关于改进螺杆钻具性能结构的函
关于改进螺杆钻具性能结构的建议
鉴于前段时间螺杆钻具在你处使用出现传动轴断裂、钻具进尺不理想、一次性使用钻具砂堵的现象，现结合实际使用情况，我技术部门经认真研究决定后对原产品结构设计进行了更改，原加工材料也相应作了调整。具体更改及调整数据如下：
5LZ65*3.5II螺杆钻具
改进效果:
改进后的5LZ67*3.5I螺杆钻具能有效的防止钻具连接部分脱扣、提高了钻具的承压能力、减少了因施压过大带来的连接轴断裂、延长了使用寿命。提高了工作效率。
螺杆钻具9LZ100*3.5IV
改进效果:
改进后的9LZ100*3.5FS螺杆钻具能有效的防止钻具连接部分脱扣、提高了钻具的承压能力、最大限度的提高钻进进度、防止了因停钻而造成的液体反压回流导致马达、旁通阀总成的砂堵.从而避免了一次使用钻具就报废的局面。延长了使用寿命最大限度的节约了生产成本。
声明：
以上俩项产品技术改进为本单位研发革新，任何单位不得仿造。
推荐使用部门：
盐城市东荣石油机械厂
年月日
螺杆钻具使用说明书
DT螺杆钻具使用说明书 A螺杆钻具标识说明 □□×□□--□□□□□ 钻具型式-钻具规格(外径mm)×钻头压降-改进次数— D:单弯钻具 T:同向双弯钻具 S:异向双弯钻具 P:大偏移同向双弯钻具 J:绞接钻具无:直型钻具K:可调角度钻具无:固定弯角钻具W:带稳定器钻具无:不带稳定器钻具F:中空分流钻具无:不分流钻具G:允许最高工作温度(150o) 无: 允许最高工作温度(120o) 常规螺杆钻具主要由以下部件组成: 1)旁通阀总成2)马达总成3)万向轴总成4)传动轴总成 在常规螺杆钻具的基础上还可提供以下特殊用途部件以组成满足各种钻井需要的导向螺杆钻具: 1)定向接头;2)弯接头;3) 特殊马达(中空分流`耐高温`大功率马达);4) 万向轴弯壳体 (0-3.5o间的固定角度,单弯螺杆钻具用);5) 可调角度弯壳体(可调螺杆钻具用);6) 传动轴上轴承壳稳定器(直棱`螺旋或对称`非对称及垫块等形式);7)可换稳定器(部 分型号有);8) 壳体防掉装置(根据需要有)。 Ｂ螺杆钻具工作原理 螺杆钻具是一种容积式井底马达（ＰＤＭ）。高压钻井液由钻杆进入螺杆钻具后，液体的压力迫使转子旋转，从而把扭矩传递到钻头上，达到钻井的目的。 Ｃ螺杆钻具结构及其作用 2)螺杆钻具主要部件如下：旁通阀总成；马达总成；万向轴总成（有花瓣式和挠轴 式两种结构供选择)；传动轴总成；导向总成（花瓣式｀挠轴花瓣式｀可调式三种 结构供选择)。 c-1旁通阀总成 旁通阀总成安装在螺杆钻具的最上部，其作用是：a）下钻时使钻井液进入钻柱内从而减少下钻阻力；b）起钻时使钻柱内的钻井液流入环空从而避免钻井液溢于井台。 当泥浆泵启动后，高压泥浆流经旁通阀总成，推动阀芯向下运动，压缩弹簧，关闭旁通孔,使所有泥浆都流经马达。 当泥浆泵关闭后，阀芯在弹簧的作用下向上运动，开启旁通孔,允许钻井液通过旁通孔进入钻柱内或由钻柱流入环空。 c-2马达总成 马达总成是螺杆钻具的核心，它的作用是把高压液体能转换为旋转的机械能。 马达总成由定子和转子两部分组成。 定子是内衬橡胶的金属钢管，其内孔呈螺旋状，与转子相啮合形成密封腔。 转子是由合金钢加工而成的具有特殊曲面的螺旋杆，它的表面有特殊的涂层以起到耐磨和防腐作用。 每种规格的螺杆钻具都具有一定范围的额定流量，流量过大或过小均不能使螺杆钻具处于最佳工作状态。 ｃ－３万向轴总成 万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴和钻头。
新型螺杆钻具的研发及发展方向
新型螺杆钻具的研发及发展方向摘要 由于目前国内螺杆钻具制造技术水平的限制，再加上使用操作不当，造成螺杆钻具井下事故频发，由此带来了较大经济损失。因此，如何采取有效的预防措施，最大限度地减少螺杆钻具井下事故发生，既是提高钻井经济效益的迫切要求，也是充分利用螺杆钻具潜在寿命的重要前提。本文系统分析了螺杆钻具的发展方向，并对螺杆钻具有关实际问题提出了有益的建议。 关键词：螺杆钻具；发展现状；新型螺杆钻具；发展方向；研发建议 1螺杆钻具结构及工作原理 螺杆钻具主要由四大部件组成：旁通阀总成、马达总成、万向轴总成及传动轴总成，如图1所示。其外部由旁通阀接头、马达壳体、万向轴壳体及传动轴壳体通过锥管螺纹依次相连，内部连接顺序是：马达转子的下端与万向轴相接，万向轴的下端与传动轴相接。 图1 螺杆钻具四大部件 旁通阀总成位于马达总上端，当下钻时，钻柱内腔与钻柱外环空相通，钻柱外环空的钻井液进入钻柱内腔，起钻时，钻柱内腔的钻井液进入钻柱外环空，起到平衡钻柱内外压力平衡作用。 马达总成是螺杆钻具的核心机构，也是螺杆钻具的动力源。马达由转子和定子两个部件组成，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。螺杆钻具的转子头数越多，转速越低，扭矩越大；头数越少，转速越高，扭矩越小。
万向轴总成主要有万向轴和万向轴外壳组成。万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴及钻头。 传动轴总成是位于螺杆钻具的下端，传动轴总成的作用是将马达产生的旋转动力传递给钻头。 螺杆钻具以钻井液（或压缩气体）为动力，钻井液（或压缩气体）由钻杆进入螺杆钻具旁通阀总成后，使阀芯关闭，然后进入螺杆钻具马达总成，在马达进出口处形成一定压差推动马达的转子旋转，产生扭矩和转速，通过万向轴和传动轴总成传递到钻头上，达到钻井的目的。 2发展现状 美国在50年代中期开始研制螺杆钻具，1962年用于生产，不同厂家生产的有迪纳钻具、纳维钻具和波斯钻具，其基本原理都是基于容积式马达，只是内部结构和技术参数有不同。近十年来，随着水平井、径向井、分支井的大量涌现，螺杆钻具的发展也产生了质的飞跃，在美国和西欧，几乎90%的大、中曲率半径水平井的定向造斜和水平井段都是由螺杆钻具钻成，目前已发展出许多新型的专用螺杆钻具。 国内螺杆钻具的研制起步较晚，从20世纪80 年代中后期形成一定规模，目前常规螺杆钻具已规格化、系列化，各主要生产厂家中大港、北京、德州等厂家产品已覆盖国内绝大部分市场。在工作寿命、易损件耐磨性、特种螺杆的设计制造等方面与国外有一定的差距。国内马达数一般为4级或6级，不能完全满足水平井等一些特殊工艺的需要，短半径水平井钻井作业的钻具在国内也只处于起步阶段。 3新型螺杆钻具简介 随着螺杆钻具研发技术水平的提高，加之新材料、新工艺的不断涌现，螺杆钻具的泵体技术发展较快，出现了以下几类能够解决专项问题、满足不同需要的螺杆钻具。 （一）串联多级马达 串联马达的动力段总成增加了一节动力段，中间用一钛挠性轴相连，使马达输出的扭矩和功率增加，但其需要的驱动量、转速与单一动力段马达是一样的，设计与制造材料方面的改进，使串联马达具有极好的耐用性。 （二）加长马达 加长马达就是把动力段加长，使马达的输出扭矩增加。加长马达装备有改进的加强的轴承组合，设计时用有限元分析法评估了各部分的性能，从而能满足输出大扭矩、高负载的需要。 （三）中空转子马达 大斜度井和水平井需要大排量洗井以利于清砂，实心转子马达额定排量小，中空转
螺杆钻具壳体联接螺纹的强度分析及优化
螺杆钻具壳体联接螺纹的强度分析及优化本文针对当前螺杆钻具失效问题,以壳体联接螺纹为研究对象,从钻具振动入手,对于螺纹参数优选问题展开研究。螺杆钻具被称为定排量马达(PDM),它是一种容积式井下动力钻具,主要包括以下几部分：旁通阀、马达总成、万向轴总成和传动轴总成等。 工作原理是将高压钻井液压入马达,使其旋转,从而驱动钻头钻进,这一过程是高压钻井液压力能转化为机械能。与其他动力钻具相比,螺杆钻具本身的结构特点及性能优势决定着其应用范围广、效率高、操作简单等优点。 目前,螺杆钻具失效概率居高不下,钻具振动较大,钻具联接螺纹断裂时有发生。因此,对于螺杆钻具失效问题的研究非常有必要。 螺杆钻具失效类型主要有：壳体断裂、定子橡胶失效、联接螺纹断裂等,多半都是疲劳引起的失效,现如今针对螺杆钻具联接螺纹疲劳寿命及可靠性的研究,还有许多方面要完善,如在联接螺纹寿命计算中将环境载荷及材料性能等看作为常值而不是服从分布的变量,得出寿命值为一固定值；对螺杆钻具联接螺纹寿命的可靠性研究仅限于数据统计和理论计算上,并没有从其振动冲击动态响应方面进行分析研究。因此螺杆钻具联接螺纹强度与寿命可靠性方面研究还需进一步完善。 国内外大量钻井现场显示,螺杆钻具联接螺纹的疲劳破坏主要存在两种失效形式：疲劳断裂和牙齿剪切失效,一般来说最大应力出现于公扣和母扣的最后几牙螺纹附近,螺纹多从此处开始出现裂纹而发生断裂。螺杆钻具壳体承受复杂的交变弯曲应力,由于钻具壳体比其联接螺纹的刚性大,所以应力集中在联接螺纹上,因此极易发生联接螺纹疲劳断裂。
本文针对螺杆钻具壳体联接螺纹结构问题展开分析,分别从螺纹失效、钻柱力学、钻具振动、螺纹强度等几个方面分析问题。查阅国内外相关文献资料,首先了解到螺纹失效类型、失效机理,从螺杆钻具失效问题中得到其联接螺纹失效的原因,分析可能导致此类失效的静态或动态特性,然后通过对钻柱力学和钻具振动的了解,钻具联接螺纹主要受到钻柱动态载荷的作用。 因此在分析螺纹结构强度问题之前,必须对于钻柱力学和振动问题进行分析,以得出螺纹强度分析的初始条件。通过对钻柱力学的分析模拟复杂的钻柱系统的实际受力状态,简化力学数学模型,以提出假设条件,为钻柱建模分析提供了理论支撑。 钻具振动是导致钻具失效的主要原因,在研究螺纹结构之前必须对钻具振动机理及其求解方法进行较为细致的研究,文中列举了多种求解方式,提出较为合理的假设条件,强调了纵向振动对钻柱的寿命影响最大,然后根据实际钻具组合建立了钻柱纵向振动模型,借助于有限元分析软件对钻具组合进行受迫振动分析(谐响应分析),初步得出了钻柱振动规律与特征,同时也为螺杆钻具壳体联接螺纹强度分析提出了初始载荷条件。本文以φ244螺杆钻具为研究对象,对其壳体联接螺纹结构分别从牙型角、螺距、锥度等参数的不同来优选出最佳设计,借助于有限元分析软件进行螺纹几何建模,定义合理边界条件,加载求解分析,提取数据结果(所有齿根位置等效应力、轴向应力,危险点应力值和最大接触应力值等)。 文中针对大量方案组合分析出的庞大结果数据,首先采用正交设计方案三因素三水平进行分析,以减少对三种因素的细化分析方案,然后运用正交数据分析方法(均值化、极差法)进行结果数据整理,在效应折线图上可较为明显地看出各因素各水平的变化特征,进而优化各因素的水平值。最后分别对螺纹锥度和牙型
钻具常用参数(技术研究)
钻铤、钻杆上扣扭矩表 钻头外径mm 钻铤外径mm 120.6 79.3~88.9 142.9~152.4 104.7~120.6 158.7~171.4 120.6~127.0 190.5~200.0 127.0~158.7 212.7~222.2 158.7~177.8 241.3~250.8 177.8~203.2 269.9 177.8~228.6 311.1 228.6~254.0 374.6 228.6~254.0 444.5 228.6~279.4 508.0~660.4 254.0~279.4 名称 常规井 探伤周期 水平井、大位移斜井、探 井等复杂井探伤周期 钻杆 新钻杆2500±100h 1500±100h 一级钻杆1500±100h 900±100h 二级钻杆900±100h 600±100h 三级钻杆600±100h 400±100h 钻铤、加重钻杆、转换接头、稳定器215mm以上井眼600±50h 500±25h 152mm及以下井 眼 400±50h 300±25h 方钻杆1000±100h 800±100h 钻铤螺纹尺寸外径内径长度台肩倒角直径参考弯曲 mm in mm iIn m mm in NC23-31（试行）79.4 31/831.8 11/49.15 76.2 3 2.57:1 NC26-35（23/8IF）88.9 31/238.1 11/29.15 82.9 317/64 2.42:1 NC31-41（27/8IF）104.8 41/850.8 2 9.15 100.4 361/64 2.43:1 NC35-47120.7 43/450.8 2 9.15 114.7 433/64 2.58:1
连续导向钻具组合三维准动力学分析模型及其导向力变化规律_刘夏荣
[收稿日期]20050920 [作者简介]刘夏荣(1968),男,1991年大学毕业,高级工程师,硕士生,现主要从事钻井工程方面的研究与管理工作。 连续导向钻具组合三维准动力学分析模型 及其导向力变化规律 刘夏荣 长江大学地球科学学院,湖北荆州434023 塔里木油田分公司外事与装备处,新疆库尔勒841000 王新海 (长江大学地球科学学院,湖北荆州434023) 唐 艳 (濮阳市双发实业有限责任公司,河南,濮阳457001) 张建成 (新疆石油管理局机械制造总公司,新疆克拉玛依834000) [摘要]对于连续导向钻具组合来说,由于其弯螺杆的存在,使得其在任何一个瞬态的受力变形都有其独特的特征。连续导向钻具组合旋转钻井时其特点可以归纳为一个工具面不断有规律改变的过程,其总体导向效果可以用钻柱旋转一周内的钻头上的合侧向力矢量来表述。[关键词]钻具组合;连续导向;动力学分析模型;导向力[中图分类号]T E921.2[文献标识码]A [文章编号]10009752(2006)01013202 对于连续导向钻具组合来说,由于其弯螺杆的存在,使得其在任何一个瞬态的受力变形都有其独特的特征[1～4] 。这个特征主要来源于螺杆的弯曲面。在滑动导向钻具组合连续导向钻井技术中,这个弯曲面就是导向工具面,这里定义为工具面,其相对于井眼高边的夹角(从高边顺时针计)定义为工具面角。这样,连续导向钻具组合旋转钻井时其特点可以归纳为一个工具面不断有规律改变的过程,其总体导向效果可以用钻柱旋转一周内的钻头上的合侧向力矢量来表述 [5～7] 。 1 准动力学模型 设连续导向钻具组合在某一时刻的工具面角为ω,在这一工具面角位置可计算出钻头上的造斜力为F α(ω),方位力为F (ω)。取钻具组合旋转一周为研究对象,ω的取值范围为0～2π,均匀取值。设计算点数为n ,则工具面角变化步长为Δω=2π/n 。计算点数应大于或等于36。钻具组合旋转一周内在钻头上作用的导向合力F s 为: F s =1 n F 2s α+F 2 s (1) 式中,F s α为合造斜力,F s α= ∑2π ω=0 F α(ω) ,kN ;F s 为合方位力,F s = ∑2π ω=0 F (ω) ,kN ;F α (ω)和F (ω)由静力学模型求解。 导向合力方向角(导向合力与高边的夹角)为: αs =arctan (F s /F s α) (2) 2 主要参数对连续导向钻具组合复合钻井导向力的影响规律 钻具组合为:215.9PDC 钻头+稳定器+单弯螺杆+165DC +214m m 稳定器+165DC (81m )+127DP 。近钻头稳定器与钻头的距离为L 1=1.2m ;弯点与近钻头稳定器中部的距离为1.2m 。2.1 井斜角的影响 计算条件为:钻压60kN ,转盘转速60r /min ,钻井液密度1.02g /cm 3 ,稳定器间距L 2=20m ,弯 132 石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2006年2月 第28卷 第1期 Jo urnal of Oil and Gas Technology (J .JP I ) Feb .2006 Vol .28 No .1
国内外螺杆钻具的应用及发展趋势
国内外螺杆钻具的应用及发展趋势 大港油田中成机械制造有限公司 王春阳 吴爱民 李良君 摘要 本文综述国内外螺杆钻具的近十多年来的行业水平及未来发展趋势，介绍了该技术的进展，基础理论与应用，介绍了国内外对螺杆钻具的设计制造技术水平，论述螺杆钻具的发展趋势，提出我国螺杆钻具研究方向。 主题词 螺杆钻具 发展趋势 设计 应用 螺杆钻具的工作原理 螺杆钻具是利用莫依诺原理以油基泥浆、浮化泥浆、及粘土泥浆等作动力液，把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，从而实现钻井作业。 螺杆钻具由四大部分组成：旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成。旁通阀总成作用是通过其开启和关闭控制泥浆流向，从而控制马达的启动和停止，同时在起下钻时不使泥浆溢于井台。马达总成一对由钢制左旋的转子螺杆在钢管内附着的橡胶衬套中共轭啮合形成的螺杆衬套幅，泥浆的压力推动转子转动，从而把压力能转换为机械能。万向轴总成的作用是将转子的偏心运动转换成传动轴的定轴运动。传动轴总成的作用是把万向轴传递过来的马达动力传递给钻头，实现破碎岩石作业。 螺杆钻具的应用
目前钻井用井下动力钻具有螺杆钻具、涡轮钻具、电动钻具三种，螺杆钻具具有良好的“硬特性”：转速随着钻具扭矩的增加而下降很少，同时又具有良好的“软特性”即通过橡胶的变形漏失泥浆来起缓冲、减震、过载保护的作用。螺杆钻具以其良好的功率特性使它取代涡轮钻具成为最广泛使用的一种井下动力钻具，它与传统的转盘带动钻杆钻进相比有许多优点 1、它可以增加钻头转数和钻头扭矩因而增加进尺率，缩短钻井周期。 2、井底直接提供动力，减少了钻杆底磨损和损坏。 3、可准确的侧钻、造斜、定向、纠偏。 4、可钻定向井、水平井、丛式井，显著提高钻井的经济效益。 螺杆钻具的应用市场非常广阔，随着高产井的开发、后期井的再生利用，薄油层的开采及土地资源政策的制约，定向井得到极大的推广，对螺杆钻具的需求不断增大，东亚、欧美地区许多油田进入后期开采需用定向井。中东及海湾地区多在老井的基础上侧钻丛式井以增加开采量，这都要采用定向井工艺，另一方面随钻测量系统（MWD）、聚晶金刚石钻头（PDC）制造技术的提高，使导向钻井系统日臻完善，也使定向井工艺得到长足的发展并得到大力推广应用。因此螺杆钻具的市场不断扩大。国际上螺杆钻具的消费地区主要在中东富油地区及海洋石油钻井，主要的用途是定向、造斜、侧钻及打水平井。 国内外螺杆钻具的发展状况 美国50年代开始研制螺杆钻具，第一台工业井下马达则是1957
螺杆钻具使用规程
螺 杆 钻 具 使 用 规 程 一、螺杆钻具的选择 （1）根据井眼大小确定使用螺杆钻具的尺寸（见表1）。 （2）根据所施工井眼类型和所设计造斜率的大小来选用螺杆钻具类型：直螺杆、单弯、双弯（同向双弯和异向双弯），进一步确定其长度、弯壳体度数、稳定器外径及稳定器数量。 （3）用于复合钻进的弯壳体螺杆的度数应根据井眼尺寸的大小来定，只要所选弯壳体螺杆的弯曲点绕井眼轴线的公转半径R ≤φ/2（Φ为钻头直径mm ），就不会导致井眼扩大。R 的计算如下： 2/)]}cos /(sin [sin{arctan 1212d L L L L R ++=γγ 式中 R ：弯壳体的弯曲点绕井眼轴线的公转半径 mm L 1：钻头到弯曲点的长度 m L 2：弯曲点至其上第一个切点或至上稳定器的长度m γ：弯壳体的弯曲度数 ° d ：弯壳体外壳直径 mm （4）对于井底温度比较高的特殊井，选用耐高温的螺杆钻具（常规螺杆的耐高温指标为120°）。 (5)相同排量下，螺杆钻具马达转子的头数越多，自身转数越低，产生的扭矩越大,反之螺杆马达转子的头数越少，自身转数越高，产生的扭矩越小。如果使用螺杆的井段地层较软，应该选用头数较少，发挥螺杆高转速的特性，从而获得较高的机械钻速，反之，相对较硬的地层，尽量选择多头，从而保证井下有较大的扭矩，适应现场需要为原则。马达转子头数多少决定了该型
号螺杆的一个转速和扭矩的基本特征。而螺杆实际输出转数由马达头数的多少、螺杆马达的设计参数、实际输入流量、马达井下负载大小等综合因素决定。可以结合实际情况优选更适合现场的螺杆钻具。 表1 不同井眼尺寸对应的螺杆公称外径型号 二、螺杆钻具对钻头的要求
螺杆钻具结构
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。 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，负载的增加，钻具的转速有所降低。 1.2.1中空转子马达 中空转子可增加钻头液压动力和泥浆上返速度，马达的总流量等于流经马达及转子喷嘴的总和，流经该马达 的液体流量过大，马达将停止转动。因此选择中空转子马达时，应确保马达密封腔流量在正常工况。 1.2.2喷嘴直径选取 在泥浆密度、喷嘴尺寸和马达流量一定时，起钻时马达负载近似为零，流经转子喷嘴流量最小，而流经马达
螺杆钻具的力学分析法
螺杆钻具力学分析 下部钻具组合力学分析是井眼轨道控制理论的基础和重要组成部分，长期以来这一问题的研究一直受到国内外的重视，并取得了重大进展，研究成果使钻井工艺逐步发展成为一门建立在理论分析基础上的科学。其具有代表性的方法有Lubinski经典数学微分方程法，https://www.360docs.net/doc/093632162.html,lem的有限元法，B.H.Walker的能量法，白家社的“纵横弯曲法”[8]。 3.2.1 纵横弯曲法概述 纵横弯曲法是把一个带有多稳定器的下部钻具组合看成为一个受有纵横弯曲载荷的连续梁，然后利用梁柱的弹性稳定理论导出相应的三弯矩方程组，以求解BHA的受力与变形。在纵横弯曲法中，首先是把BHA从支座处（稳定器和上切点等）断开，把连续梁化为若干个受纵横弯曲载荷的支梁柱，用弹性稳定理论求出每跨间支梁柱的端部转角值，利用在支座处转角相等的连续条件和上切点处的边界条件列写三弯矩方程组。三弯矩方程组是一系列以支座内弯矩和最上一跨长度（表征上切点位置）为未知数的代数方程组，对其进行求解即可得到BHA 的受力和变形。 假设其遵循的条件: （1）弯接头以下的动力钻具组合简化为等效钻挺（均匀、连续的等圆环截面梁柱）； （2）钻头底面中心位于井眼中心线上，钻头和地层间无力偶作用； （3）钻压为常量，作用在钻头中心处的井眼轴线的切线方向； （4）井壁为刚性体，井眼尺寸不随时间变化； （5）稳定器（偏心垫块）与井壁的接触为点接触； （6）上切点以上钻柱一般因自重而躺在下井壁上； （7）钻具组合在变形前后，其弯接头弯角顶点处的两条切线保持不变； （8）不考虑转动和震动等动态因素的影响； 3.2.2 弯矩等效处理 首先对单弯螺杆钻具经行弯矩等效处理； 由于螺杆钻具具有弯曲的结构，必须对其进行弯矩等效处理，即把存在一个弯角的曲梁柱，用一集中载荷作用在弯角处的直梁代替。即用一当量横向集中载荷Qd作用在弯曲点处的直梁柱代替它初始弯曲对曲梁柱变形的影响。Qd所产生的弯矩图应与轴向力p由于初始弯曲所产生的弯矩图相同，由弯矩相等: L c L c Q pa d ) (-=
常用钻具专业技术参数
常用钻具技术参数
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钻杆 （1）2-7/8〞钻杆 1)★外径：2-7/8〞（73mm）； 2)内径：2.151”(54.6mm)； 3)★钻杆钢级：G105； 4)★加工形式： EU； 5)壁厚：9.19mm； 6)★重量：10.4ppf 7)总长度（从台肩到台肩）:31ft±0.5ft ； 8)材质硬度：HB(TJ)285-340； 9)★接头扣型:NC31； 10)螺纹旋型：右旋； 11)★接头外径：104.8mm； 12)★接头内径：50.8mm； 13)焊接方法：摩擦焊接； 14)接头扣钳部分长度：10〞 Pin(不含扣长)x12.5〞 Box； 15)吊卡台肩：18°； 16)管子表面：清漆； 17)★内部涂装：TK34； 18)接头和管体材料产地：宝钢； 19)接头耐磨带：母接头端敷焊宽度为3〞ARNCO-100XT的耐磨带,在母扣 18°台肩面上敷焊宽度为1〞的ARNCO-100XT耐磨带。 20)含接头估重：16.5KG/M （2）3-1/2”钻杆 1)★外径：3-1/2〞（88.9mm）； 2)内径：2.764”(70.2mm)； 3)★钻杆钢级：S135； 4)★加工形式： EU； 5)壁厚：9.35mm；
6)★重量：13.3ppf 7)总长度（从台肩到台肩）:31ft±0.5ft ； 8)材质硬度：HB(TJ)285-340； 9)★接头扣型:NC38； 10)螺纹旋型：右旋； 11)★接头外径：127mm； 12)★接头内径：54mm； 13)焊接方法：摩擦焊接； 14)接头扣钳部分长度：10〞 Pin(不含扣长)x12.5〞 Box； 15)吊卡台肩：18°； 16)管子表面：清漆； 17)★内部涂装：TK34； 18)接头和管体材料产地：宝钢； 19)接头耐磨带：母接头端敷焊宽度为3〞ARNCO-100XT的耐磨带,在母扣 18°台肩面上敷焊宽度为1〞的ARNCO-100XT耐磨带。 20)含接头估重：22.21KG/M （3）4”钻杆 1)★外径：4〞（101.6mm）； 2)内径：3.340”(84.84mm)； 3)★钻杆钢级：S135； 4)★加工形式： EU； 5)壁厚：8.38mm； 6)★重量：14ppf 7)总长度（从台肩到台肩）:31ft±0.5ft ； 8)材质硬度：HB(TJ)285-340； 9)★接头扣型:NC46； 10)螺纹旋型：右旋； 11)★接头外径：152.4mm； 12)★接头内径：76.2mm；
中空转子螺杆钻具工作特性分析_张玉英
收稿日期:2007203201 作者简介:张玉英(19612),男,山东鱼台人,高级工程师,工学硕士,现在中国石油大学(华东)油气井工程专业读博士研 究生。 文章编号:100123482(2007)0920028203 中空转子螺杆钻具工作特性分析 张玉英,王永宏 (胜利石油管理局渤海钻井管具公司,山东东营257200) 摘要:介绍了中空转子螺杆钻具的结构、原理,导出了转矩、转速、功率、效率与马达两端压降的关系 式,分析了其工作特性。为了改善该类螺杆钻具转速软特性,对中空转子分流嘴结构提出了改进建议。 关键词:中空;螺杆钻具;特性;分析中图分类号:TE921.2 文献标识码:A Working Performance of Scre w Drilling Tool Using H ollow Rotor ZHAN G Yu 2ying ,WAN G Y ong 2hong (B ohai D rilling Tools Com pany ,S hengli Pet roleum A dminist ration ,Dongy ing 257200,China ) Abstract :This paper present s formulations of t he st ruct ure ,p rinciple ,outp ut torque ,speed ,power and p ressure drop between bot h ends of motor ,including working performance as well.In order to imp rove soft performance of drilling tools of such kind ,a hollow rotor dist ributary ’s nozzle is p ut forward for imp rovement. K ey w ords :hollow rotor ;screw drilling tool ;performance ;analysis 螺杆钻具主要用于定向井、大斜度井、水平井、大位移井、多分支井和丛式井等。在特殊工艺井中,用螺杆钻具控制井眼轨迹,例如造斜、稳斜、降斜、纠斜及扭方位等。在螺杆钻具本身工作的同时又开动转盘,即复合钻进,虽对螺杆钻具可能造成损坏,但可提高机械钻速。总之,在油气钻井中,螺杆钻具所起的作用日益增大。大井眼水平井施工中,需增大钻井液排量,携带岩屑;深井、超深井作业时,需增大钻井液排量,充分循环,降低井下高温,减轻高地温梯度对定子橡胶的损坏。螺杆钻具转速与排量成正比,增大排量必然提高转子转速,转子围绕定子轴线公转的离心惯性力增大,转子向外侧压向定子衬里,改变转子与定子共轭副的理想啮合状态,造成磨损,同时加剧转子周期性横向振动。排量大幅度增加,导致螺杆钻具非正常工作,先期损坏,因此,螺杆钻具工作排量有一额定值。在常规实心转子螺杆钻具 不能解决上述问题的情况下,中空转子螺杆钻具应 运而生。 1 结构 中空转子螺杆钻具由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成组成,如图1。旁通阀总成包括阀体、阀套、阀芯,弹簧、密封圈、弹性挡圈及滤网。马达总成包括定子、中空转子和固定分流嘴。万向轴总成包括万向轴和万向轴外壳。传动轴总成包括导流水帽、传动轴、上TC 轴承、圆弧键、推力球轴承、锁紧螺帽、隔套、下TC 轴承、密封圈及传动轴外壳。 2 原理 中空转子螺杆钻具上接钻柱,下接钻头。启动泥浆泵并达到一定排量,高压钻井液流经旁通阀,推 2007年第36卷 石油矿场机械 第9期第28页 OI L FIE LD EQUIPMENT 2007,36(9):28～30
螺杆钻具使用技术措施
编号：SY-AQ-08560 ( 安全管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 螺杆钻具使用技术措施 Technical measures of screw drill
螺杆钻具使用技术措施 导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关 系更直接，显得更为突出。 1、螺杆到井后记录其型号、厂家、扣型；丈量其长度及外径；检查其水眼及丝扣，确保丝扣完好。螺杆上钻台要用双绞车抬上钻台，在起吊过程中，防止碰伤其丝扣。上扣时丝扣油涂好，扣要上紧，达到额定扭矩值。 2、下钻前螺杆在井口接方钻杆开泵检查旁通阀及传动轴，传动轴运转正常，旁通孔畅通，各连接螺纹完好；井口试运转，开泵后容易启动，旁通阀立即关闭，连接处无渗漏，停泵后旁通阀开启，传动轴逐渐停止转动，记录好泵压，检查完毕后开始下钻。 3、下钻时慢慢让螺杆通过井口、防溢管、防喷器、四通。下钻过程中控制好速度。离井底有一个单根时，提前挂好方钻杆开泵，井底循环好。确认钻头接触井底后，用10-20KN钻压磨合30分钟。磨合时间一定要充分，这对钻头的使用寿命很大的影响。 4、下钻遇阻时，应慢慢转动几个方向上提下放活动，不要轻易开泵，
不能用螺杆钻具长井段划眼。 5、磨合完毕井下正常后慢慢加压，加到80KN打完一根单根后，下一根单根将钻压加到180KN左右进行正常钻进，并视地层具体情况随时进行调整。 这里填写您的公司名字 Fill In Your Business Name Here
世界螺杆钻具研发新进展
世界螺杆钻具研发新进展 作者：魏存祥发布时间：2009-06-25 10:48:42 井下动力钻具主要有电动钻具、涡轮钻具、叶片钻具和螺杆钻具。螺杆钻具也称为容积式马达（PDM），具有低速大扭矩的特征，整体长度约为4m~8m，是目前最广泛使用的一种井下动力钻具。主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成和导向总成组成（图1）。其核心部件马达总成主要是由偏心螺旋体的螺杆（转子）和呈螺旋面的衬套（定子）组成。 螺杆钻具是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。 螺杆钻具作为井底动力装置，具有低转速、大扭矩、大排量等优点。增加了钻头扭矩和功率，提高了进尺率；减少了钻杆和套管的磨损和损坏；可准确进行定向、造斜、纠偏；广泛应用于直井、水平井、丛式井和修井作业。 螺杆钻具研发进程 美国在20世纪50年代中期开始研制螺杆钻具，1962年用于生产，有迪纳钻具（Dyna Drill）公司，纳维钻具（Navi Drill）公司和波斯钻具等。目前，螺杆钻具的发展主要以美、英、法、原苏联等国为代表。 国内螺杆钻具的研制起步较晚，从20世纪80 年代中后期形成一定规模到目前常规螺杆钻具已规格化、系列化，各主要生产厂家中大港、北京、德州等厂家产品已覆盖国内绝大部分市场。在工作寿命、易损件耐磨性、特种螺杆的设计制造等方面与国外有一定的差距。国内马达数一般为4级，不能完全满足水平井等一些特殊工艺的需要，短半径水平井钻井作业的钻具在国内尚属空白，作为短半径水平井的铰接马达，国内也只处于研究阶段。 螺杆钻具生产厂商及产品性能 目前国外螺杆钻具的生产厂家主要集中在美国和加拿大。西方国家从事螺杆钻具制造的公司主要有：Baker Hughse 公司、Telco（美国）、DERCO（加拿大）、ANADRILL（美国），National Oilwell Inc （美国）、Nryrfor-Weir Ltd （法英夸国联营）、Simth公司以及DANA-DRILL 公司、DRILL MOTOR SERVICES 公司。另外还有许多研究机构像苏联VNIIBT、вниивт彼尔姆分院、法国石油研究院（IFP）。 国外螺杆钻具寿命一般都在200h~300h以上，主要以美国的产品为代表，著名的品牌有Dyna-Drill、Navi-Drill、Power Park、Speey-sun、д型钻具。Anadrill公司的螺杆钻具自1991年问世以来，采用了先进技术，是当今最好的马达，螺杆钻具的外径从73mm~287.5mm可选。 目前国内生产螺杆钻具的厂家有十多个，主要有大港油田中成公司、北京石油机械厂、德州石油机械厂、贵州高峰机械厂、天津立林石油机械有限公司及山东潍坊等，研究机构有中国石油大学（华东）、中国科学技术研究院、北京石油勘探开发研究院、西南石油大学等。 国内螺杆钻具寿命一般都在100h~200h之间，也已形成规格化、系列化。螺杆钻具从ф60mm~244mm各种规格，配有可调弯壳体（AKO）、可换扶正器，基本能够满足国内各种钻井、修井作业。 国外螺杆钻具研发进展
使用螺杆钻具操作规程
使用螺杆钻具操作规程 DHM MANUAL 1入井前检查。 1 CHECKING BEFORE TRIPPING IN 1.1检查规格型号，记录系列号等相关数据。 1.1 CHECK TYPE AND SPECIFICATION, RECORD SERIEL NUMBER AND RELATING DATA 1.2 检查丝扣、外观等有无损坏。 1.2 CHECKING THREAD AND OUTLOOK 1.3 检查旁通阀是否工作正常。 1.3 CHECK BYPASS V ALVE 1.4 如果是弯螺杆需检查其弯度及弯向是否与其标记方向一致。 1.4 CHECK THE MOTOR BENT WHICH IS WHAT YOU WANT 1.5 丈量长度和内外径并做好记录。 1.5 MEASURE LENGTH AND RECORD OD &ID 2 入井使用。 2 DHM IN HOLE MANUAL 2.1 螺杆钻具入井前要在井口进行试运转，并记录压降。正常压降为300psi(145psi=1M)左右，如果压降不正常不得入井。试螺杆时不得带钻头。 2.1 CHECKING MOTOR BEFORE PUTTING IN HOLE RECORD PRESURE DROP ,ORDINARY, IT SHOULD BE 300 PSI. IF
PRESSURE DROP IS ADNORMAL, THE DHM CAN NOT BE PUT IN HOLE. WITHOUT BIT WHILE TESTING MOTOR. 2.2 下钻时控制下放速度，遇阻时应开泵循环划眼时视井下情况，间断转动钻具防止划出新井眼。 2.2 CONTROL SPEED WHILE PUTTING DOWN ,WHEN BLOCK, WE SHOULD PUMP ON AND FLUSH ACCORDINGLY, BUT TRY ALL THE BEST NOT TO DRILL A NEW HOLE 2.3 下钻到底开泵正常后记录排量、泵压。 2.3 AFTER GET THE BOTTOM, PUMP ON AND RECORD FLOW RATE AND PUMP PRESSURE. 2.4 钻头接触井底逐步加压，调整到螺杆最佳工作压降，记录泵压，钻压。 2.4 AFTER DRILL BIT REACHED BOTTOM, ADD DOWNFEED GREDUALLY, ADJUST MOTOR TO BEST WORKING CONDITION,RECORD PUMP PRESSURE AND WOB. 2.5 如果在钻进时泵压突然升高，就立即停泵，上提钻具，核对循环压力，如正常可恢复钻进。 2.5 WHILE DRILLING, THE PUMP PRESSURE SUDDENLY GETTING HIGH , WE SHOULD PUMP OFF IMMEDIATELY, PULL BACK BHA ,CHECK FLUSH PRESSURE, IF OK , KEEP GOING. 2.6 使用螺杆钻具应控制钻井液含砂量小于0.3%。 2.6 CONTROL MUD SAND CONTANT LESS THAN 0.3%
空气螺杆钻具
空气螺杆钻具 空气螺杆钻具研制、特性分析及现场实验与应用 作为新型的钻井技术，以空气钻井为代表的气体钻井和欠平衡钻井在国外油气勘探与开发中获得广泛应用，在国内也正呈快速发展趋势。空气螺杆钻具是应用这类新型钻井技术钻定向井及其他特殊工艺井所必需的工具。 一、概述 近些年来，气体钻井和欠平衡钻井在国外获得了比较普遍的应用，取得了显著的技术效益和重大经济效益。例如，在满足相应的前提下，气体钻井如空气钻井、天然气钻井、氮气钻井、尾气钻井等，可成倍提高机械钻速，明显缩短钻井周期，降低钻井成本；欠平衡钻井，则可对储层进行有效保护，有利于提高钻遇率和开发率。为推广和扩大空气钻井的应用规模，美国能源部曾规定2004年的空气钻井口数不低于本土总钻井口数的30%。 近些年来，我国也开始关注、尝试应用空气钻井技术，在一定规模上采用欠平衡钻井技术，取得了可喜的进展。随着对这些技术在直井上应用经验的逐步积累和日渐成熟，在定向井及其他特殊工艺井上应用这些技术，已成为必然的发展趋势，这将在很大程度上扩展气体钻井与欠平衡钻井的应用领域。 空气螺杆钻具(或称气体螺杆钻具)是用气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必需工具。但在2001年底以前，此类新型螺杆钻具产品在国内仍为空白。中国石油集团长城钻井公司在伊朗承担的空气钻井项目，急需?244(9-5/8?)的空气螺杆钻具，经与外商询价，每台价格在13万美元以上，无法承受，大批量的购买更无从谈起。为了解决生产急需和节约外汇，集团公司科技发展部考虑利用国内技术力量解决伊朗项目的现场急需，并为国内欠平衡钻井与空气钻井提供工具，决定成立“伊朗欠平衡钻井空气螺杆钻具研制”课题组，由中国石油勘探开发研究院钻井所和北京石油机械厂承担，并任命苏义脑为课题组长，组织攻关。 在2001年5月?2002年11月这一年半时间中，课题组克服了重重难关，终于完成了K7LZ120和K7LZ244两种系列的空气螺杆钻具样机的设计、制造、室内实验台架设计和空气钻井的有关理论研究工作，并于2002年7月进行了K7LZ120样机的地面实钻实验和2002年8月在长庆苏35－18井的下井实验，均取得成功。在此基础上，两台K7LZ244样机于2002年12月运往伊朗，在2003年10月下井应用获得成功。2004年7月在四川白浅－111H井上运用K7LZ120钻具钻天然气水平井，取得了显著的技术效益。 本文针对空气钻井的特殊性(特别是空气介质的可压缩性)，介绍空气螺杆钻具设计和研制中的几个关键问题，分析空气螺杆钻具的工作特性，并介绍K7LZ120和K7LZ244两种钻具在现场实验和生产应用中的有关情况。 二、空气螺杆钻具设计的关键问题 常规的螺杆钻具是以钻井液(俗称泥浆)作为传递动力的介质，由于液体的不可压缩性和容积式机械的特性，螺杆钻具具有很好的过载性能和硬机械特性。而空气螺杆钻具，由于以压缩空气作为动力源和工作介质，与常规液体驱动的螺杆钻具相比，其结构特征和工作特性有显著不同。下面简介有关空气螺杆钻具设计的几个关键技术问题。
常用钻具组合
一.常用钻具组合 导向钻井技术的钻具组合选择 1．单弯螺杆角度的选择，根据井眼曲率，最大井斜参数确定单弯螺杆的度数，根据经验，一般在0.75°~1.25°之间。单弯螺杆是在两种工况下使用，造斜段滑动钻进单弯螺杆不仅提供井下动力，同时其单弯部分相当于原造斜段使用的单弯接头，其单弯角度决定了造斜率的大小。复合钻进阶段单弯螺杆不仅提供井下动力和转盘一起工作提高钻头的转速，同时，其单弯部分相当于直井使用的偏轴接头，具有一定的防斜作用。 单弯角度过大，会使钻具承受较大的交变应力，而遭受疲劳破坏。 常规216mm井眼钻井参数的选择 钻井方式钻压（kN）转盘转速（r）排量（L/s）立管压力（MP）钻头转速（r） 复合 0~80 ≤80 28~32 8~16 转盘+螺杆滑动 30~120 0 28~32 8~16 螺杆 2．稳定器尺寸的选择：常规钻井中，216mm井眼稳定器外径一般要大于等于210mm； 在导向钻井中单弯螺杆，上下两个稳定器如果同常规井一样大小，，会使钻具承受过大的弯曲应力，通过室内分析与实践，使用范围为208~210mm。 3．钻具结构的选择：常规定向井，在不同的工况段，是通过多次改变钻具而实现的，每改变一次钻具结构，就要起下一趟钻。而导向钻井是造斜、增斜、稳斜、降斜几个工序使用一套钻具组合，而不用起下钻改变钻具结构。因此，导向钻进的钻具结构要满足定向井不同工序的要求，不仅要提高钻井速度，减少起下钻次数，在控制井身质量方面，更要优于常规钻井的井身质量。“双稳定器稳斜型”：216mmPDC钻头+单弯螺杆（自带208~210mm上下扶正器）+159mm无磁钻铤+159mm钻铤15根+127mm钻杆 4．钻头类型的选择：一般使用PDC钻头。不仅速度快，在复合钻进中，也不存在掉牙轮的风险。 5．泥浆参数的选择：在滑动钻进阶段，要求摩擦阻力系数小于0.15。防止粘钻具，造成钻压加不到钻头上，影响钻进速度。使用到向钻进技术后，钻井速度明显提高，整个节奏加快，要求泥浆性能的调整满足快速钻井的需求。泥浆密度、粘度、失水要优适当的超前性，防止井下复杂，保证施工顺利。 刚性满眼钻具 刚性满眼钻具是一种安装在钻柱下部的刚度较大而且井径与钻柱外径之间间隙较小的钻具组合。 1．工作原理 刚性满眼钻具一般是由几个外径与钻头直径相近的扶正器与一定长度外径较大的钻铤所组成。它的防斜原理是在钻头以上的下部钻柱上安装一定数量的扶正器，以扶正合钻铤；提高下部钻柱的刚度，减少其弯曲程度，以消除钻头的严重倾斜，使其能减小和限制由于钻柱弯曲而产生的增斜力，同时扶正器能支撑在井壁上，抗衡地层自然造斜力，以达到控制井斜在最小范围内变化的目的。 为了发挥满眼钻具的防斜作用，在钻具上至少要有三个稳定点，除在靠近钻头处有一个扶正器外，其上面应再安放两个扶正器才能保持有三点接触井壁。如果只有两点接触，钻柱就能循沿一条曲线，不能保证井眼的直线性。如果有三点接触，就能保证井眼的直线性和限制钻头的横向移动。 1）在垂直或接近垂直的井眼中钻具的防斜作用：当钻具在垂直或接近垂直的井眼中工