螺杆钻具结构及功能
螺杆钻结构 原理及使用方法
3、螺杆钻具的结构 其结构由旁通阀、马达、TC轴承、推力轴承、 万向轴、传动轴等组成。
一、螺 杆 钻 具
3.1 旁通阀总成 旁通阀由阀体、阀套、
阀芯及弹簧等部件组成。
一、螺 杆 钻 具
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。
二、使用中存在的问题
以上的问题造成的结果就是磨灰效率低，严重影响 作业施工速度和质量，所以各施工单位要充分认识 和正视自身在操作和使用方面存在的问题并加以改 正，按照正确的操作方法使用螺杆钻具及其配套设 备，才能提高磨灰效率。
送回螺杆钻存在问题
有泥沙
送回螺杆钻存在问题
表面油泥未清理
三、螺杆钻具正今后的工作中：一是要转变观念，提高服务质量， 及时跟踪管理到现场，了解施工中存在的问题并与 施工单位多沟通多探讨，解决实际问题加强螺杆钻 具的管理。二是要积极引进螺杆钻具的清洗及检测 设备，做到及时清洗和检测其性能，保证合格的螺 杆钻具上井。三是要及时了解螺杆钻具使用的情况， 准备好配套的钻具和各类变扣，确保不影响施工， 积极的服务于基层不断提高我们的服务质量。
螺杆钻具简介2005-07-11
螺杆钻具简介螺杆钻具是将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，与牙轮钻头、金刚石钻头以及其他特殊钻头配合使用，从而实现钻井作业。
一、常规螺杆钻具的主要结构与工作原理螺杆钻具主要由旁通阀、马达、万向轴和传动轴等四个部件组成。
1、旁通阀总成旁通阀总成由阀芯、阀套、弹簧、阀口等零件组成。
阀芯有两个位置：开启位置和关闭位置。
旁通阀的开启与关闭由钻井液的流量控制。
在起下钻作业过程中，泥浆泵停泵或流量较小，旁通阀自动开启，将钻柱内孔与环空连通。
起钻时钻柱内的泥浆经阀口流入环空。
下钻时环空内的泥浆经阀口进入钻柱，减少钻柱内外的压力差。
正常钻进时，旁通阀关闭。
此时泥浆流经马达，把压力能转换为机械能。
2、马达总成螺杆钻具的马达由定子和转子两个零件组成。
定子是在钢管内壁上压注并粘结牢固的橡胶衬套。
橡胶内孔具有螺旋面的几何形状。
转子是一根经过机械加工并经高硬度表面处理的螺杆。
转子和定子具有特殊的啮合关系。
这些啮合点沿轴向形成螺旋密封线，形成一个一个的密封空腔（一个密封腔，也称为一级，每级所能承受的工作压力降应小于等于 0.8mMpa。
如四级马达，压降应为 3.2Mpa。
压降超过此值就要泄漏，转速很快下降，严重时会完全停止转动，级数越多、功率越大）。
当具有一定能量的压力液进入这些密封腔，并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，这就是螺杆马达的基本工作原理。
螺杆钻具马达的转子具有不同的头数。
头数越多,马达转速越低、功率越大。
转子的转速与马达的输入流量成正比，控制输入流量，就可以控制螺杆钻具的输出转速。
为了增加马达的流量而又避免转速的升高，有的螺杆钻具的转子被做成中空形式，并在转子上安装喷嘴，使马达具有中空分流。
这种结构的优点是可以增加螺杆钻具的流量，缺点是会使马达特性变软，即钻头的转速将随钻压的增加而减小（非线性），用户在选用和操作时，应当注意。
螺杆钻具
球传动万向轴总成
球传动万向轴总成的组成： 球传动万向轴总成的组成：
锁 紧 套
承 压 球 活 绞
传 动 球
球 座
密 封 套
连 杆
5、可调弯壳体的组成: 可调弯壳体的组成:
上壳体
定位套
弯接头
下壳体
5、可调弯壳体: 可调弯壳体: 现生产的可调弯壳体可调角度范围有 0°-2°、0°3° 、0°-4°.
传动轴总成
马达总成
旁通阀总成
三、螺杆钻具各部分的作用
1、旁通阀总成： 旁通阀总成：
它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、 它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成。
弹 簧 密封件 隔 板 筛 板 隔 板 挡 圈
挡 圈
阀 体 阀 套 阀 芯
1、旁通阀总成： 旁通阀总成：
它有旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置， 它有旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，使钻柱中泥 浆循环绕过不经过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。 浆循环绕过不经过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。 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， 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，使其转变成机械能。 流经马达，使其转变成机械能。 当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时， 当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时， 弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。 弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。
螺杆钻具
科瑞 研究中心 杨玉生 2008.11
目录
一、螺杆钻具的用途 二、螺杆钻具的构成及工作原理 三、螺杆钻具各部分的作用 四、螺杆钻具的应用及存在的问题 五、定向井（斜井 水平井） 侧钻钻井 直井钻井打复合钻
螺杆钻具结构及功能 PPT课件
活瓣
外球座 内球座
连接杆
万向轴总成
采用数控火焰切割机床精确 控制瓣齿齿形；
通过理化分析、晶向分析、 产品试验，提高瓣齿热处 理层质量、厚度及硬度。
活瓣式万向轴
万向轴总成
球铰式万向轴与活瓣式万向 轴工作时均属于研磨磨损， 球铰式的特点是将研磨件保 护在油密封中，避免泥浆中 固相物质的附加磨蚀。
球铰式万向轴采用优质钢球、 球窝表面处理工艺提高其耐 磨性；优质橡胶提供良好的 密封油套。
传动轴不仅采用高强度合 金结构钢，而且通过理论 计算、有限元分析，减少 危险截面数，降低危险截 面应力分布，提高轴的安 全系数，有效保证了传动 轴的作业安全。
防掉总成
防掉总成的组成及组装
定子过渡接头
锁
卡
母
盘
承拉接头
防掉总成
作用：由于异常原因造成壳体断裂、脱扣时，起到防掉的作用；同时 使泵压升高，使地面及时发现问题避免造成事故。
球铰式万向轴
万向轴总成
钛金属具有与优质合金结
构钢相当的机械性能，同时 具有较低的弹性模量，因此 可在较小的尺度实现挠动。
采用进口优质钛合金制造的
钛合金挠轴，在完美实现
动力传递的同时，完全不存 在磨损问题，具有极长的使 用寿命。
钛合金万向轴
万向轴总成
功能：将做行星运动的转子和做定轴
转动的传动轴连接起来，把马达转子的平 面行星运动转化为传动轴的定轴转动，同
1:2
3:4
5:6
7:8
9:10
马达总成
根据马达线型理论研究结论可知，转子线型和定子线型是 一对摆线类共轭曲线副，常用的马达转子若为N头摆线线型， 则定子为N+1摆线线型；转子和定子曲面的螺距相同，导程之 比为N/（N+1）。
螺杆钻具
螺杆钻具一、概述螺杆钻具是一种井下动力钻具，它是由高压泥浆驱动的容积式井下动力钻具。
具有结构简单、过载性能好、在小尺寸时能得到大的扭矩和功率的特性已广泛应用在定向井和直井中。
螺杆钻具根据需要可做成直壳体和弯壳体，弯壳体螺杆钻具具将在《定向井和水平井工具》一章中介绍。
直壳体螺杆钻具加上弯接头也常用于定向井和水平井的钻进。
本节介绍的是直壳体螺杆钻具。
二、型号表示方法三、结构、工作原理。
1、工作原理螺杆钻具是以钻井液为动力的一种井下动力钻具。
泥浆泵泵出的钻井液流经旁通阀进入马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过方向轴和传动轴传递给钻头。
其性能主要取决于马达的性能参数。
2、螺杆钻具的结构螺杆钻具主要由旁通阀、马达、万向轴和传动轴等四大部件组成。
（1）旁通阀它是为了使钻井液绕过马达，从而起下钻时可让钻井液不溢于井台上。
当无循环或低泵量循环时，弹簧使阀芯处于上部位置，此时旁通阀处于开启位(见图1)。
当流经活塞的钻井液流量达到一定值时，阀芯处于下部，旁通阀被关闭，此时钻井液流过马达。
（2）马达它是由具有螺旋形内腔的硫化橡胶定子和螺旋形的转子组成(见图2)。
转子和定子的形状和尺寸沿轴向形成螺旋密封线，构成马达的密封容腔。
随着转子在定子中的转动，容腔沿着轴向移动，不断生成和消失，完成其能量转换，这就是螺杆马达的基本工作原理。
（3）中空转子马达为了增加钻头的水马力和泥浆的上返速度及保护马达的使用寿命，将转子加工成为带喷嘴的中空转子。
此时马达的总流量应等于流经马达密封腔流量和流经转子喷嘴流量的总和。
为了达到理想的钻井参数，用户可以按以下计算方法选用中空转子的喷嘴：1)根据泥浆上返流速的要求，确定泥浆泵的输出流量Q。
2)流量Q进人马达时分两路，通过马达螺旋容腔的流量为Q m，通过中空转子喷嘴的流量Q P。
即 Q=Q m+Q p所以 Q m=Q-Q m设定马达转速n值计算Q m值Q m=nq／(60﹠) (L／S)或 n=60Qm﹠／q (r／min)容积效率小﹠取0.90。
螺杆钻具详细介绍
离井底 推力轴承 坐井底 推力轴承 径向轴承
传 动 轴 总 成 装 配
螺杆钻具整机
(1)、常规螺杆钻具
(2)、中空防掉、可调螺 杆钻具
(3)、中空防掉、可调、 可换扶正器螺杆钻具
二、螺杆钻具的选择及 使用中应注意的问题
2013-6-11
(一)、螺杆钻具型号的选择 1、常规井眼选择范围( 表示最佳选择)
◆配用 的钻头 PDC钻头与7Y型螺杆钻具完全匹配， 尤其是在周期较长的直井钻进中 牙轮钻头也可使用，此时牙轮钻头齿部 硬度可比用一般传统转盘钻选硬一个等级
。
过大：螺杆承受钻压的能力下降 轴承得不到良好的润滑与冷却
◆钻头 的水眼 过小：达到额定泵压时，排量可能过小， 马达不易发挥出最大效能。 达到额定排量时，系统压力增高， 影响轴承寿命
●反扣锁紧装置可以很好的调整轴承 间隙，使得轴承磨损后重新调整轴承 间隙非常方便，并具有防松的功能。 反扣锁紧装置示意图
该型串轴承传动轴总成既可 以满足螺杆钻具+PDC钻头低钻压 （以165、172为例3-6吨）的要求， 又能满足螺杆钻具+牙轮钻头大钻 压（以165、172为例10-15吨）的 要求，而且结构简单，便于维修装 卸。
比如在钻头需要180rpm的情况下，下列 在同一外径规格、不同马达头数的钻具 的寿命情况：
钻具型号 4LZ165X7Y 5LZ165X7Y 7LZ165X7Y 推荐排量 16-22-30 18-22-28 10-18-25 所需排量 22 26 27 转速 180 180 180 钻具所处状态 正常 正常 超负荷
(2) 、输出扭矩最大的原则：在同一井眼其他条件 不变的情况下，钻具的输出扭矩越大为优选条件， 以确保提供足够的滑动钻进的扭矩。如81/2″井眼 中，同为5LZ165钻具应选择多级大扭矩钻具。
螺杆钻具
稳平效果好，可配合旋转方式钻进，控制轨迹方便。
技术关键：各弯点的选择及弯角加工精度的控制
4、工作特性（外特性）
(1)理论工作特性：
M T 、 N T —马达理论扭矩、功率；
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
现有产品分为3.5MP a（Δ500psi）、7.0MPa
（Δ1000psi）和14.0MPa（Δ2000psi）等三种。该值 越大，说明传动轴的承力承压性能越好，成本就越高。
(4)根据排量需求选择转子类型
由干螺杆钻具的转速与工作排量成正比，增大排量必然增大转子、万 向轴、传动轴的转速和万向轴的载荷循环频率，故排量的大幅度增长 必将会导致螺杆钻具的非正常工作，容易造成破坏。 在钻井过程中，尤其是大井眼水平井中，为了携带岩屑需要，要求有 较高的钻井液返速，即要求有较大的工作排量。而这一排量会成倍高 于螺杆钻具的额定排量或最高排量。在这种情况下，应该选择带有中 空转子马达的螺杆钻具。 中空转子就是马达转子的中心钻有通孔，通孔上端装有一个固定喷嘴。 流入马达的钻井液排量Q将分成两部分，Q1进入转子中孔旁路，Q2
N 0 p Q
(2)实际工作特性
由于马达定子橡胶衬套在压降 p 作用下产生变形和漏失，导致 实际转速 n 随压降 p 的增大而降低； 转矩 M 仍随压降 p 的增大 而线性增加，表明螺杆钻具实际上仍有良好的过载能力。
(2)实际工作特性
L 曲线—负荷效率曲线
p 2 L p
D、传动轴总成
作用：传动轴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。
结构及工作原理：
螺杆钻具知识简介
（1）下钻速度过快，碰到砂桥和不规则的井壁， 钻具强行通过 ：实际上是一个较轻的顿钻现象，对 螺杆危害很大。
（2）下钻速度过快，造成泥浆倒流，岩屑进入 螺杆钻具内，加剧各部件的磨损，同时要求下钻中 途给钻具内灌泥浆，防止泥浆倒流。
8.启动螺杆钻具 空载启动，清理井底，逐步加压并达到推荐值。
传动轴的质量主要是承
载轴承组的质量和装配间隙。 新装配螺杆的间隙是合适的， 使用中的螺杆钻具在承载轴 承磨损的情况下，间隙逐渐 变大，间隙越大，磨损量越 大。（大港螺杆钻具在承载 轴承组之间加了几个蝶形簧 来补充所谓的磨损量，间隙 始终不变，这就是大港螺杆 使用时间较长的主要原因）。
二、正确使用螺杆钻具
3适当的排量 过大的排量提高了螺杆的旋转速
度，增强了各部件的磨损，尤其是 定子。
4适当的钻压 钻压过小，螺杆的转速高。
钻压过大，螺杆的承载轴承负荷大， 而且螺杆容易滞动，若不及时排除 造成定子橡胶被刺。
5.适当的泵压 泵压过小，螺杆容易滞动。 泵压过大，螺杆转速过快，加剧定子的磨损
6.减少划眼时间 划眼过程是螺杆钻具在轻负荷下高速运转的过
五、正确判断螺杆使用情况
要正确判断螺杆钻具使用情况，不要 把钻压过大造成螺杆滞动，旁通阀阀芯发 卡，地层变化的泵压升高，传动轴轴向间 隙在正常范围内，都认为螺杆钻具失效是 很大的浪费。
六、使用螺杆对钻具的保护
1.转盘的低转速降低了钻具的公转，减 少了交变应力对钻具的疲劳破坏。
2.较低的钻压使钻具的中合点和轴向应力 零点距离缩短，降低了钻具的纵向振动和 离心力。
三、螺杆钻具异常情况的处理
1.泵压突然升高 1）马达滞动，上提钻具0.5m-1m压力恢复正常继续钻 进。 2）传动轴卡死，上提钻具，泵压不变，起钻。 3）螺杆钻具水眼堵死，上提钻具不变。 2.泵压低于钻进时的泵压 旁通阀关不住，上提钻具，停泵、开泵两次，观察泵压 情况。 3无进尺 旁通阀关不住、马达滞动、方向轴损坏（伴有压力波动）
螺杆钻具
名称：螺杆钻具
结构：上接头、旁通阀、定子、转子、联轴节、过水接头、轴承总成及下接头。
用途：以液体压力为动力，驱动井下钻具旋转的工具。
可用来进行钻进、磨铣、侧钻等作业。
作用原理：螺杆钻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，凡尔球被推动下移，关闭旁通阀，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，转子在沿自身的轴线转动的同时，还绕与转子轴线平行，并有一定的偏心距e 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。
操作方法：
1.钻具组合：在套管内钻塞时自下而上钻具配合为：钻头+ 螺杆钻具+提升短节+缓冲短节+井下过滤器+提升短节+钻柱。
2.下钻：下钻要求平稳操作，下钻速度以30m／min为宜。
每下500m应钻柱
内灌入清洁洗井液一次。
下至距塞面一个单根时，开始循环。
3.正常钻进：钻压为5～15kN。
排量500—600L／min，最大不得超过1200L
／min，待循环正常，缓慢下放钻具至塞面，进行正常钻进。
4.起钻：起至井口一个单根时，卸掉自封，提出钻具。
注意事项：
1.洗井液要求用清水或无固相（低固相）液体。
2.井口应安装自封封井器，以防止小件物品落井。
3.返出洗井液应过筛，沉砂后方可使用。
4.接单根前及完钻后应充分洗井，使井内无钻屑。
螺杆钻具结构及功能
地质勘探：利 用螺杆钻具的 旋转和推进力 钻探地下岩层 获取地质资料 和矿产资源。
石油工业：用 于钻井和修井 作业能够高效 地钻穿各种复 杂地层提高钻
井效率。
矿山开采：在 矿山的开采过 程中螺杆钻具 可用于钻穿岩 层为矿山的开 采提供便利。
,
汇报人：
01 02 03 04 05
06
Prt One
Prt Two
螺杆钻具的组成：螺杆、钻头、传动轴、轴承等部件 螺杆的结构特点：由多段圆柱形或锥形的杆体组成表面有螺旋槽用于传递扭矩和旋转钻头 钻头的类型和功能：根据不同的地层和钻井要求选择不同类型的钻头如刮刀钻头、牙轮钻头等 传动轴的作用：将动力传递给钻头实现钻头的旋转运动
Prt Three
简介：螺杆钻具通过旋转切削的方式破碎岩石从而实现钻孔作业。
原理：利用螺杆的旋转运动带动钻头上的切削齿对岩石进行冲击和剪切 使岩石碎裂。
特点：切削齿的形状和排列方式直接影响切削效果因此需要根据不同的 岩石类型选择合适的钻头。
应用：广泛应用于石油、天然气、矿产等领域的钻孔作业中是钻井工程 中的重要工具之一。
石油工业领域：螺杆钻具主要用于钻井、修井和钻孔等作业能够提高钻 井效率、降低钻井成本是石油工业中重要的钻井工具之一。
地质勘探领域：螺杆钻具可用于地质勘探中的钻孔作业能够快速准确地 获取地下岩石样品为地质研究提供重要依据。
矿山开采领域：螺杆钻具可用于矿山开采中的钻孔作业能够高效地实现 矿山的勘探、开采和安全生产。
轴承：用于支撑和传递扭矩确保钻具的稳定运行。 密封件：防止泥浆和颗粒进入钻具内部保持其良好的工作性能。 润滑系统：提供持续的润滑减少摩擦和磨损延长钻具的使用寿命。 冷却系统：降低钻具在工作时的温度防止过热导致的损坏。
螺杆钻具产品详细介绍
2、螺杆钻具的工作原理及组成：
莫锘原理的容积式井下 动力钻具。
将泥浆液体压力能转化 成机械能。
高压泥浆流经旁通阀进 入马达，驱动转子绕定 子轴线旋转，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。
(1)旁通阀总成：
作用：旁通阀的闭合与开启控制马达的 启动与停止。
3、用背钳卡住调整 滑套，并用外钳卡住 上壳体，小心的以相 对转盘右转的方向转 动上壳体至两台肩相 碰，以附表所给的联 接扭矩上紧。
4、将背钳从滑套移 至下壳体上，并施 加100％的额定扭矩 上紧，调整完毕。
附表:螺杆钻具可调弯壳体紧扣扭矩
序号
钻具型号
1 5LZ120,5LZ127
2
5LZ165
42
160
正常
4LZ244X7Y 38-50-75(139-183-275) 42
153
低负荷
5LZ244X7Y 44-50-75(90-102—154) 42
84
低负荷
5LZ244X7Y－Ⅳ 38-42-149(92-101-149) 42
101
正常
(4)、考虑适合钻井施工工艺的原则：
1〕以追求最大造效率为目的，以小钻具为 优选。如51/2″套管中为追求最大造斜率， 以确保钻具顺利下入套管中，以小尺寸为优 选条件。
离井底 推力轴承
坐井底 推力轴承
径向轴承
传 动 轴 总 成 装 配
螺杆钻具整机
(1)、常规螺杆钻具
(2)、中空防掉、可调螺 杆钻具
(3)、中空防掉、可调、 可换扶正器螺杆钻具
二、螺杆钻具的选择及 使用中应注意的问题
2019/11/15
(一)、螺杆钻具型号的选择 1、常规井眼选择范围( 表示最佳选择)
螺杆钻具结构原理
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。
螺杆钻具结构及功能
定子壳体
橡胶
转子
马达总成
根据井温要求：定子橡胶分普通定子和高温定子两种。 适应排量要求：转子分实心转子和中空转子两种。 根据钻井泥浆液要求：对转子表面镀铬处理，适用于水基 泥浆和油基泥浆；对转子表面喷涂碳化钨，适用于饱和盐 水泥浆。
定子
转子
马达总成
定子橡胶工艺控制步骤如下图所示
拆模 成分检验
可换稳定器
可调弯壳体
BPM可调弯壳体有螺纹联接和齿式 连接两种形式。 其他组件及功能 代用接头 万向轴弯壳体 可调弯壳体 可调弯角可以根据钻井工艺调整， 但小规格螺杆可调范围大，大规格 螺杆可调范围小。 BPM可调弯壳体规格
95mm(3 3/4inch)
120mm(4 3/4inch) 165mm(6 1/2inch) 197mm(7 3/4inch) 216mm(8 1/2inch)
万向轴 弯壳体
钻具具有一定的结构弯角，通常完成一定曲率半径的某一
井段的钻井作业。而不同井段曲率半径变化较大时，需更
换螺杆钻具，达到不同的造斜率要求。
单弯导向螺杆钻具
螺杆钻具产品简介
可调弯螺杆钻具---可以在钻井平台上随意
调整，从而获得满意的造斜、纠偏及直井钻进 的能力。减少工具的储备量、提高螺杆钻具的 使用率、缩短钻井周期、降低作业成本。
目前可调弯壳体的调整角度一般为0~3°，
可以满足钻井造斜率要求。
可调弯导向螺杆钻具
螺杆钻具产品简介
北京国际石油展上展出的螺杆钻具
培训提纲
螺杆钻具简介
螺杆钻具结构及功能
培训 内容
其他组件及功能
螺杆钻具基本结构
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旁通阀总成
旁通阀*是螺杆钻具最上部的部件，是与外部的沟通与转换的部件
螺杆钻具结构原理
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。
螺杆的结构与工作原理
螺杆的结构与工作原理螺杆的结构与工作原理一、工作原理:螺杆钻具是一种容积式马达，高压钻井液经钻具进入螺杆马达后，液体压力迫使转子旋转，将钻井液的水力能转化为机械能，通过传动轴把扭矩传递到钻头上。
二、结构：从上到下依次是旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成、导向总成（弯螺杆）。
新型螺杆具有防掉装置。
三、工作特性（1）螺杆钻具的转速只与排量和结构有关而与工况（钻压、扭矩）无关。
（2）工作扭矩与压降和结构有关与转速无关。
（3）转速和力矩是各自独立的两个参数。
（4）具有硬转速特性和良好的过载能力。
（5）泵压表可以作为井底工况的监视器，由△P变化来判断和显示井下工况（钻压和扭矩）（6）转速随排量的变化而线性变化。
（7）工作扭矩和转速均与结构有关。
增大马达的每转排量可获得低速大扭矩的特性。
（8）由于密封漏失和摩擦阻力，存在机械效率和水力效率。
四、影响螺杆钻具使用因素（使用要求）1钻井液：满足井下需要的前提下，比重和粘度尽可能的低，比重不大于1，5；固相含量小于5%；PH值在4--10之间，过高或过低都会对螺杆钻具零件产生破坏作用；钻进液中含有芳香烃类物质或其它对定子橡胶有害的化学处理剂，会损伤定子橡胶，减少使用寿命。
2排量：每种规格的螺杆都有最适应的排量范围，要符合推荐的使用范围；排量太大会使转速过高，降低使用时间，甚至损坏马达；排量太低会降低转速，功率低，甚至打不开旁通阀进而刺坏。
3钻压：施工中通过逐渐增加钻压，使螺杆钻具的马达压降尽量达到规定值的中上限，以保证螺杆钻具的马达最大限度地输出功率；同时，把钻压控制在推荐的最大钻压以内，过大的钻压会损坏传动轴推力轴承，还会使马达压降过高而发生之滞动现象，如果制动时间过长会使马达严重损坏。
4钻头:钻头水眼压降最大值不超过螺杆额定值。
水眼过大使轴承得不到良好润滑及降低螺杆承受钻压的能力；过小，泵压达到额定值时排量小，不能发挥螺杆最大功率，系统压力高会影响推力轴承寿命。
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活瓣
外球座 内球座
连接杆
万向轴总成
采用数控火焰切割机床精确 控制瓣齿齿形；
1:2
3:4
5:6
7:8
9:10
马达总成 根据马达线型理论研究结论可知，转子线型和定子线型是
一对摆线类共轭曲线副，常用的马达转子若为N头摆线线型， 则定子为N+1摆线线型；转子和定子曲面的螺距相同，导程之 比为N/（N+1）。
1
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马达总成 马达中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。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。
泥浆
泥浆
泥浆
泥浆
泥浆
旁通阀总成 功能：有旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，
使钻柱中泥浆循环绕过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。
正常钻进时，旁通阀会自动关闭。此时泥浆流经马达，把压力能转
换为机械能。
阀体 阀芯
阀口 弹簧 阀套
阀关闭
阀旁通
旁通阀总成结构
马达总成
马达总成决定一台螺杆钻具能输出怎样的扭矩和转速。
阀
体
套
芯
旁通阀总成
弹簧
弹簧精密计算，反复试验确 保阀的动作灵敏可靠
d
p
D1 D2 D
H0
H1 H2
F3
F
F max
F1 U
O
1
2
max
3
H3
旁通阀总成 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，使其转变成机械能。 当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和 静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。
最普遍使用的导向工具
螺杆钻具产品简介
螺杆钻具，又称定排量马达，是一种以钻井 液为动力液的井下动力钻具，为容积式马达。
泥浆泵泵出的钻井液从钻柱进入螺杆钻具的 马达，在马达的两端形成一定压力差，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。
螺杆钻具产品简介
螺杆钻具可分为常规直钻具和 导向螺杆钻具两大类。 直螺杆钻具主要用于直井钻井 提速，导向螺杆钻具主要用于定 向井、水平井的造斜、稳斜或复 合钻提速等。
马达总成
--增加钻头的水马力和泥浆的上返速度
转子---带喷嘴的中空转子；
马达的总流量应等于流经马达密封腔流量和流经转子喷嘴流量的总和；
流量过大，转子会超速运转，定子和转子会出现提前损坏，流量过小， 马达将停止转动；
选择转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封腔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。 中空转子
螺杆钻具产品简介
导向螺杆钻具----为了钻出一定斜度和方位的井眼，控 万向
轴弯 制井眼的轨迹，螺杆钻具带有一定的弯度，螺杆钻具的万 壳体 向轴壳体设计为弯壳体，一般为0~3°的弯度，来达到一定 的造斜率要求。 单弯螺杆钻具-----弯壳体的角度是固定的，即每一根螺杆 钻具具有一定的结构弯角，通常完成一定曲率半径的某一 井段的钻井作业。而不同井段曲率半径变化较大时，需更 换螺杆钻具，达到不同的造斜率要求。
密炼
硫化 注胶
全检 泥浆浸泡试验
预热
粘接 喷砂 清洗
返炼 快检
马达总成 马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头数 比转子多1）。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。
可根据用户需求，制造转子头数与定子头数比为 1:2、3:4、 5:6、7:8、9:10 的马达，下图是几种典型马达配合的截面轮 廊：
培训提纲
螺杆钻具简介
螺杆钻具结构及功能
培训 内容
其他组件及功能
螺杆钻具基本结构
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旁通阀总成
旁通阀*是螺杆钻具最上部的部件，是与外部的沟通与转换的部件
旁通阀* 螺杆对外接口 钻井液流向改变
旁通阀
旁通阀总成 主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、阀口、密封件、孔用挡圈组成。
弹 簧
孔用 挡圈
密封件
阀
口
阀
阀ห้องสมุดไป่ตู้
单弯导向螺杆钻具
螺杆钻具产品简介
可调弯螺杆钻具---可以在钻井平台上随意调
整，从而获得满意的造斜、纠偏及直井钻进的能 力。减少工具的储备量、提高螺杆钻具的使用率、 缩短钻井周期、降低作业成本。
目前可调弯壳体的调整角度一般为0~3°， 可以满足钻井造斜率要求。
可调弯导向螺杆钻具
螺杆钻具产品简介
北京国际石油展上展出的螺杆钻具
定子壳 体
橡
转
胶
子
马达总成 根据井温要求：定子橡胶分普通定子和高温定子两种。
适应排量要求：转子分实心转子和中空转子两种。
根据钻井泥浆液要求：对转子表面镀铬处理，适用于水基 泥浆和油基泥浆；对转子表面喷涂碳化钨，适用于饱和盐 水泥浆。
定子
转子
马达总成 定子橡胶工艺控制步骤如下图所示
拆模
成分检验
冷却
螺杆钻具结构及功能
2013.8
培训提纲
螺杆钻具简介
螺杆钻具结构及功能
培训 内容
其他组件及功能
培训提纲
螺杆钻具简介
螺杆钻具结构及功能
培训 内容
其他组件及功能
螺杆钻具产品简介
螺杆钻具+PDC钻头、螺杆钻具+ 牙轮钻头进行钻井提速在全国各 油田全面展开
螺杆钻具对ROP提速效果普遍在 30%以上，甚至超过100%
体下端及传动轴壳体上端连接。
普通直螺杆钻具的万向轴壳体无结构弯角， 而弯壳体螺杆钻具的万向轴壳体则是一个带有结
构弯角的弯壳体。
可被弯壳体 或可调弯壳 体代替
万向轴总成
活瓣式万向轴主要由活瓣、外球座、内球座、连接杆组成。
活瓣式万向轴作为一种常见的型式，其工作寿命主要受
活瓣瓣齿切割形态及表面处理工艺的影响。
马达总成
液压能
功能：当具有一定能量的压力液
进入转、定子形成的密封腔时，转子 在压力泥浆的驱动下，绕定子轴线旋 转，完成液体压力能向机械能的转化， 为钻头提供动力。
机械能
万向轴总成
万向轴总成是螺杆钻具实现造斜导向的关键部件。
挠轴式
万向轴总成 运动转换 控制造斜定向
球铰式
活瓣式
万向轴总成
万向轴总成由两个元件组成：壳体和万向轴 轴体。壳体通过上、下螺纹分别和马达定子壳
马达总成 螺杆钻具心脏 决定动力性能
马达决定性能 耐油 耐温 耐腐蚀 大扭矩
大流量
油基 高温 卤水 可钻性 携砂要求 钻井液 超高温 饱和盐水 ROP需求 动力需求
马达总成 定子是在钢管内壁上压注并粘结牢固的橡胶衬套。橡胶内孔具 有螺旋曲面的形状。
转子是一根经过机械加工并经高硬度表面处理的螺杆，其上端 是自由端，下端与万向轴相连。 转子轴线和定子轴线间有一距离，称为偏心距，一般以e 表示。