螺杆钻具技术演示

步骤一:分别卡住 上壳体与调整滑套， 转动上壳体，施加 扭矩松开连接，松 扣最多一圈。 步骤二:分别卡住 调整滑套与下壳体， 逆时针转动下壳体 至所要求的角度刻 度线与调整滑套上 刻度线对正。 步骤三:分别卡住 调整滑套与上壳体， 转动上壳体，施加 扭矩上紧连接。 步骤四:分别卡住 调整滑套与下壳体， 并施加100％的额 定扭矩上紧，调整 弯度完毕。
2、传动轴防掉： 2）反扣锁紧套锁紧 原理:采用反扣螺纹防止传动轴下短 节脱扣，同时增加锁紧套，反向锁 紧。这样有效防止下短节脱落造成 的传动轴内部零件脱落；另外水帽 尺寸大于传动轴壳体内径尺寸也起 到双重作用。
2、传动轴防掉： 3）传动轴下端轴头处优化设计 改进了传动轴下端结构，增加了 强度，消除了应力集中，防止传 动轴下端轴头断裂落井。
钻柱动力学的部分模型和输出图例
（一）、先进的设计技术:
应用多项先进的ANSYS软件技术， 如静力有限元分析、振动分析、流体 动力学分析、疲劳寿命预测等技术， 开展了螺杆钻具的零部件力学分析和 结构优化，形成了较为完整的螺杆钻 具设计与分析体系，为新型螺杆钻具 开发提供了强有力的理论支撑。
有限元分析的部分输出图例
五、中成-螺杆钻具的下一步发展方向
1、适用于空气与泡沫介质的螺杆钻具研制：
2、螺杆钻具马达定子高性能橡胶配方的研究：
3、螺杆钻具硬质合金表面涂层转子的研究：
硬质合金耐磨涂层
4、小尺寸螺杆钻具的研制：
5、等壁厚定子的螺杆钻具研制：
等壁厚定子
橡胶
橡胶
常规定子
每种规格的螺杆钻具都给出了其所能承受的马达负载压力 降与钻压的范围，在钻进过程中，应根据进尺来优选泵压
和钻压，从而获得满意的机械钻速。
螺杆钻具在一定的排量前提下，钻压加到钻头，马达产生 一定范围的压差，从而作为判断螺杆是否正常工作的重要 依据之一。 钻压的大小影响螺杆钻具工作的压差。加到螺杆上的钻压 越大，马达压差就越大，过大的压差会造成马达滞动，甚 至损坏螺杆内部结构；钻压过小，钻时变慢，不能充分发 挥马达效率。
传 动 轴 总
成
组 装 演 示
5、中成-螺杆钻具整体组装演示：
二、中成-螺杆钻具的防掉设计特点
1、防掉短节＋拉杆＋防掉螺母：
原理：如防掉短节以下螺纹连接 处脱扣或外部件断裂时钻具整体 下移，防掉螺母挂在防掉短节的 挡盘上，防止发生钻具落井事故。
2、传动轴防掉： 1）通过半环或销钉防掉 原理:如果传动轴上部水帽螺纹连 接处脱扣或断裂时 一种结构是防掉半环下移挂在 下短节内部台阶上，防止传动轴 落井。 另一种结构是下短节上安排有 销钉孔，由四个防掉销钉挂在传 动轴凹槽里，防止传动轴脱落。
3、使用螺杆钻具的优点： 提高钻速，缩短周期，降低成本。
减少钻杆磨损和动力传递损耗。
准确造斜、定向、纠偏，提高工程质量。
用于水平井、丛式井，提高钻井的经济 效益。
复合直井钻进，减少起下钻次数。 缩短钻井周期，抑制对油气层的污染。
4、中成-螺杆钻具的结构：
(1)、旁通阀总成
原 型 传 动 轴 改 进 型 传 动 轴
新传动轴结构的特点：
1、去掉偏心套，改成光轴，减少应力集中。
2、加大传动轴轴径，提高抗剪切强度。
3、改用圆柱销防止下TC动套打转，避免传动轴磨损。
传动轴原结构 传动轴新结构
3
2
1
3、加强螺杆钻具两端API扣型加工质量管理，确保 互换性、连接稳固有效。
三、中成-螺杆钻具的技术研发特点
(4)、传动轴总成
作用:传动轴总成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。
组成：基本上由串轴承、径向轴承、传动轴、壳
体及其它零部件组成。 串轴承为多列向心推力球轴承，在钻头悬离 井底空转时，主要承受整个液柱的向下推力和转 子、万向轴、传动轴及钻头的重量；在钻头座于 井底时承受工作状态所施加的钻压合力。
径向轴承为滑动轴承，上、下各有一组，主
要用来承受转子作行星运动引起的弯曲载荷和钻 头的侧向力。
(4)、传动轴总成--油密封式传动轴总成 作用:改善轴承工作环境，减少了
各轴承的磨损，大大提使用时间超过150h， 203和244螺杆使用寿命超过200h。
当使用的排量接近或超过最大排量时，转子会超速旋转， 定子的负载频率会增加，这些都会导致马达提前损坏。
使用中空马达分流，可以突破推荐排量上限，提高泥浆在
环空的返速，以便于迅速清除被钻头破碎的岩屑。 当使用中空马达时，应根据实际排量、泥浆密度等参数， 选用配带有合适分流水眼的中空转子。
5、对泵压和钻压的要求：
大港中成螺杆钻具技术介绍
中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 大港中成机械制造有限公司 2008年5月28日
大港中成螺杆钻具技术─为钻井工业提供强劲动力
报 告 提 纲
螺杆钻具结构与工作原理 螺杆钻具防掉设计特点 螺杆钻具技术研发特点 螺杆钻具选型与注意事项 螺杆钻具下一步发展方向
一、中成-螺杆钻具的结构与工作原理
8、使用螺杆钻具时注意事项：
当导向钻进时，转盘（或顶驱）的转速不得超过 75rpm（转/分）。
当螺杆钻具弯壳体角度在1°30′以上时，严禁转
盘（或顶驱）转动。 避免顿钻或将螺杆直接座入井底。
施加钻压要均匀，不顿不溜，也不能太猛。
严禁异物进入马达。 尽可能避免马达发生频繁制动。
6、合理配用钻头及水眼：
中成-螺杆钻具与PDC钻头完全匹配，特别适用于周期较长
的直井作业，可大幅提高机械钻速，减少起下钻时间和钻 具套管的磨损，降低钻井成本，获得显著的经济效益。
中成-螺杆钻具也可与牙轮钻头配合使用，考虑到螺杆的转
速相对较高，应选择高硬度级别的牙轮钻头。 中成-螺杆钻具的轴承润滑和冷却主要依赖于钻井液，而流
控制泥浆性能的稳定，保持适当粘切，增强泥浆携砂能力。 避免使用粗劣的堵漏材料，防止堵塞或破坏螺杆钻具。
4、控制输入泥浆排量和输出转速：
螺杆输出转速与输入泥浆排量成正比。每种规格的马达都
有其推荐的最大和最小排量值。 螺杆的最佳使用排量是其最大允许使用排量的70%左右，既
能获得足够的扭矩和转速，也可以获得较长的使用寿命。
1、中成-螺杆钻具的工作原理：
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。
2、螺杆钻具的发展情况： 1985年，国内首家引进美国Dyna钻具技术 和装备； 2003年，投资3800万元资金进行技术改造， 力争达到钻具使用寿命稳定在200小时以上； 2005年，技改投资项目顺利完成； 2006年，集团公司又投资3000多万进行二 期改造扩大产能，到2007年底实现3个亿的 年生产能力。
（二）、先进的加工设备:
奥地利数控转子铣床
奥地利数控转子抛光机
德国DESMA注胶机
美国SWF电加热硫化罐
美国15U数控车床
美国15VC数控铣床
（三）、可靠的质量保证:
1、定子橡胶加工检测
橡胶DIN磨耗机
橡胶ASTM—D2632垂直弹性试验机
1L双转子实验室密炼机
炭黑分散仪
2、定子橡胶内窥镜 3、金属探伤仪
3、对使用泥浆的要求：
中成－螺杆钻具在油基泥浆和水基泥浆中均可有效使用． 由于油有引起定子橡胶溶胀的趋势，因此，油基泥浆的苯 胺点和井底的循环温度必须考虑。低等级的柴油基泥浆应 该避免。推荐使用低芳香烃、低毒的油基泥浆。 泥浆中氯化物的含量应当控制，以减少其对转子及钻具配 件的腐蚀。
严格四级净化，控制泥浆中的含沙量，推荐不超过0.3%。
（一）、先进的设计技术:
1、中成马达线型设计软件
（一）、先进的设计技术:
2、定转子模拟设计软件
（一）、先进的设计技术:
3、定转子模拟加工软件
（一）、先进的设计技术:
4、可逆向转子测量软件
（一）、先进的设计技术:
5、螺杆钻具动力学和现代CAE研究 开展螺杆钻具等井下钻具的结构安全性评价和最优 使用参数评价是预防井下安全事故的重要技术手段。 特别是在深井、超深井和大位移井中，螺杆钻具的 综合评价对井下安全作业尤为重要。 立足三维井眼全井钻柱系统动力学，结合不同井型 （直井、水平井、大位移井、开窗侧钻井等），开展了 钻井参数、井身结构、钻具组合等对螺杆钻具输出性能 及相关钻井技术指标的影响研究。
于防止因定子及以下部分断裂造成的 落井事故。
马达总成包括定子和转子，定转子是马达总成的核心部件。
为了适应不同钻井工况，开发了各种规格及性能的马达总成， 目前的规格型号涵盖了从73－286各种规格尺寸，并且每种规
格又包括不同扭矩和转速的型号。
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；对转子表面碳化钨超音速喷涂， 适用于饱和盐水泥浆。
4、马达、整机试验台架
四、中成-螺杆钻具的选型与注意事项
1、螺杆钻具规格型号选择原则：
作业安全原则：在满足井眼环空要求的前提下尽量 选用大规格螺杆钻具，以增加其强度和提供足够大 的扭矩。
排量合适原则：每种马达都有一个合适的工作排量 范围，应根据实际的泥浆排量来优选螺杆马达，使 马达发挥最佳状态。如果排量超过推荐范围，应采 用中空马达分流。
额定温度 普通定子 高温定子
最高温度
95℃ 135℃
120℃ 150℃
马达总成组装演示
(3)、万向轴总成 作用:将转子的偏心运动转化 成传动轴的 定轴运动。
万向轴常用的除花瓣式万向轴外，还有
挠性轴、密封球铰接式万向轴；万向轴 壳体分为直壳体、固定角度弯壳体和可 调弯壳体。