石油钻井行业定向井专用井下工具
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负荷。
• 结构及工作原理：
a) 由壳体、传动轴、上部推力轴承、下 部推力轴承、径向扶正轴承组及其它 辅助零件总装组成。 b) 上、下推力轴承用来承受钻具在各种 工况下产生的轴向力。径向扶正轴承
组用于对传动轴进行扶正，保证其正
常工作位置。
§6-2 螺杆钻具
Biblioteka Baidu
D、传动轴总成
• 结构及工作原理：
c) 传动轴总成的推力轴承是螺杆钻具最易
└────────转子瓣数(单头省略) C：船用橡胶轴承 J：金刚石轴承 1：改进型 5：稳定器
以“P5LZ165—7.0B”为例：P—水平井用钻具；5—马达转子为5头； LZ—螺杆钻具；165—外径为165mm（61/2in）；7.0—许用的最大钻头 水眼压降为7.0MPa；B—第二次改进（为中空转子） 。
•必须将罗盘放置在无磁环境中。
测斜仪器的保护筒和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
•蒙乃尔合金（monel：含铜、镍、铬等）；
•弹性模量为 26*106psi 。
无磁钻铤的弹性模量较小、费用高，使用时 应特别小心防止损坏。
§6-1 无磁钻铤
第6章 定向钻井专用井下工具
本章内容
§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
为磁性测斜仪提供无磁环境，防止磁罗盘读数失真。
•使用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”。
§6-2 螺杆钻具
B、马达总成
• 作用：把钻井液的水力能转化为机械能。 • 结构：由转子和定子两部分组成。
马达是螺杆钻 具的动力部件。
a) 转子是一根表面镀有耐磨材料的钢制螺杆，其上端是自由 端，下端与万向轴相连。 b) 定子包括钢制外筒和硫化在外筒内壁的橡胶衬套，橡胶衬 套内孔为一个螺旋曲面的型腔。
损坏的部位 （上部推力轴承）。 d) 常规螺杆钻具的传动轴外壳上不带稳定
器（用于水平井的螺杆钻具除外）。
e) 对干中曲率造斜用的螺杆钻具，为了保 证有足够的造斜率，要求压缩万向轴壳 体弯点至钻头的距离，需要设计轴向尺 寸较小的传动轴总成。
§6-2 螺杆钻具
2、基本结构及工作原理
(2)工作原理：
① 当高压流体从钻柱内孔进入螺杆钻具时，液体
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
§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。
§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，所以高压钻井液在流过
马达副时，不平衡的水压力驱动转子作平面行星运动，转子的自转转
速和力矩经万向轴传给传动轴和钻头。
§6-2 螺杆钻具
C、万向轴总成
• 作用：将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，
将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴和钻头。
§6-2 螺杆钻具
2、基本结构及工作原理
（1）基本结构：由四部分组成，从上至下
A. 旁通阀总成；
B. 马达总成； C. 万向轴总成；
D. 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
环空沟通，避免起下钻和接单根
时钻柱内钻井液溢出污染钻台， 影响正常工作。
旁通阀是螺杆 钻具的辅助部 件。
3、使用长度及安放位置
（1）使用长度：
Why？
无磁钻铤的使用长度及测量时罗盘所处的位置与井斜角、方位角 及井位所处的地理位置（纬度）有关。
•曲线A以下：无磁钻铤选用9m（1个单根）；
•曲线B以上：无磁钻铤选用18m（2个单根）; •曲线A与B之间：BHA仅有一个近钻头稳定器时，无磁钻铤选用9m；无 磁钻铤以下是多个稳定器或动力钻具时，无磁钻铤选用18m。
• 结构：由阀体、阀芯、弹簧、
筛板等组成。
§6-2 螺杆钻具
A、旁通阀总成
• 工作原理：
a. 开泵时，钻井液压力迫使阀芯
向下运动，造成弹簧压缩并关
闭阀体上的通道（内装筛板过 滤异物），此时螺杆钻具可循
环钻井液或正常钻进。
b. 停泵时，钻井液压力消失，被压缩的弹簧上举阀芯，旁通阀开启， 使钻柱内空间与环空沟通。
• 结构及工作原理：壳体和万向轴。
a) 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带有结构弯角。
b) 万向轴有几种不同的结构形式，普遍采用瓣
型连接轴和挠性连接轴。
§6-2 螺杆钻具
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
§6-1 无磁钻铤
3、使用长度及安放位置
•降斜钻具：直接与钻头连接； •增斜钻具：接在近钻头稳定器上方；
Why？
（2）安放位置：与钻具组合形式有关，要尽可能靠近钻头。
•稳斜钻具：接在中钻头稳定器上方；
•动力钻具组合：接在动力钻具或弯接头之上。
§6-2 螺杆钻具
1、概述
• 原理：容积式井下动力机械 ，根据诺依莫（Rene Moineau ）原理制造而成。 • 作用：把钻井液的水力能转化为机械能供给钻头。 • 应用范围：主要用于定向井、水平井的造斜及扭方 位施工，也用于直井反扣或侧钻作业中，是目前最 广泛使用的一种井下动力钻具。 • 生产商： Smith公司的迪纳钻具（Dyna系列）、 Christensen公司的纳维钻具（Navi系列）；北京 石油机械厂、大港中成石油机械厂。
• 结构及工作原理：
a) 由壳体、传动轴、上部推力轴承、下 部推力轴承、径向扶正轴承组及其它 辅助零件总装组成。 b) 上、下推力轴承用来承受钻具在各种 工况下产生的轴向力。径向扶正轴承
组用于对传动轴进行扶正，保证其正
常工作位置。
§6-2 螺杆钻具
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D、传动轴总成
• 结构及工作原理：
c) 传动轴总成的推力轴承是螺杆钻具最易
└────────转子瓣数(单头省略) C：船用橡胶轴承 J：金刚石轴承 1：改进型 5：稳定器
以“P5LZ165—7.0B”为例：P—水平井用钻具；5—马达转子为5头； LZ—螺杆钻具；165—外径为165mm（61/2in）；7.0—许用的最大钻头 水眼压降为7.0MPa；B—第二次改进（为中空转子） 。
•必须将罗盘放置在无磁环境中。
测斜仪器的保护筒和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
•蒙乃尔合金（monel：含铜、镍、铬等）；
•弹性模量为 26*106psi 。
无磁钻铤的弹性模量较小、费用高，使用时 应特别小心防止损坏。
§6-1 无磁钻铤
第6章 定向钻井专用井下工具
本章内容
§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
为磁性测斜仪提供无磁环境，防止磁罗盘读数失真。
•使用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”。
§6-2 螺杆钻具
B、马达总成
• 作用：把钻井液的水力能转化为机械能。 • 结构：由转子和定子两部分组成。
马达是螺杆钻 具的动力部件。
a) 转子是一根表面镀有耐磨材料的钢制螺杆，其上端是自由 端，下端与万向轴相连。 b) 定子包括钢制外筒和硫化在外筒内壁的橡胶衬套，橡胶衬 套内孔为一个螺旋曲面的型腔。
损坏的部位 （上部推力轴承）。 d) 常规螺杆钻具的传动轴外壳上不带稳定
器（用于水平井的螺杆钻具除外）。
e) 对干中曲率造斜用的螺杆钻具，为了保 证有足够的造斜率，要求压缩万向轴壳 体弯点至钻头的距离，需要设计轴向尺 寸较小的传动轴总成。
§6-2 螺杆钻具
2、基本结构及工作原理
(2)工作原理：
① 当高压流体从钻柱内孔进入螺杆钻具时，液体
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
§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。
§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，所以高压钻井液在流过
马达副时，不平衡的水压力驱动转子作平面行星运动，转子的自转转
速和力矩经万向轴传给传动轴和钻头。
§6-2 螺杆钻具
C、万向轴总成
• 作用：将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，
将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴和钻头。
§6-2 螺杆钻具
2、基本结构及工作原理
（1）基本结构：由四部分组成，从上至下
A. 旁通阀总成；
B. 马达总成； C. 万向轴总成；
D. 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
环空沟通，避免起下钻和接单根
时钻柱内钻井液溢出污染钻台， 影响正常工作。
旁通阀是螺杆 钻具的辅助部 件。
3、使用长度及安放位置
（1）使用长度：
Why？
无磁钻铤的使用长度及测量时罗盘所处的位置与井斜角、方位角 及井位所处的地理位置（纬度）有关。
•曲线A以下：无磁钻铤选用9m（1个单根）；
•曲线B以上：无磁钻铤选用18m（2个单根）; •曲线A与B之间：BHA仅有一个近钻头稳定器时，无磁钻铤选用9m；无 磁钻铤以下是多个稳定器或动力钻具时，无磁钻铤选用18m。
• 结构：由阀体、阀芯、弹簧、
筛板等组成。
§6-2 螺杆钻具
A、旁通阀总成
• 工作原理：
a. 开泵时，钻井液压力迫使阀芯
向下运动，造成弹簧压缩并关
闭阀体上的通道（内装筛板过 滤异物），此时螺杆钻具可循
环钻井液或正常钻进。
b. 停泵时，钻井液压力消失，被压缩的弹簧上举阀芯，旁通阀开启， 使钻柱内空间与环空沟通。
• 结构及工作原理：壳体和万向轴。
a) 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带有结构弯角。
b) 万向轴有几种不同的结构形式，普遍采用瓣
型连接轴和挠性连接轴。
§6-2 螺杆钻具
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
§6-1 无磁钻铤
3、使用长度及安放位置
•降斜钻具：直接与钻头连接； •增斜钻具：接在近钻头稳定器上方；
Why？
（2）安放位置：与钻具组合形式有关，要尽可能靠近钻头。
•稳斜钻具：接在中钻头稳定器上方；
•动力钻具组合：接在动力钻具或弯接头之上。
§6-2 螺杆钻具
1、概述
• 原理：容积式井下动力机械 ，根据诺依莫（Rene Moineau ）原理制造而成。 • 作用：把钻井液的水力能转化为机械能供给钻头。 • 应用范围：主要用于定向井、水平井的造斜及扭方 位施工，也用于直井反扣或侧钻作业中，是目前最 广泛使用的一种井下动力钻具。 • 生产商： Smith公司的迪纳钻具（Dyna系列）、 Christensen公司的纳维钻具（Navi系列）；北京 石油机械厂、大港中成石油机械厂。