正确使用螺杆钻具

正确使用螺杆钻具

一、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)。

二、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。

三、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。

ｃ－４传动轴总成

传动轴总成的作用是将马达产生的扭矩传递给。它的核心部件是轴向推力轴承和组合径向轴承。

ｃ－４．１轴向推力轴承

轴向推力轴承主要承受钻压，转子｀万向轴｀传动轴｀钻头的重量及马达｀钻头水眼产生的的轴向合力。

ｃ－４．２组合径向轴承

组合径向轴承分为上｀下两组，分别承受转子作行星运动是引起的弯曲载荷和钻头钻进是的侧向力。另外上径向轴承对钻井液头限流的作用，允许３－８%的钻井液流经各轴承起润滑和冷却的作用。

ｃ－５导向总成

导向总成是为提高螺杆钻具的造斜性能而设计的,安装在直螺杆钻具的马达总成下部的一种改变传动轴方向的特殊装置。由于导向总成形成的弯角更靠近钻头，因此螺杆钻具造斜率较高。导向总成分为三种结构形式：1）花瓣式导向总成；2）挠轴-花瓣式导向总成；3）可调角度式导向总成。其中花瓣式导向总成应用于常规单弯螺杆钻具；挠轴-花瓣式导向总成应用于超短型螺杆钻具；可调角度式导向总成应用于井口可调角度单弯螺杆钻具。

ｃ－6防掉装置

尽管螺杆钻具有足够的强度来满足钻井的需要，但由于其工作环境的性质决定了仍可能有少量事故发生，为把这种事故造成的损失减少到最低，DT螺杆钻具均带有防掉装置。

防掉装置分为两种，一为传动轴防掉螺母，DT所有型号的螺杆钻具均具有该装置，主要为防止传动轴断裂而掉入井底；二为壳体防掉装置，该装置设置在转子顶部，主要为复合导向螺杆钻具而设计，用户不作特别要求时不带该装置。

四、影响螺杆钻具使用的因素

尽管螺杆钻具设计为在较宽的钻井条件下使用，但下列因素对螺杆钻具的正常工作影响很大。

4-1钻井液

螺杆钻具可适应各种类型的钻井液，但应考虑下列因素的影响：

4-1．1钻井液的比重和粘度

在满足洗井的前提下，尽可能减少钻井液的比重和粘度，钻井液比重应不大于1.5。4-1．２钻井液固相含量

应尽量控制在0.5%以内，否则会影响螺杆钻具的寿命。

4-1．３钻井液ＰＨ值

钻井液的ＰＨ值应当在４－１０之间，ＰＨ值过高或过低都会对螺杆钻具的零件产生破坏作用，缩短螺杆钻具的使用寿命。另外钻井液中如果含有大量芳香烃类轻质成分，或其他对橡胶有害的化学剂，对螺杆钻具使用寿命也会有影响。

4-２钻井液的流量

每一种规格的螺杆钻具均有最适应的流量使用范围，应按照附录中推荐的流量范围使用螺杆钻具。流量太大会导致螺杆钻具的转速过高，减少连续使用时间，甚至会损坏马达；流量太小会导致螺杆钻具的转速下降，输出功率不够，甚至螺杆钻具因旁通阀

不能关闭而不工作。

4-３钻压

在钻井作业过程中，应当通过逐渐增加钻压，使螺杆钻具的马达压降尽量达到规定值的中上限，以保证螺杆钻具的马达最大限度地提供输出扭矩以满足钻头破岩的需要。同时，应当把钻压控制在推荐的最大钻压以内，过大的钻压不但会损坏传动轴推力轴承，还会使马达压降过高而发生滞动现象，如果滞动时间过长，会使马达严重损坏。4-4扭矩

螺杆钻具具有输出扭矩与马达压降成正比的特性，螺杆钻具工作时的实际输出扭矩,取决于钻压的大小。理论上扭矩的变化对工作转速无影响。性能较好的马达从空载到有效最大工作载荷区，转速的降低不超过10%。

螺杆钻具带动钻头作顺时针旋转，同时在钻具的壳体上产生反扭矩，反扭矩的大小为输出扭矩与磨擦损失扭矩之和，反扭矩通过螺杆钻具壳体传递到钻柱上，从而引起螺杆钻具马达以上部分联结丝扣的紧扣，螺杆钻具马达以下部分联结丝扣的松扣，反扭矩在钻具滞动时达到最大值。由于反扭矩会影响到钻井方位角，因此在定向作业时要考虑到反扭矩的存在。

4-5钻头

DT螺杆钻具设计钻头水眼压降为7.0Mpa。钻头水眼大小的选择与所使用的钻头`地层结构及钻井进尺率等因素有关。水眼过大将会使轴承得不到良好的润滑以及降低螺杆钻具承受钻压的能力；水眼过小，泵压达到额定值时，流量相对小，不能充分发挥马达的性能，流量达到额定值时，系统压力便高，影响推力轴承的寿命。

4-6井温

井底温度对螺杆钻具定子橡胶有较大影响，应根据井底温度选择常温螺杆钻具（耐热温度≤120o）及高温螺杆钻具（耐热温度≤150o）。

为使螺杆钻具在较高温度下正常工作，可采用分段下井`间歇循环及使用带分流的中空转子来加速钻井液循环从而改善井底温度对定子橡胶的影响。

4-7钻压平衡

螺杆钻具在工作时存在以下各种力：

F--转子｀万向轴｀传动轴｀钻头重量的和，方向向下。

FΔpm--马达压力降产生的轴向力，方向向下。

FΔpb--钻头水眼压降产生的轴向力，方向向下。

w--钻压，方向向上。

上述各力的合力由推力轴承来承受，并将合力传递给螺杆钻具壳体，当合力为零时为理想状态，此时推力轴承寿命最长。合适的钻压能够改善推力轴承的受力状态，作业时可参考附录中螺杆钻具技术参数表。

五、正确使用螺杆钻具

当选择螺杆钻具进行作业时，应考虑以下因素：

1`使用螺杆钻具的目的；

2`井眼尺寸及轨迹；

3`井底循环温度；

4`钻头水眼压降；

5`钻头的型号（转速`扭矩`钻压）；

6`流量；

7`泥浆的类型；

8`地层结构。

六、使用程序

F-1地面检查

F-1.1旁通阀检查

用提升短节将螺杆钻具提起座入转盘卡瓦内，使旁通阀位于转盘上方，以便于观察，装上安全卡瓦，卸去提升短节，用木棒把旁通阀体的阀芯压到下死点，从上部注满水，旁通阀体应无泄露，松开阀芯，阀芯能复位，则旁通阀体正常。

F-1.2螺杆钻具地面检查

接上方钻杆，卸去安全卡瓦，，下放螺杆钻具，使旁通阀位于转盘下易观察的高度，启动泥浆泵，此时应有泥浆从旁通阀体旁通孔射出，逐渐加大流量直到旁通阀阀芯关闭`马达启动，在不停泵上提螺杆钻具能观察到主轴接头扣为止，观察螺杆钻具是否正常转动。

地面检查完成后，接上钻头，按钻具设计组合联结各件。

F-1.3螺杆钻具下井

1）以控制的速度下放钻具，以防止因撞到沙桥`井壁台阶`套管鞋而损坏钻具；

2) 当下放遇阻时,应开泵循环,慢慢划眼通过,若是导向螺杆钻具或带弯接头的螺杆钻具遇阻时,还应转动钻柱，,慢慢通过, 防止划出新井眼。

3）超深井或高温井，下放钻具时应中途循环以降低井底温度。

4）下钻过程中，若钻井液不能迅速流进钻柱内，应减慢下钻速度或停止下钻以充灌钻井液。

注意：下钻时，千万不能顿钻或将钻具直接座入井底。

F-1.4螺杆钻具的启动

螺杆钻具到达预定的井深时，开泵循环, 逐渐加大流量至推荐值；对井底进行充分的清洗，清洗时可慢慢转动螺杆钻具或把螺杆钻具分级（每级30--45o）依次把井底的物体清理干净，清理完毕时，上提螺杆钻具0.5—1m,校对循环压力。

F-1.5螺杆钻具的钻进

1）DT为容积式动力钻具，因此，立管压力表是钻井平台上的主要指示工具，立管压力应作为钻进是的第一参数。钻压指示表所示的压力与钻头上的压力是不一致的。2）提离井底循环泵压：螺杆钻具提离井底进行空循环时立管压力表所示的值与钻进时是不一致的。

3）钻具失速时的泵压：当钻压超过设计最大值时，钻具会发生滞动，此时泵压会在正常泵压下突然猛增。

4）开始钻进时，钻进速度不要太快，因为此时螺杆钻具内部的各种配合和钻头都很紧。

6）施加钻压不要太猛，均匀送钻能保证斜井段的光滑及定向精度。

F-1.6导向螺杆钻具的使用

导向螺杆钻具的使用与常规螺杆钻具基本相同。但是由于导向螺杆钻具具有弯壳体`稳定器等特殊结构，因而在使用时应注意以下问题：

F-1.6-1造斜率

用户在使用导向螺杆钻具对该工具的造斜率很重视，但是由于导向螺杆钻具可以设计为各种不同的结构形式，用户在使用导向螺杆钻具时，又往往采用不同形式的钻具组

的合，加之不同地层结构的影响，因此，不能简单地给出导向螺杆钻具的造斜率指标。仅仅从导向螺杆钻具的结构而言，其造斜率受以下因素的影响：

1）一般来说弯角越大，造斜率越大。

2）使用万向轴弯壳体比使用弯接头具有更大的造斜率。

3）稳定器`垫块有阻于提高螺杆钻具的造斜率，不同形式的稳定器`不同高度的垫块，对造斜率的影响也不一样。

使用非对称稳定器导向螺杆钻具，下井前检查弯万向轴外壳或弯接头角度与非对称稳定器是否共面。共面误差较大时，对造斜率影响很大，而且井眼方位难以控制。

导向螺杆钻具的造斜在钻井作业过场中表现为井斜角的变化或井眼方位的变化。当造斜为目标时，应使导向螺杆钻具的弯角与井斜角共面。造斜率不够时，应注意井眼方位角的变化情况，以确认弯角是否与井斜角共面；需要扭方位时，应当将导向螺杆钻具的弯角与方位角共面。

F-1.6-2复合钻进

使用导向螺杆钻具钻井，可以根据需要开动转盘，实施复合钻进。复合钻进主要用于定向钻井的连续控制，利用一套螺杆钻具，使用一套钻具组合就可完成造斜`稳斜和降斜。复合钻进还可以将转盘转速和螺杆钻具转速叠加，提高钻头转速，从而提高机械钻速。

导向螺杆钻具带有弯接头或弯壳体和稳定器，由于钻头的偏移较大，复合钻进会使导向螺杆钻具受到很大的侧向力。因此，开动转盘实施复合钻进有可能引起井下事故，影响钻井作业的安全。尤其大角度`大偏移距的钻具组合，应尽量长时间开动转盘。复合钻进时导向螺杆钻具推荐弯角1o以下，最大不能超过1.5o；转盘转速不超过60rpm，否则对螺杆钻具的寿命有很大影响。

七、螺杆钻具的保养及维修

螺杆钻具每下井一次之后都应该进行保养及检修。

G-1螺杆钻具的现场保养

1）卸下钻头后用清水冲洗钻具旁通阀体，上下活动阀芯，应无阻挡现象。

2）用清水从主轴母扣孔冲洗螺杆钻具，然后放平；如果长时间不用，建议向钻具中注入少量矿物油以防止锈蚀。严禁注入柴油。

G-2螺杆钻具的维修保养

螺杆钻具维修前应充分了解螺杆钻具的结构，按顺序和要求拆装；应该注意的是螺杆钻具各壳体（旁通阀与马达除外）及内部各主要联结部位均涂有厌氧胶，卸扣前用喷灯加热到300oC后再卸，同时清洗丝扣，拆卸定子下端螺纹时注意保护橡胶定子，防止橡胶受热老化。装配时各丝扣间均需要先行用醇酸洗料及丙酮冲洗干净，然后涂厌氧胶上紧，以防止脱扣。

G-2.1推力轴承轴向窜动

螺杆钻具经过一次下井,应该进行必要的检查或维修，否则影响钻具的再次使用。判断螺杆钻具能否继续使用，除了井口试验外还要对推力轴承轴向窜动量进行检查，当窜动量D超过规定范围时，应更换推力轴承。检测方法如下：

a）将钻具垂直吊起，测量下轴承壳的下端面与传动轴之间的间隙尺寸D1；

b）将钻具座在地面，用钻具自身重量压紧推力轴承，测量下轴承壳的下端面与传动轴之间的间隙尺寸D2；

c）计算推力轴承的轴向窜动：D=D1-D2。

G-2.2旁通阀总成的维修保养

拆下旁通阀各部件并清洗，更换滤套和“O”型圈以及出现沟槽`镀层剥落和锈蚀的零件，涂机油后组装，，活动阀芯不得有卡阻现象。

G-2.3马达总成的维修保养

拆开马达并清洗转子`定子内腔后待检。

A）检测定子橡胶不得有明显的裂纹`掉块`严重磨损`冲蚀等缺陷存在，定子两端应无锈蚀`碰伤`厌氧胶残留物。

B）转子表面应光滑，无冲蚀`锈蚀`镀层剥落`沟槽及严重磨损等隐患，否则应更换。

检查完后，把转子装入定子，将马达吊起直立灌清水进行静密封实验，对外径165以上的钻具漏失量应小于16L/min，对外径165以下的钻具漏失量应小于8L/min，超过此规定值应更换马达；实验完毕后将转子拉出，擦净积水，转子表面涂黄油待组装。有条件也可进行地面液马达试验或整机试验。

G-2.4万向轴总成的维修保养

挠轴式万向轴：应无裂痕`弯曲等影响强度的缺陷存在，否则更换新挠轴式万向轴。

花瓣式万向轴：支承部分不得变形和过度磨损，支承球磨损量不得超过0.15mm，瓣缝间隙不得超过规定范围及影响强度的缺陷存在，否则应更换。

G-2.5传动轴总成的维修保养

按顺序拆开传动轴总成各部件并清洗待检。

G-2.5.1推力轴承

推力轴承轴向窜动不得超过规定值，否则更换。

滑道应光滑，无裂纹`点痕及过度磨损等缺陷存在，磨损量应小于1mm；钢球无点蚀`椭园等缺陷，磨损量应小于０.2mm，否则更换钢球或新推力轴承。

注意：不得新旧钢球混用。

G-2.5.2径向轴承

径向轴承若有裂纹`焊层剥落`硬质合金块脱落或严重磨损（配合间隙达到1mm）等现象，则更换新径向轴承。

G-2.5.3传动轴本体

传动轴本体不得有裂纹`锈蚀`冲蚀严重、局部过度磨损等影响强度的缺陷存在，局部沟槽磨损不得大于最薄弱部位管体壁厚的10%，否则报废。

G-2.5.4传动轴总成组装

传动轴总成按顺序组装，组装前应通过实测来调整调整环和止推环的厚度；装配完后传动轴应转动灵活，轴向窜动应小于2mm。

H螺杆钻具故障分析及排除

螺杆钻具在使用过程中会出现一些异常现象，对照下表基本可以排除，如果出现下表不涉及的一些问题，可与厂技术服务部门联系予以解决。

附录一DT螺杆钻具弯点及稳定器位置

附录二DT导向螺杆钻具造斜率K(o/M)预测(仅供参考)

附录三DT导向螺杆钻具技术参数表

螺杆钻具使用记录表

螺杆钻具使用记录表

螺杆钻具使用记录表

钻具型号：7LZ95×7.0 弯角：1.5o(1)

螺杆钻具使用记录表

螺杆钻具使用记录表

螺杆钻具使用记录表

螺杆钻具使用记录表

螺杆钻具使用记录表

螺杆钻具使用记录表

钻具型号：7LZ95×7.0 弯角：1o（2）

螺杆钻具使用记录表