螺杆钻具相关知识2)
石油钻井设备与工具-王镇全 第二节 螺杆钻具
定子
转子 转动 方向
封线，形成一Байду номын сангаас一个的密封空
腔。 当具有一定能量的压力液
进入转、定子形成的密封腔，
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。
液流
万向节
3、螺杆马达的机械特性分析
在不计损失时，根据容积式机械工作过程中的能量守恒，在单
1.2 井底温度
型有一定要求外，还要求转子与定子的长度须不小于最小
限度，即最小长度要大于螺距。 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。
2 、工作原理
螺杆钻具是一种容积式(液压式)机械，其理论基础基于帕斯卡原 理.。
P1>P2
P2
P1
转子和定子具有特殊的啮
合结构，啮合点沿轴向经大于 一个螺距的距离后形成螺旋密
能转换为机械能。
特殊说明
旁通阀不是螺杆钻具工作时的必须部件。在
水平钻井中，为了防止停泵时环空钻井液内的岩 屑从旁通阀的筛板进人马达，往往不装旁通阀， 或把旁通阀的弹簧取出来使旁通阀呈常闭状态， 而在直井段的钻柱上安装一个钻柱旁通阀，来代 替钻具旁通阀的作用。
二、马达的结构及工作原理
1、马达的组成及结构简介
速大扭矩特性。
三） 万向轴总成
万向轴总成由两个元件组成：壳体和万 向轴。壳体通过上、下锥螺纹分别和马达 定子壳下端及传动轴壳体上端相连接。
直螺杆钻具的万向轴壳体无结构弯角， 而弯壳体螺杆钻具万向轴壳体则是一个带 有结构弯角的弯壳体。
万向轴有几种不同的结构形式， 例如应用最普遍的为瓣型连接轴和挠 性连接轴(有一定柔度、上下两端为 连接螺纹的光轴）以及其他形式的万 向轴。万向轴的上端和马达转子下端 相连，而下端则和传动轴上端的导帽 相连。
使用好螺杆所需掌握的知识
使用好螺杆所需掌握的知识1、钻具使用前，井场钻井技术人员和司钻应该首先了解螺杆钻具的结构原理和使用参数。
按使用手册的要求合理使用钻具。
2、根据整个井眼的钻井作业计划，制定一个符合螺杆钻具使用要求的详细具体的钻井作业计划，即由钻井工程师根据任务结合地层结构、井眼孔径、深度、机械钻速确定所用钻头和钻具型号，并设计一个适合的钻具组合。
3、对钻井液的要求：螺杆钻具是正容积式马达，决定钻具性能的因素是马达的输入流量和作用于两端的压力降，而不是钻井液的类型，因而，使用各种类型的泥浆一般均能有效的工作。
泥浆比重和粘度对钻具性能的影响甚微，但对整个压力有直接影响，推荐泥浆最大塑性粘度不应超过0.05a.s(厘泊)。
为尽可能减少对定子橡胶的气蚀损坏，油基泥浆中芳香烃含量低于2%，苯胺点应高于75С。
泥浆中所含的各种硬颗粒必须予以限制，推荐钻井液中的含砂量应低于1%，，若含砂量高于5%，钻具的寿命将大大缩短。
4、对使用钻头的要求：钻头的选择，尤其是与螺杆钻具一起使用的选择是个十分重要的问题。
这本是钻井工程师工作内容的一部分，这里所以强调一下是因为螺杆钻具是否能成功的发挥作用的几个因素中，钻头与钻具的匹配是重要的了。
希望能引起现场人员的重视。
选择钻头与螺杆钻具配套使用的因素应是：a.钻井作业方案及计划。
B.针对地层需用什么样的刃部构造。
c.钻井液疏通通道的结构d.预先计划的机械钻速。
e.使用该钻头，钻井运转时间的估计。
f.钻头水眼压降的设计。
除钻头水眼造成的压降外，希望泥浆流经钻头低部时别再形成其它较大的压力损失，因为这对传动轴组件中的限流器十分不利。
尤其当钻头水眼压降已达钻具型号规定的压降值，更应注意。
这对牙轮钻头一般不必担心，但金钢石钻头端部液体通道的设计，就必须考虑通道过流面积是否可能造成额外过多的压力损失问题。
同时并能保证岩屑及时排出及钻头冷却问题。
牙轮钻头一般适用于钻井周期不长的作业，如定向造斜、侧钻等。
注意使用螺杆钻具作业时，一般钻头转数提高2-3倍，因此钻头轴承寿命要缩短。
螺杆钻具使用注意事项
螺杆钻具使用注意事项螺杆马达是一种把液体的压力能转换为机械能的能量容积式正排量动力转换装置，主要由旁通阀总成、螺杆马达（定子、转子）总成、万向轴总成、传动轴总成四大部分组成。
采用螺杆马达进行钻进，不需要钻杆旋转，泥浆泵输出冲洗液经旁通阀（或代用接头）进入螺杆马达，在马达进出口形成一定压差，推动马达转子旋转，通过万向轴和传动轴将转速和扭矩传递给钻头，从而达到碎岩的目的。
目前采用的螺杆钻具为4/5螺杆马达，寿命为400小时左右，为了能更好的使用螺杆钻具，在使用的过程中，必须注意以下几点：（1）水箱的水应保持清洁，防止煤粉进入螺杆马达内，损害容积腔内的橡胶定子和转子。
（2）钻进时，钻机给进压力不要太大，由于螺杆马达额定压力为2.7 MPa，在钻进时泥浆泵压力不要超过螺杆马达额定压力的2倍。
（3）加接钻杆时，将钻杆退出10-20cm，防止循环液到孔底受堵，泵压突然升高，损坏马达。
（4）调整工具面时，为了减少钻头切削孔底岩石的阻力，应将螺杆马达提出距孔底10cm，防止马达弯管处受力太大。
（5）在定向钻进时，造斜率不要太大，避免工具面呈180°频繁调整。
（6）钻具重入时，应注意下入钻孔内钻杆的深度，防止钻头下入孔底后撞击孔底，螺杆马达的弯角部位径向力受力过大而损坏。
（7）在开孔后连接螺杆马达时，不要将螺杆马达弯点装入夹持器中，以免损坏螺杆马达。
（8）在钻进过程中应时刻注意钻头的磨损程度，如果钻头磨损严重，钻孔孔径将变小，当钻孔孔径小于螺杆马达弯点孔径时，容易造成螺杆马达弯点处受力过大，弯外管容易折断，如遇到此种情况应立即更换钻头。
（9）在连接螺杆马达、下无磁钻杆、探管外管和上无磁钻杆时，应在螺纹处涂上乐泰262螺纹紧固胶，以免螺杆马达和孔底仪器受到反扭矩影响而松扣，发生掉钻事故。
1钻机的保养a.应使用规定标号的液压油，如果没有液压油而以相同粘度的机械油作代用品时，将有损液压元件的使用寿命。
b.初次加油时，应认真清洗油箱，所加液压油必须用空气滤清器的滤网过滤。
螺杆钻
螺杆钻具是油水井修井中常用的一种钻铣工具，它是以液体压力为动力，驱动井下钻具旋转的工具，可以用来进行钻进、磨铣、侧钻等作业。
由于它一方面对洗井液的要求比较高，另一方面我们在现场施工时，由于操作不当很容易造成螺杆钻具的损坏，这样既影响施工进度，又增加作业费用。
为了提高螺杆钻具的使用率，就其原理、操作方法及故障分析做一简单阐述。
一、螺杆钻具的结构螺杆钻主要由上接头、旁通阀、定子、转子、过水接头、轴承总成及下接头组成。
1、旁通阀的结构与作用（1）结构：旁通阀主要由本体、阀套、阀芯、弹簧、弹簧挡圈、丝堵、筛板等组成。
（2）作用：a、防止下钻或接单根时因环形空间液体密度较大，液体倒流到钻具内，造成转子倒转及松扣现象。
b、防止含钻屑的洗井液进入定子腔内卡死钻具。
c、防止钻具内的意外井喷。
d、起钻时可泄出钻柱内的洗井液。
2、马达总成的结构与作用（1）结构：马达总成由定子和转子组成。
定子是经过精加工的钢筒内硫化一层具有双头或多头螺旋腔的刚体橡胶套。
转子是一根单头或多头螺旋钢轴，用合金钢加工成形后，表面镀一层有利于防腐和耐磨的硬铬，并通过镀铬来控制定子和转子的配合间隙。
（2）作用：以泥浆泵泵入的修井液的液压能驱动转子转动，为钻头破碎岩石提供旋转机械能。
马达总成是螺杆钻具的动力源。
3、传动轴总成传动轴总成是螺杆钻具的重要部件之一，它的寿命决定了螺杆钻具总体寿命。
传动轴总成用于传递钻压、扭矩和修井液。
二、螺杆钻具的工作原理螺杆钻具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，阀球被推动下移，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，并与之有一偏差心距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。
由于转子和定子都采用螺旋线，因而转子绕定子轴线作逆时针转动，并以自身轴线作顺时针转动去带动钻具旋转。
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。
螺杆钻具的使用(技术员培训)
在泥浆密度、 喷嘴尺寸和马达流量为定量时，流经转子喷嘴的流量和流 经马达密封腔的流量总是随负载变化而变化的。钻头离开井底，马达负载近 似为零，此时流经转子喷嘴流量最小，而流经马达密封腔的流量最大。钻头 钻进，使马达压差不断增加，使流经转子喷嘴流量增加，而此时流经马达密 封腔流量减少。 中空 转子
万向轴总成 ： 万向轴的作用是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至钻头。万向轴大多采用瓣形，也有采用 挠轴形式的。 立林钻具的瓣型万向轴采用数控切割技术制成，切口平行度高，粗糙 度可达 6.3且不破坏金属化学成分，因此使用寿命高、机械损失小。 球传动万向轴采用球、杆、绞连接方式传递扭矩，用高温润滑脂润滑 摩擦副，橡胶套密封钢球运动部分，隔离含磨砺性钻井液，球传动万向轴 工作面均进行特殊表面处理，使其表面硬度、抗高温性相对提高；因此耐 磨性、可靠性得到进一步提高，工作寿命相应延长。
转子
马达总成： 转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的螺旋密封线，
同时形成密封腔。随着转子在定子中的转动，密封腔沿着轴向移动， 不断的生成与消失，完成其能量转换，这就是螺杆马达的基本工作原
理。(转子和定子可以有不同的头数，一般来说转子头数为一的马达（单头马达）转速高、扭矩小；而
转子头数大于1的马达（多头马达）转速低、扭矩大。为了只增加马达的流量而避免转速升的太高，有的 螺杆钻具的转子做成中空形式，是马达达到中空分流能力。这种结构的优点是可增加螺杆钻具的流量， 缺点是：会使马达特性变软，即在流量不变的前提下钻头的钻速将随钻压的增加而减小。螺杆钻具的马 达可以具有不同的长度（不同的级数），以满足不同的使用要求。例如，加长马达具有很大的输出扭矩 和功率，可以满足在长直井段快速钻进的需要；短马达使螺杆钻具整机长度缩短，可以满足提高造斜率 的要求。)
螺杆钻具 (2)
螺杆钻具1. 简介螺杆钻具是一种用于钻探地下岩层的工具，常用于石油勘探和地质探测。
它由钻井机械和螺杆钻杆组成，通过旋转钻杆和钻头的方式，将钻头推进地下并取出地层样品。
螺杆钻具操作简单、效率高，被广泛应用于石油和矿山行业。
2. 螺杆钻杆螺杆钻杆是螺杆钻具中的重要组成部分，它负责传递旋转运动以驱动钻头进入地层。
螺杆钻杆通常由高强度合金钢制成，具有良好的承载能力和耐磨性。
常见的螺杆钻杆有圆型和方型两种，其选择取决于具体的钻探需求。
螺杆钻杆通常由多节组成，每段的长度一般为3-9米，可以根据需要随时增加或减少钻杆的长度。
钻杆之间通过螺纹连接，以确保其刚性和密封性。
螺杆钻杆上还可以安装附属设备，如钻铤、钻铤导向器等，以提高钻探的效率和准确度。
3. 钻头钻头是螺杆钻具中的工作部件，负责切削地层并带出样品。
钻头通常由硬质合金制成，具有良好的耐磨性和切削性能。
常见的钻头类型有三角形PDC钻头、马鞍形PDC钻头和钻石钻头等。
钻头的选择根据具体的地质条件和钻探要求进行，不同的地层和岩石需要不同类型的钻头来进行切削。
此外，钻头的尺寸也是根据钻杆尺寸和孔径要求进行选择的。
4. 工作原理螺杆钻具通过旋转钻杆和钻头的方式进行钻探。
工作时，钻杆被插入地下并固定，钻机开始旋转。
旋转的钻杆通过螺杆钻杆传递给钻头，钻头开始切削地层。
同时，钻机向钻杆注入清洁液，清洗钻头和带出的地层样品。
清洁液还起到冷却和润滑钻头的作用，防止钻头过热和损坏。
当需要更换钻杆时，钻机停止旋转，钻杆插入或取出并进行连接。
然后，钻机继续旋转，钻杆重新传递给钻头，钻进作业继续进行。
5. 应用领域螺杆钻具广泛应用于石油和矿山行业的勘探和钻探工作中。
在石油勘探中，螺杆钻具可以用于开采石油井、天然气井和水井等。
在矿山行业中，螺杆钻具可以用于钻探煤矿、金矿、铁矿等。
此外，螺杆钻具还可以用于地下水调查、地质灾害勘察、建筑工程和科学研究等领域。
由于其操作简单、效率高，螺杆钻具成为现代勘探工作的重要工具。
螺杆钻具
第二节第节螺杆钻具(中国石油大学谭春飞主讲)目录一、概述1.井下动力钻具简介2.井下动力钻具发展概述3.井下动力钻具分类3井下动力钻具分类二、螺杆钻具简介、结构及分类1.螺杆钻具简介1螺杆钻具简介2.螺杆钻具结构3螺杆钻具分类3.螺杆钻具分类三、螺杆钻具各部分的工作原理1.旁通阀总成1旁通阀总成2.螺杆钻具马达部分万向轴总成3.万向轴总成4.传动轴总成一、概述1.井下动力钻具简介将动力发动机置于井底直接与钻头相联驱动钻头破碎岩石进行钻井的井下动力装置，称为井下动力钻具。
这种钻井方式称为井下动力钻具钻井。
特点：1)井下动力钻具钻井时，钻杆不转，只承受钻头的反扭矩，这样可1)井下动力钻具钻井时钻杆不转只承受钻头的反扭矩这样可改善钻柱的受力状况，减少钻柱与套管之间的磨损；2)井下动力钻具与转盘钻井相比，转速快，有利于提高机械钻速；3)可实现井身轨迹的定向控制。
4)可与转盘复合，实现复合钻井。
不仅可以实现旋转或滑动钻井，还可提高钻头转速，提高钻井速度。
还可提高钻头转速提高钻井速度2.井下动力钻具发展概况井下动力钻具发展概况世界上第个井下动力钻具的专利于1873年注册于美国，比转盘钻世界上第一个比转盘钻井的提出还早11年；但其真正应用是在20世纪20、30年代的前苏联。
前苏联作为全球主要应用涡轮钻具钻井的国家，在20世纪50年代中期以前，作为全球主应涡轮钻钻井的家在纪年代中期前前苏联80%以上的油井是用涡轮钻具钻成的。
20世纪30年代，法国工程师根据对阿基米德螺旋泵的研究成果设计了单螺杆泵。
1955年，美国戴纳公司(Dyna)在单螺杆泵的基础上研制开发单螺杆钻具，于1958年起开始出售商品，一时占领世界市场。
1966年，前苏联的苏井科学技研究院开始研制多头螺具全苏钻井科学技术研究院VNIIBT开始研制多头螺杆钻具。
井下动力钻具发展概况2.井下动力钻具发展概况随着定向井数目的增加，20世纪70年代，人们对螺杆钻具的兴趣与日俱增。
螺杆钻具
螺杆钻具导读：一、螺杆钻具的介绍；二、螺杆钻具的组成；三、螺杆钻具的工作原理；四、螺杆钻具的使用；五、螺杆钻具的优缺点；一、螺杆钻具的介绍螺旋钻具是一种渐进空腔型容积式孔底动力机，简称螺杆钻。
以泥浆、清水为动力介质，通过钻杆中心孔输送到孔底的螺杆钻，实质上是把液体压力能转换为机械能的一种能量转换装置。
钻探时，螺杆钻直接带动连接在其孔底传动轴上的岩心管和钻头回转，整个钻杆柱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。
采用螺杆钻钻探与常规钻探相比有许多优点，如钻杆磨损大幅度下降，钻速高。
它是打定向孔的主要器具，在钻探领域已发挥作用。
1955年，美国克利斯坦森矿山钻探制品公司根据莫因诺原理开始研究,于1964年首先取得成功,定名为“戴纳钻”;苏联于70年代初研究成功“凸”型螺杆钻;中国地矿部勘探技术研究所于80年代初研制螺杆钻成功。
至今生产螺杆钻的国家有美国、俄罗斯、中国、德国等。
螺杆钻最早是用来打垂直孔，现在主要用来打各种定向孔和特种工程孔（如矿井冻结孔）。
最大钻孔深度达9023米。
目前世界上螺杆钻最小直径为44.5毫米，最大直径为304.8毫米。
利用螺杆钻进行岩心钻探时,应在驱动轴与钻头间加上岩心管采取岩心。
螺杆钻由旁通阀、螺杆马达（转子和定子）、万向节、轴承和驱动轴几部分组成，其核心是螺杆马达。
在螺杆马达转子、定子传动副中,定子齿数Z1比转子齿数Z2多一个:即Z1=Z2+1。
它们的齿数比通常称为传动比,设计时,可任意选择(1:2,2:3,...,9:10)。
设计高转速的螺杆钻应采用小齿数比螺杆马达，而设计低速大扭矩的螺杆钻应采用大齿数比螺杆马达。
随着转子定子齿数比的增大,其效率逐渐趋于下降；螺杆钻的输出扭矩取决于通过马达的工作压力降，输出转速取决于通过螺杆马达工作介质的流量。
钻探时，仍然需要钻探机、泥浆泵、钻杆和钻塔等常规钻探装备。
施工定向钻孔时，要借助定向仪给造斜工具定向。
螺杆钻具的工作原理
螺杆钻具的工作原理螺杆钻具是一种常用于石油、天然气勘探和开采中的钻井工具。
它是由钻杆、钻头和旋转设备组成的。
螺杆钻具通过旋转提供动力，并利用钻头钻进地下，以从地层中开采矿藏。
螺杆钻具的工作原理主要包括以下几个方面：1.旋转机构：螺杆钻具的旋转机构通常由液压驱动的钻井机或钻机控制。
通过控制旋转机构的运行，可以提供持续且稳定的旋转力，使得钻头能够顺利地钻进地下。
旋转机构还会保持钻杆和钻头的轴向稳定，确保钻头能够垂直地钻入地下。
2. 钻杆：钻杆是螺杆钻具中连接钻头和旋转机构的部分。
一般由多节长的钢管组成，连接方式为螺纹连接，这样可以确保钻杆的稳定性和连接的强度。
在钻进地下时，旋转机构会将旋转力传递给钻杆，然后再传递给钻头，使其能够顺利地旋入地下。
3. 钻头：钻头是螺杆钻具的最重要的部分，其主要负责钻进地层并开采矿藏。
钻头通常由强度高、耐磨的材料制成，以应对高强度和高温环境下的工作条件。
钻头前端通常有一系列的切割牙，通过旋转和推进的方式将地层切割成小块，然后将其推出地面。
4. 钻井液系统：螺杆钻具在工作过程中需要使用钻井液，以保持钻杆和钻头的冷却，并将钻屑带回地面。
钻井液具有冷却、润滑、清洁和控制地层压力的功能。
同时，钻井液还能带走地层中可能存在的天然气或油，以确保钻井过程的安全。
5. 钻进过程：螺杆钻具的工作过程主要包括下钻和提钻两个步骤。
在下钻过程中，旋转机构提供旋转力，将钻头依次下放到井口。
钻头切削地层，生成钻屑后，钻井液会将钻屑带回到地面上。
当钻头穿过地层，继续下钻时，工人会在地面上添加新的钻杆，从而延长钻杆的长度。
在提钻过程中，旋转机构将钻杆缓慢提出地下，直到钻头完全退出井口。
总结起来，螺杆钻具的工作主要是通过旋转机构提供持续稳定的旋转力，使钻头能够旋入地下。
钻头通过切削地层，形成钻屑，并通过钻井液带回地面。
螺杆钻具是一种高效、可靠的钻井工具，在石油和天然气勘探开采中起着至关重要的作用。
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）
定向井专用工具介绍螺杆知识分享
定向井专用工具介绍一、用途螺杆钻具是造斜、扭方位、侧钻施工必不可少的工具。
直井作业也常用到。
二、结构螺杆钻具由旁通阀、马达、万向轴、传动轴和旋转钻头短节组成。
近几年，研制岀了不同弯曲角的弯螺杆，有单弯、同向双弯、异向双弯等。
三、工作原理螺杆钻具是靠循环钻井液的动能转化为旋转钻头破碎岩石的机械能的一种井下动力钻具。
钻井泵排除的钻井液流经旁通阀进入马达，在马达的进岀口形成一定的压力差，推动马达的转子旋转，并将扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，实现钻进的目的。
四、技术参数（以北石厂螺杆为例）1、螺杆钻具型号表示方法（表22）C 5 LZ 172 * 7.0 II -D K W F G2、螺杆钻具技术参数(表23多头，以北石厂螺杆为例)3、螺杆钻具技术参数(表24单头，以北石厂螺杆为例)钻具型号外径(mm) 流量冲空流量钻头钻速(r/min)马达压降(MPa)工作扭矩(N.m)最大扭矩(N.m)推荐钻压(kN)最大钻压(kN)最大功率(kW)长度(m)连接螺纹(API正规)上端下端LZ127*3.5 127 9.5〜18.5 355 〜560 2.5 576 1152 20 40 33.78 5.8 31/2 31/2 LZ165*3.5 165 12.6 〜22 275 〜480 2.5 935 1870 29 55 47 6 41/2 41/2 LZ197*3.5 197 19 〜28.4 275 〜415 2.5 1532 3064 54 83 66.6 6.2 51/2 65/8 LZ244*3.5 244 25.2 〜44 215 〜375 2.5 2632 5246 49 102 103 7.87 65/8 75/8 LZ100*7.0 100 4.7 〜11 280 〜700 5.17 650 1300 35 57 47.65 6.4 27/8 27/8 LZ120*7.0 120 6.33 〜15 245 〜600 4.0 790 1580 35 70 50 6.4 31/2 31/2 LZ127*7.0 127 9.5 〜19 345 〜690 3.1 712 1424 47 110 51.5 6.6 31/2 31/2 LZ165*7.0 165 15.8~25.2 350 〜550 4.1 1817 3634 80 160 104.7 7.3 41/2 41/2 LZ197*7.0 197 19 〜31.6 230 〜390 4.1 2928 5856 120 240 120 7.8 51/2 65/8 LZ244*7.0 244 38 〜63 240 〜400 4.1 6236 12472 213 329 261.2 9 65/8 75/84、螺杆钻具技术参数(表25空气或泡沫)钻具型号外径(mm) 流量/中空流量钻头钻速(r/min)马达压降(MPa)工作扭矩(N.m)最大扭矩(N.m)推荐钻压(kN)最大钻压(kN)最大功率(kW)长度(m)连接螺纹(API 正规)上端下端K5LZ95*7.0 95 5〜10 60 〜130 2 1000 1600 30 60 13.61 5.82>7/8 27/8K7LZ120*7.0 120 10 〜20 50 〜100 1.8 2770 4430 55 100 29.0 6.2 31/2 31/2 K7LZ172*7.0 172 22 〜38.5 50 〜100 2.4 6000 9600 150 300 62.8 6.7 41/2 41/2 K7LZ197*7.0 197 33.5〜56.7 50 〜80 2.4 11000 17600 200 38092.2 6.9 51/2 65/8四•螺杆钻具使用方法1.地面检查(1)螺杆上、下接头(旋转钻头短节)是否有松扣或松动现象，如有松扣现象进行紧扣。
螺杆钻具原理
螺杆钻具原理
螺杆钻具是一种常用的钻井工具，它在石油、天然气和地热等领域有着广泛的
应用。
螺杆钻具的原理是利用旋转的钻头将地层岩石破碎，并通过钻杆将岩屑输送到地面，同时实现对井眼的稳定和润滑。
下面我们将详细介绍螺杆钻具的原理及其工作过程。
首先，螺杆钻具由钻头、钻杆和钻井液系统组成。
钻头是螺杆钻具的关键部件，它通过旋转和下压来破碎地层岩石。
钻杆则是连接钻头和钻机的部件，它能够传递旋转力和下压力到钻头，同时还能输送岩屑和钻井液。
钻井液系统则是用来冷却钻头、稳定井眼和输送岩屑的液体系统。
其次，螺杆钻具的工作过程可以分为下压、旋转和输送三个阶段。
在下压阶段，钻机通过钻杆向下施加压力，使钻头对地层岩石进行破碎。
在旋转阶段，钻机通过钻杆对钻头进行旋转，以加大破碎效果。
在输送阶段，钻井液系统通过钻杆将岩屑输送到地面，并同时实现对井眼的稳定和润滑。
最后，螺杆钻具的原理是利用下压、旋转和输送三个基本动作来完成钻井作业。
通过不断地重复这三个动作，螺杆钻具能够高效地完成钻井作业，同时还能够减少钻头的磨损和延长钻头的使用寿命。
此外，螺杆钻具还能够适应不同地质条件和井眼要求，具有较强的适用性和灵活性。
总之，螺杆钻具是一种高效、灵活的钻井工具，其原理是利用下压、旋转和输
送三个基本动作来完成钻井作业。
通过不断地改进和优化，螺杆钻具在石油、天然气和地热等领域有着广泛的应用前景。
希望本文能够对螺杆钻具的原理有所了解，并为相关领域的工作者提供一些参考和帮助。
螺杆钻具原理
螺杆钻具原理
螺杆钻具是一种在石油钻井中广泛应用的钻井工具，它以其高效、稳定的性能受到了广泛的认可。
螺杆钻具的原理是利用螺杆的
旋转和推进作用，通过钻头对地层进行钻进，实现地下资源的开采。
下面我们将详细介绍螺杆钻具的原理及其工作过程。
螺杆钻具主要由钻杆、钻头、钻柱、钻井液系统等部分组成。
在钻井作业中，螺杆钻具通过钻杆的旋转和推进，使钻头不断地对
地层进行冲击和切削，从而达到钻井的目的。
螺杆钻具在工作过程中，钻头受到的载荷主要包括旋转力矩、推进力和钻进压力等。
螺杆钻具的工作原理是利用钻柱的旋转带动钻头进行旋转，同
时通过钻柱的推进使钻头对地层进行冲击和切削。
在钻井液系统的
作用下，钻屑被冲出井口，从而保证了钻井的顺利进行。
螺杆钻具
的工作过程中，需要保证钻杆的旋转和推进的稳定性，同时要保证
钻头对地层的切削效果。
螺杆钻具的工作过程中，需要注意以下几点，首先，要保证钻
头的切削性能良好，从而保证钻井的进度和效率；其次，要保证钻
杆和钻头的稳定性，防止出现卡钻等意外情况；最后，要保证钻井
液系统的正常运行，保证钻屑能够被有效地冲出井口。
总的来说，螺杆钻具是一种高效、稳定的钻井工具，它的工作原理是利用钻柱的旋转和推进，通过钻头对地层进行冲击和切削，从而实现地下资源的开采。
在实际的钻井作业中，需要保证钻头的切削性能良好，同时要保证钻杆和钻头的稳定性，以及保证钻井液系统的正常运行。
只有这样，才能保证钻井作业的顺利进行，实现地下资源的有效开采。
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4、没进尺 可能原因（！）：地层变化 解决办法：适当改变钻压和排量。 可能原因（2）：万向轴损坏 解决办法：钻压增加，泵压不升高或变化不
马达简介
-----定向井塘沽基地 沙新华 2003.7.28
目录
前言 马达工作原理 马达的组成 马达型号说明 使用须知 故障分析和解决办法 有关概念和补充 调马达弯角
前言
第一根马达生产于1956年，现在已广泛应用 于油田各类井作业中（包括直井、普通定 向井、水平井、开窗侧钻井、多底井、分 支井等）具有很大的优越性。
在生产工艺上由普通机床改为立式加工中心
螺杆钻具
万向轴壳体 我公司现生产的万向轴壳体有直壳体和弯壳体。为了适应钻井市场的需求
在原有弯壳体的设计双弯壳体（同向双弯壳体和反向双弯壳体）和钻台可调节 弯壳体（0°-2°、0°-3° 、0°-4°）
弯接头
1.5°
上壳体 定位套 下壳体
可调弯壳体 0°
螺杆钻具
阀进入马达，在马达进出口处形成一定压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。螺杆钻具的性能 主要取决于螺杆马达的性能参数。
旁通阀总成
马达总成
万向轴总成
传动轴总成
螺杆钻具
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，使钻柱中泥 浆循环绕过不工作马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。
对井底温度的要求：温度过高对马达性能 十分不利。使用油基泥浆井底温度低于950C 马达工作状态最佳。当温度超过1500C时， 即使使用最佳的油基泥浆甚至使用水基泥 浆马达定子橡胶寿命也会大幅度缩短。
使用须知
为使马达在较高的泥浆下正常工作，可采 用分段下钻、间歇循环，使用带分流孔的 空心转子，以加速循环或改善泥浆 的散热 性及其它性能的方法，保证实际定子工作 温度低于极限值。
转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的螺旋密封线，
同时形成密封腔。随着转子在定子中的转动，密封腔沿着轴向移动， 不断的生成与消失，完成其能量转换，这就是螺杆马达的基本工作原 理。
定子
转子
密封舱
螺杆钻具
马达总成：
马达定子一个导程组成一个密封腔，也称为一级。每级额定工作压降为0.8Mpa, 最大压降为额定工作压力的1.3倍，如四级马达，额定压降应为3.2Mpa,最大压降为 4.2Mpa。压降超过此值马达就会产生泄漏，转速很快下降，严重时会完全停止转动， 甚至造成马达损坏，用户应特别注意。
PDC钻头： PDC钻头不仅适用于造斜，更 实用于钻井周期较长的作业，如一只钻头 钻一个专门井眼作业、直井作业。
提高马达和钻头的使用寿命也是一个重要 的因素。
使用须知
改善传动轴的稳定性，如加稳定器，对提 高马达寿命发挥马达性能是有帮助的。考 虑钻头金刚石的几何尺寸、布置方位、钻 压与要求马达转速高、钻压低的甚密关系。
马达总成方面主要对橡胶的配方进行改进，进一步提高综合性能延长了使 用寿命：
2002年6月至今,发往各油田500多根,我们对此进行跟踪调查，反馈的情况 无一例掉块脱胶现象。以上是中海技服使用报告，取得了较好的效果。
螺杆钻具
万向轴总成 ： 立林螺杆钻具的瓣齿型万向轴采用线切割技术制成，切
口平行度高，粗糙度可达 6.3且不破坏金属化学成分，因此使 用寿命高、机械损失小。球传动万向轴采用球、杆、绞连接 方式传递扭矩大，采用密封套密封的油润滑比泥浆润滑的磨 损小。
故障分析与排除
1、泵压突然升高： 可能原因（1）：马达制动 解决办法：把钻具上提1米左右，核对循环 压力，逐步加钻压，泵牙随之逐步升高， 均正常，可确认是制动。 可能原因（2）：马达传动轴卡死，钻头水 眼被堵 解决办法：把钻头提离井底，泵压仍然很高，
起钻检查。
2、泵压缓慢升高（不指随井深增加而增加） 可能原因（1）钻头水眼被堵
中空转子马达 ：
流经马达密封腔的流 量为Qm，通过马达喷 嘴的流量Qz 即：总流量 Q=Qm+Qz 设定马达转速n 值计 算Qm 值
QM nq (L / s) 60
容积效率v 取 0.90 ∴ Qz = Q – Qm (L/s)
喷嘴直径
898 p Q2
d 4
z (s) Qz---转子喷嘴的流量 (L/s) Q----中空转子马达的总流量 (L/s) v ---容积效率 马达压降P = Pst + Pop ∆Pst——马达启动压降(MPa) ∆Pop——马达工作压降(MPa) ρ——泥浆比重(kg/L) 计算公式中q为中空转子马达的每 转排量 (L/r)其数值参见下表。
使用须知
钻井液中不要混有各种气体，因为混有气 体的钻井液在马达中压力的变化下容易产 生“气蚀作用”，加速钻具的损坏，尤其 是定子橡胶更容易被气蚀。
使用钻头的选择：
与马达一起使用的钻头在选择上是十分重要 的问题。在马达是否能成功的发挥作用的 几个因素中，钻头与马达的匹配是最重要 的。
使用须知
牙轮钻头：这类钻头在与马达配合使用时， 更实用于钻井周期不长的作业，如造斜、 侧钻等。
在泥浆密度、 喷嘴尺寸和马达流量为定量时，流经转子喷嘴的流量和流 经马达密封腔的流量总是随负载变化而变化的。钻头离开井底，马达负载近 似为零，此时流经转子喷嘴流量最小，而流经马达密封腔的流量最大。钻头 钻进，使马达压差不断增加，使流经转子喷嘴流量增加，而此时流经马达密 封腔流量减少。
中空 转子
螺 杆钻具
马达是以泥浆为动力的一种井下动力 钻具。泥浆泵泵出的泥浆液流经旁通 阀进入马达，在马达进出口处形成一 定压差，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。
马达的组成
马达由旁通阀、马达、万向 轴和传动轴四大总成组成。 以下分别进行介绍。
螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下动力钻具，由旁通阀、马 达、万向轴和传动轴四大总成组成 。泥浆泵泵出的泥浆液流经旁通
常用马达分为：
1、直马达（Straight Drill) 2、单弯壳体马达（Single Bent Shell) 3、反向双弯马达（DTU） 4、同向双弯马达（Homo Double) 5、可调马达（AKO）
• 马达
马达
反向双弯外壳 扶正器 钻头
DTU组合
扶正器 钻头
同向双弯外壳
马达工作原理
为了确保马达的密封效果，转子与定子之间的配合尺寸与不同井深的温度有关,
因此在选择钻具时应尽可能准确地提供给厂家钻具应用场所的井温情况，以便推荐 使用松紧配合状态适合的马达。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，甚至马达磨损加快。
马达的输出扭矩与马达的压降成正比，输出转速与输入泥浆量成正比，随着
传动轴总成 ：
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。我公司制造的钻具传动轴总成有两种结构：
一、钻头水眼压降为7.0Mpa，采用硬质合金径向轴承和中间有一组 推力轴承的传动轴总成（如下图）：
二、钻头水眼压降为14.0Mpa，采用硬质合金径向轴承和金刚石复 合片（PDC）的平面止推轴承，其寿命更长、承载能力更高。
泵压与钻压的特点：
马达空转时，如保持排量不变，马达与钻 头的压降为一个常数。马达工作时，随着 钻压逐步增加，泥浆循环压力逐步上升， 该压力的增量与钻压的增量成正比。继续 增加钻压当泥浆在马达两端产生的压降超 过大设计值时马达制动，马达将发生泄漏。
此时定子与转子间密封破坏（定子被压缩）， 泥浆通过破坏的马达密封腔从钻头水眼中 流出，泥浆流过马达而不旋转钻头。
1.提高钻头转速 2.降低钻压 3.减少套管及钻具的磨损 4.提高机械钻速
5.准确进行造斜、降斜、扭方位
6.兼具定向和旋转钻进功能。
7.寿命长，能进行周期较长的延伸井段和直井 钻进
本文参考立林马达、大港马达、Anadrill马 达手册编写。主要介绍马达的工作原理、 性能、故障分析、使用要求及注意事项、 调马达弯角等。
普通定子：额定温度：950C，最高温度 1200C。耐高温定子：额定温度：1050C，最 高温度1500C。
使用须知
对泥浆排量的要求：
马达特点之一，输出转速与泥浆排量成正比。 每种马达都有一定的排量范围，要按推荐 参数进行选择，否则会降低马达的工作效 率和使用寿命。如果接近或超过最大排量 时转子可能超速旋转，定子和转子会提前 损坏。
花瓣型万向轴总成
球传动万向轴总成
可调弯壳体万向轴总成
传动球 密封套
承压球
1.球传动万向轴采用橡胶套密封工作部分隔离钻井液，内部注入高 温润滑脂润滑摩擦副，更好保护了工作表面;
2.球传动万向轴工作面均进行特殊表面处理，使其表面硬度、抗高 温性相对提高；
3.传动球及承压球采用高强度钢球，不易磨损变形。 通过以上改进使球传动万向轴耐磨性、可靠性得到进一步提高， 工作寿命相应延长。现在我公司90%钻具都以使用此种结构万向轴。
负载的增加，钻具的转速有所降低，因此在地面只要根据压力表控制压力，根据流 量计控制泵的流量，就可以控制井下钻具的扭矩和转速。
定子
转子
密封舱
螺 杆钻具
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。我公司可根据用户需求，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：
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，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。
泥浆
泥浆
泥浆