螺杆钻具详细介绍课件
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螺杆钻具演示
传动轴总成
马达总成
旁通阀总成
螺 杆 钻 具
旁通阀总成：
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
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 浆循环绕过不经过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。
1LZ203Bx7.0- Ⅷ L 技术参数：
钻具参数 公称直径 马达头数 马达级数 井眼尺寸 钻头螺纹 连接螺纹 钻头水眼压降 流量 钻头转数 马达工作压力降 马达最大压力降 工作扭矩 最大扭矩 功率 工作钻压 最大钻压 钻头至弯点距 钻具全长 英制 8 in 1:2 4 97/8-121/4 in 65/8 REG 65/8 REG 200-1000 psi 120-250 gpm 122-245 rpm 466 psi 659 psi 1007 ft-lb 1338 ft-lb 62 hp 22000 lb 37400 lb 69 in 266 in 公制 203 mm 1:2 4 251-311 mm 65/8 REG 65/8 REG 1.4-6.9 MPa 465-9305 lpm 122-245 rpm 3.2 MPa 4.25 MPa 1366 N.m 1814 N.m 47 Kw 10 T 17 T 1752 mm 6760 mm
251-311 mm
65/8 REG 65/8 REG 1.4-6.9MPa 1113-2225 lpm 77-141 rpm 3.2 MPa 4.25 MPa 5022 N.m 6700 N.m 99 Kw 15 T 20 T 1752 mm 6760 mm
螺杆钻具
使用注意事项
根据钻井条件，选择合适的钻具类型和合理的钻进参数， 以提高钻具的工作效率。 入井前检查。动力钻具两端连接螺纹、台阶及外壳有无变 形；旁通阀是否灵活好用；轴承磨损程度不能超过规定标 准。 入井前要试运转。试运转正常后方可入井。 入井时要控制下钻速度，遇阻不得硬压、硬砸。 钻进时要均匀送钻，防止溜钻、顿钻。钻进中要密切注意 泵压表的压力变化，当发现泵压突然上升时，要及时提起 钻具，重新加压钻进。 要保持钻井液清洁，含沙量不大于0.5% 动力钻具起出后，要认真检查旁通阀，并把钻具内的钻井 液排净。
4、螺杆钻具的结构
尽管生产螺杆钻具的厂家较多，形式 代号各异，的但其结构都源于代纳和纳维钻 具，就代纳钻具和纳维钻具而言，旁通阀和 轴承部分的结构有所不同外，其余部分基本 相同。
4、螺杆钻具的结构
由旁通阀总成、马达总成、万向节总成、传动轴总成组成。
万向轴总成 防掉总成
传动轴总成
马达总成
旁通阀总成
螺杆钻具的使用
1、钻压：
合理工作钻压确定的步骤： （1）、确定实际工作流量； （2）、计算钻头压降； （3）、确定最佳钻压； （4）、确定允许的最大钻压； （5）、确定合理钻压。
螺杆钻具的使用
井眼与钻具准备： （1）井眼畅通，确保螺杆钻具顺利下到井底。 （2）处理好钻井液，含沙量不得大于1%，并清 除纤维质杂质。 （3）测量起下钻摩擦阻力和循环压降。 （4）用通井规对所用钻具进行通径，防止钻具水 眼中的杂物堵塞定向接头、螺杆钻具、钻头水 眼。
定子 橡胶 衬套 定子 壳体 转子
马达总成的作用
是将钻井液的液压动能驱动转子转动，而转子将液 压动能转变为钻头破碎岩石的机械能。 马达总成是螺杆钻具的动力源，转子不转时，钻井 液不能通过马达。由于定子螺旋腔的导向作用，高 压液迫使转子转动，并使钻井液从上一个空腔流入 下一个空腔。流量越大、越 快，马达的输出功率也越大。 不同型号的马达最优流量是 不同的。
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。
石油螺杆钻具介绍
感谢观看
01
02
03
油气勘探
用于钻探油气藏，确定油 气藏的位置和储量。
地热开发
用于钻探地热资源，为地 热发电和供暖提供支持。
地质勘查
用于钻探地质构造，了解 地下岩层分布和地质构造 特征。
02
石油螺杆钻具的组成
转子
总结词
核心旋转结构
详细描述
转子是石油螺杆钻具的核心旋转结构，通过转子的旋转产生钻井所需的扭矩和 转速。转子通常采用高强度材料制成，具有较高的耐磨性和耐腐蚀性。
04
定期检查
定期对螺杆钻具进行检查，确保 其性能稳定、安全可靠。
维护与保养
01
02
03
04
清洗与检查
每次使用后彻底清洗螺杆钻具 ，检查其外观和性能是否正常
。
润滑与保养
定期对螺杆钻具进行润滑保养 ，延长其使用寿命。
维修与更换
对于损坏或磨损严重的部件， 应及时维修或更换。
存储环境
确保螺杆钻具存储在干燥、通 风的环境中，避免长时间暴露
石油螺杆钻具适用于中小型钻井作业，对 于大规模钻井作业，传统钻井方式可能更 具优势。
04
石油螺杆钻具的选型与使用
选型因素
钻井需求
根据钻井的深度、地层 条件、钻井液类型等， 选择适合的螺杆钻具型
号。
钻机匹配
确保所选螺杆钻具与钻 机功率、转速等参数相 匹配，以充分发挥钻井
效率。
可靠性
成本效益
优先选择具有良好口碑 和稳定性能的螺杆钻具
市场需求增长
随着全球能源需求的增加，石油 和天然气勘探开发市场不断扩大， 带动了石油螺杆钻具市场的增长。
市场竞争加剧
随着技术的进步和市场的扩大， 越来越多的企业进入石油螺杆钻 具领域，市场竞争日趋激烈。
01
02
03
油气勘探
用于钻探油气藏，确定油 气藏的位置和储量。
地热开发
用于钻探地热资源，为地 热发电和供暖提供支持。
地质勘查
用于钻探地质构造，了解 地下岩层分布和地质构造 特征。
02
石油螺杆钻具的组成
转子
总结词
核心旋转结构
详细描述
转子是石油螺杆钻具的核心旋转结构，通过转子的旋转产生钻井所需的扭矩和 转速。转子通常采用高强度材料制成，具有较高的耐磨性和耐腐蚀性。
04
定期检查
定期对螺杆钻具进行检查，确保 其性能稳定、安全可靠。
维护与保养
01
02
03
04
清洗与检查
每次使用后彻底清洗螺杆钻具 ，检查其外观和性能是否正常
。
润滑与保养
定期对螺杆钻具进行润滑保养 ，延长其使用寿命。
维修与更换
对于损坏或磨损严重的部件， 应及时维修或更换。
存储环境
确保螺杆钻具存储在干燥、通 风的环境中，避免长时间暴露
石油螺杆钻具适用于中小型钻井作业，对 于大规模钻井作业，传统钻井方式可能更 具优势。
04
石油螺杆钻具的选型与使用
选型因素
钻井需求
根据钻井的深度、地层 条件、钻井液类型等， 选择适合的螺杆钻具型
号。
钻机匹配
确保所选螺杆钻具与钻 机功率、转速等参数相 匹配，以充分发挥钻井
效率。
可靠性
成本效益
优先选择具有良好口碑 和稳定性能的螺杆钻具
市场需求增长
随着全球能源需求的增加，石油 和天然气勘探开发市场不断扩大， 带动了石油螺杆钻具市场的增长。
市场竞争加剧
随着技术的进步和市场的扩大， 越来越多的企业进入石油螺杆钻 具领域，市场竞争日趋激烈。
螺杆钻具PPT
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
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 (mm)
P
Qm---马达密封腔流量 (L/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。
螺杆钻具
传动轴外壳带有不同直径和不同形状的稳定器（见下图），用户可根 据钻井工艺的需要选择使用。
直棱稳定器 五瓣、三瓣螺旋稳定器
三瓣偏心稳定器 五瓣、三瓣球型稳定器
螺杆钻具
螺杆钻具型号说明 ：
例：5LZ165×7.0LL 表示为转子头数与定子头数比为5﹕6的、外径为165mm螺杆
钻具，钻头水眼压降为7.0Mpa。LL(立林)。
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。
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
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 (mm)
P
Qm---马达密封腔流量 (L/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。
螺杆钻具
传动轴外壳带有不同直径和不同形状的稳定器（见下图），用户可根 据钻井工艺的需要选择使用。
直棱稳定器 五瓣、三瓣螺旋稳定器
三瓣偏心稳定器 五瓣、三瓣球型稳定器
螺杆钻具
螺杆钻具型号说明 ：
例：5LZ165×7.0LL 表示为转子头数与定子头数比为5﹕6的、外径为165mm螺杆
钻具，钻头水眼压降为7.0Mpa。LL(立林)。
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。
螺杆钻具和钻头介绍
钢制钻头
适用于钻硬度较低的岩 层，价格相对较低，但 耐磨性较差。
PDC钻头
适用于钻硬度高、研磨 性强的岩层，切削效率 高，但价格较高。
复合钻头
由硬质合金和钢制刀片 组成，适用于各种岩层， 切削效率较高。
钻头的工作原理
切削原理
钻头通过切削作用将岩石破碎， 切削刃的形状和角度对切削效果
有很大影响。
冲击原理
螺杆钻具和钻头介绍
目录
• 螺杆钻具介绍 • 钻头介绍 • 螺杆钻具与钻头的配合使用 • 螺杆钻具和钻头的维护保养 • 螺杆钻具和钻头的发展趋势
螺杆钻具介绍
01
螺杆钻具的种类
01
单螺杆钻具
由单根螺杆构成，主要用于旋转切削和钻孔作业。
02
双螺杆钻具
由两根反向旋转的螺杆组成，主要用于深孔和高强度材 料的钻孔作业。
使用寿命。
调整与校准
03
在维护保养过程中，需要根据需要进行调整和校准，以确保其
正常运转和提高钻孔质量。
05 螺杆钻具和钻头的发展趋势
螺杆钻具的发展趋势
1 2
高效能
随着钻井技术的不断进步，对螺杆钻具的效率要 求也越来越高，研发高效能的螺杆钻具成为行业 趋势。
耐高温
随着钻井深度的增加，井底温度逐渐升高，对螺 杆钻具的耐高温性能提出了更高的要求。
谢谢聆听
螺杆钻具的应用场景
建筑行业
用于混凝土、岩石等材料 的钻孔作业，如建筑物的 墙体、地面和桥梁的钻孔。
采矿业
用于对矿体进行钻孔作业， 如矿山的开采、勘探和地 下工程的施工。
制造业
用于机械零件、模具和设 备的钻孔作业，如金属板 材、管道和容器的打孔。
02
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。
螺杆钻具技术演示
（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。
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。
经轴承的泥浆大小取决于钻头水眼压降。因此，为了保证
轴承的寿命，钻头水眼压降应控制在给定的范围内。 合理匹配钻头水眼，形成充分的井底不对称流场，增强泥 浆对井底及钻头的清洁、冲洗作用，有利于提高机械钻速。
7、下钻时注意事项：
在高温井或压力上升井段下钻时，要低速泵入泥 浆灌满钻柱并间断进行循环以防止钻头喷嘴堵塞 或防止高温造成定子的损坏。 当钻头下放至预定深度开始延伸钻进前，先上提 钻杆或缓慢转动以防止损坏套管或划出新眼。
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。
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：
第五节 螺杆钻具
壳体
2.马达的结构及工作原理
①马达的组成及结构 马达是螺杆钻具的动力部 件，马达总成实际上是由转子 和定子两个基本部分组成的单 螺杆容积式动力机械。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。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。 图4.5.5 马达的组成
扭矩 转速 功率
螺杆压降
图4.5.9 螺杆钻具的理论工作曲线
分析公式可看出：
①螺杆钻具的转速只与排量和结构有关，而与工况(钻压、扭矩等)无 关；工作扭矩与压降和结构有关，而与转速无关，转速和力矩是各自独立的 两个参数； ②螺杆钻具具有硬转速特性：压降增加可使工作转矩M变大，不因负载 增大而降低转速,具有良好的过载能力； ③工作扭矩变化，螺杆压降变化，因此可由泵压变化来判断井下螺杆钻 具的工况； ④转速随排量Q的变化而线性变化，可通过调节排量Q调节螺杆马达的转 速。 ⑤工作扭矩与转速均与结构参数有关，增大马达的每转排量，可得到低 速大扭矩特性。螺杆钻具的头数越多，每转排量越大，马达的转速越低扭矩 越大（如图4.5.10）。
2.弯角与造斜率的关系(图4.5.20) 弯角越大，造斜率越高，但在旋转钻井时转速受到限制。因此复合钻井 时应在满足造斜率的前提下采用弯角较小的螺杆。
弯 角 角 度
转 速 造斜率
图4.5.20 弯角与造斜率的关系
定子 转子
转子线型和定子线型是一对摆线类共轭曲线副（图4.5.6），常用的 马达转子若为N头摆线线型，则定子必为N+1头摆线线型；转子和定子曲面 的螺距相同。转子和定子的端面曲线即线型有一定要求外，还要求转子与 定子的长度须大于螺距。 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。
螺杆钻具结构及功能
水利工程领域：螺杆钻具可用于水利工程中的钻孔作业能够为水利设施 的建设提供可靠的钻孔技术支持。
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。
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)
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当发生井下事故必须使用堵漏材料时， 应尽量混合均匀以避免产生如下不良影响： l 旁通阀阀孔被堵塞，降低旁通阀总成工作可靠性。 l 减少流经TC轴承的液体流量，使轴承得不到良好的 润滑和冷却。 l 混合不好或颗粒太大导致TC轴承被完全堵塞。
注意：对于包装材料如编织袋、塑料严禁进入泥浆池 或井口，以避免堵塞旁通阀阀孔造成旁通阀失效或 堵塞 TC轴承。
如121/4″井眼中，排量为42L/S时，钻具相应的转速情况 以及钻具所处的状态：
钻具型号
推荐排量(对应转速) 工作排量 转速 钻具所处的状态
4LZ197X7Y 19-32-38(120-203-242
42
266
超负荷
5LZ197X7Y 19-32-38(89-150-178)
42
196
超负荷
5LZ197X7Y－Ⅳ 16-26-38(90-145-180)
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
2019/9/7
(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)
井眼尺寸
选用的钻 具型号
51/2″ 套管
(Ф 118)
LZ89 LZ95 LZ105
所处状态下最佳选择的型号
追求强 度
追求最大造斜 率
综合指标最佳
LZ89
LZ95 7″套管
LZ105
LZ120
61/8″ 套管
LZ105 LZ120
81/2″ 套管
LZ165 LZ172 LZ197
井眼尺寸
选用的钻 具型号
◆泥浆中 含砂量
对定子橡胶 产生气蚀
影响螺杆的 使用寿命
推荐含烃低于2％ 苯胺点高于75℃
推荐含砂小于1％
(三)、合理配用钻头及水眼：
◆配用 的钻头
◆钻头 的水眼
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
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。
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
(二)、对泥浆的要求：
◆泥浆比 重和粘度
对常规螺杆 性能影响不大
对中空螺杆性 能有直接影响
对系统压力 有直接影响
推荐泥浆最 大塑性粘度 不超过50厘泊
◆泥浆中 有芳香烃
旁通阀总成装配
(2)马达总成：
作用: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。
马达总成装配
(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。
万向轴总成装配
(4)传动轴总成：
作用：将马达产生的 扭矩与转速传 递给钻头。
径向轴承
(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。
(3) 、排量合适的原则：螺杆钻具为容积式马达，
其输出转速与排量成正比，在同一排量下，应选 择排量合适的钻具，以确保所要求的转速，将马 达发挥至最佳状态。
一、螺杆钻具的结构 与工作原理
2019/9/7
1、使用螺杆钻具的优点：
（1）提高钻速，缩短周期，降低成本。 （2）减少钻杆磨损和动力传递损耗。 （3）准确造斜、定向、纠偏，提高工程质量。 （4）用于水平井、丛式井，提高钻井的经济效益。 （5）复合直井钻进，减少起下钻次数。 （6）缩短钻井周期，抑制对油气层的污染。
。
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
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
注意：在井口测试螺杆时,如果没有接钻头,测试时间以 不超过一分钟为宜,以免轴承得不到良好润滑而提前损坏。
(四)、均匀混合堵漏材料（LCM）：
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。
95/8″ 套管
LZ172 LZ197
所处状态下最佳选择的型号
追求强 度
追求最大造斜 率
综合指标最佳
LZ203
LZ197
121/4″ LZ203 套管 LZ210 NhomakorabeaLZ244
171/2″ LZ210 套管 LZ244
2、选择的原则
(1)、安全性的原则：在同一井眼其他条件不变
的情况下，以钻具刚性强度最大为优选条件，即 做到大马拉小车的原则，以确保安全性。如 121/4″井眼中，可供选择的钻具有LZ197、LZ203、 LZ210、LZ244、其中LZ197为最差选择。
2〕以入井安全性和井中环空以及适应合适 打捞工具的原则。
(5)、提高钻具使用寿命的原则：
即钻具在使用过程中，应始终处于本身的最 佳使用状态的工程中，而不能超负荷运转，
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
42
234
超负荷
5LZ203X7Y 19-32-38(75-125-150)
42
189
超负荷
5LZ203X7Y－Ⅳ 19-32-38((85-144-170
42
164
超负荷
3LZ210X7Y 23-42-54(120-220-284) 42
220
正常
5LZ210X7Y 23-39-54(88-140-180)
注意：对于包装材料如编织袋、塑料严禁进入泥浆池 或井口，以避免堵塞旁通阀阀孔造成旁通阀失效或 堵塞 TC轴承。
如121/4″井眼中，排量为42L/S时，钻具相应的转速情况 以及钻具所处的状态：
钻具型号
推荐排量(对应转速) 工作排量 转速 钻具所处的状态
4LZ197X7Y 19-32-38(120-203-242
42
266
超负荷
5LZ197X7Y 19-32-38(89-150-178)
42
196
超负荷
5LZ197X7Y－Ⅳ 16-26-38(90-145-180)
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
2019/9/7
(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)
井眼尺寸
选用的钻 具型号
51/2″ 套管
(Ф 118)
LZ89 LZ95 LZ105
所处状态下最佳选择的型号
追求强 度
追求最大造斜 率
综合指标最佳
LZ89
LZ95 7″套管
LZ105
LZ120
61/8″ 套管
LZ105 LZ120
81/2″ 套管
LZ165 LZ172 LZ197
井眼尺寸
选用的钻 具型号
◆泥浆中 含砂量
对定子橡胶 产生气蚀
影响螺杆的 使用寿命
推荐含烃低于2％ 苯胺点高于75℃
推荐含砂小于1％
(三)、合理配用钻头及水眼：
◆配用 的钻头
◆钻头 的水眼
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
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。
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
(二)、对泥浆的要求：
◆泥浆比 重和粘度
对常规螺杆 性能影响不大
对中空螺杆性 能有直接影响
对系统压力 有直接影响
推荐泥浆最 大塑性粘度 不超过50厘泊
◆泥浆中 有芳香烃
旁通阀总成装配
(2)马达总成：
作用: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。
马达总成装配
(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。
万向轴总成装配
(4)传动轴总成：
作用：将马达产生的 扭矩与转速传 递给钻头。
径向轴承
(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。
(3) 、排量合适的原则：螺杆钻具为容积式马达，
其输出转速与排量成正比，在同一排量下，应选 择排量合适的钻具，以确保所要求的转速，将马 达发挥至最佳状态。
一、螺杆钻具的结构 与工作原理
2019/9/7
1、使用螺杆钻具的优点：
（1）提高钻速，缩短周期，降低成本。 （2）减少钻杆磨损和动力传递损耗。 （3）准确造斜、定向、纠偏，提高工程质量。 （4）用于水平井、丛式井，提高钻井的经济效益。 （5）复合直井钻进，减少起下钻次数。 （6）缩短钻井周期，抑制对油气层的污染。
。
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
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
注意：在井口测试螺杆时,如果没有接钻头,测试时间以 不超过一分钟为宜,以免轴承得不到良好润滑而提前损坏。
(四)、均匀混合堵漏材料（LCM）：
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。
95/8″ 套管
LZ172 LZ197
所处状态下最佳选择的型号
追求强 度
追求最大造斜 率
综合指标最佳
LZ203
LZ197
121/4″ LZ203 套管 LZ210 NhomakorabeaLZ244
171/2″ LZ210 套管 LZ244
2、选择的原则
(1)、安全性的原则：在同一井眼其他条件不变
的情况下，以钻具刚性强度最大为优选条件，即 做到大马拉小车的原则，以确保安全性。如 121/4″井眼中，可供选择的钻具有LZ197、LZ203、 LZ210、LZ244、其中LZ197为最差选择。
2〕以入井安全性和井中环空以及适应合适 打捞工具的原则。
(5)、提高钻具使用寿命的原则：
即钻具在使用过程中，应始终处于本身的最 佳使用状态的工程中，而不能超负荷运转，
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
42
234
超负荷
5LZ203X7Y 19-32-38(75-125-150)
42
189
超负荷
5LZ203X7Y－Ⅳ 19-32-38((85-144-170
42
164
超负荷
3LZ210X7Y 23-42-54(120-220-284) 42
220
正常
5LZ210X7Y 23-39-54(88-140-180)