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

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