为国外螺杆钻具所垄断。

中成公司（原大港油田总机厂）中成公司1985年和北京石油机械厂合作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。

在技术人员的努力下，通过对螺杆钻具设计技术指标以及制造技术的不断消化和吸收，中成公司已开发出从φ60~φ244等十二个规格系列的螺杆钻具产品，使螺杆钻具产品的规格系列进一步得到了完善和加强，年产值达到了6000万元，产品曾出口到印度、加拿大、美国、伊朗、卡特尔等国家。

渤海石油机械厂属于民营企业，具有体制优势，运营手段灵活，成本低，价格低，年产钻具5000～5500万元。

较晚进入螺杆钻具市场，设备投入、质量控制环节起点较高，水平正逐渐接近中成公司。

北京石油机械厂属于国有企业，经营方式与产品质量与中成公司相差不多，85年和中成公司共同引进螺杆钻具项目，年产钻具3000～3500万元。

职工队伍只有500人左右，规模较小，队伍精简，设备精良。

产品面向国内，有相当一部分产品出口到印度、加拿大等国家。

3.德州石油机械厂德州石油机械厂属于国有企业，位于山东省德州市，始建于1970年，90年代开始生产螺杆钻具，年产螺杆钻具3000～3500万元。

属于地矿部，市场保护比较严重，规模较小，产品规格也较少。

技术进步较快，属于小而精的企业，其在小规格螺杆钻具研制方面有优势。

国内的研究机构有石油大学（华东）、中国科学技术研究院，北京石油勘探开发研究院。