定向井专用工具介绍螺杆知识分享
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。
定向井使用单弯螺杆浅析
定向井使用单弯复合螺杆浅析单弯复合螺杆，简称单弯，是由于壳体弯曲实现造斜。
与相应尺寸扶正器配合组成滑动式导向工具，是采用转盘与井下滑动导向工具不起钻，通过转盘开、关完成定向井二开后的直井段、定向造斜段、增斜段、稳斜段的连续钻井作业，通称为滑动导向复合钻井技术。
减少了因改变钻具结构而进行的起下钻作业，提高了整体钻井时效。
单弯螺杆比常用的普通短螺杆长，与定向直接头配合使用。
常用的单弯螺杆弯曲度有：0.75度、1.00度、1.25度、1.50度4种。
改进后的五头单弯螺杆驱动功率大、扭矩大，纠斜和增斜力强，转速低（180~200r/min），更能适合于钻井生产实际。
根据现场使用看，1.25度单弯螺杆比较适应陇东地区地质特性。
一、单弯螺杆在直井段的使用二开后的直井段，使用单弯螺杆钻具结构，主要是单弯螺杆和转盘同时转动，具有防斜作用和纠斜作用，比普通防斜钻具具有更大的优越性和灵活性。
1．在不易井斜地层单弯螺杆钻具使用特性环河、华池地层，不易产生井斜。
使用塔式钻具结构常采用全钻压、高转速钻井。
使用单弯螺杆钻具钻井，起钻压较小、通常为100~140KN；转速高，转盘为Ⅰ挡或Ⅱ挡转速，单弯螺杆转速为180~200 r/min，钻头上的转速相对较高。
与直井段使用塔式钻具相比，机械钻速几乎相同，效果不明显。
2．在易井斜地层单弯螺杆钻具使用特性洛河是易斜地层，是全井防斜和防碰的主要层段。
使用塔式钻具，常采用轻压吊打（钻压为100~120KN）方式控制井斜，机械钻速相对较低。
使用单弯螺杆钻具，可利用小钻压、高转速的特性，能较好地控制井斜。
当井斜较小时，防斜效果更佳。
当井眼井斜大于2度时，锁住转盘，利用单弯螺杆钻具反方向调整井斜。
钻压70KN，转速为单弯螺杆转速，钻井1~2单根，井斜减小后可在原钻压下继续钻井。
与塔式钻具相比，机械钻速可提高30%。
单弯螺杆钻具的放斜作用和纠斜作用表现更加明显，效果更加突出。
如：32889队里37-52井，直井段（282~974米）使用单弯螺杆钻具的平均机械钻速为30米/小时；下表为里37-52井直井段测斜数据。
螺杆钻具相关知识2)
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。
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。
定向井、水平井专用工具
第章定向井、水平井专用工具第一节定向接头一、定向接头类别目前国内常用的定向接头有两种：定向直接头和定向弯接头，定向直接头用于弯壳体螺杆定向钻进，而定向弯接头则用于直壳体螺杆定向钻进。
定向弯接头因其具有制造简单、使用方便、成本低廉等特点，目前使用较为普遍。
二、技术规格定向弯接头规格表表1-1外径（mm）内径（mm）连接螺纹弯曲角度（°）长度(mm)备注母扣公扣196.85 80 630 531 1.25760 衬套内径50mm 1.501.752.002.252.502.75158.75 70 4A10 431 1.25500 衬套内径50mm 1.501.752.002.252.502.75107.95 57 310 331 1.25450 衬套内径35mm 1.501.752.002.252.502.75三、基本结构1、直接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键和定位螺钉，如图1-1所示：图1-12．定向弯接头的基本结构，包括壳体、扶正套、定向键、定位螺钉如图1-2所示：定向弯接头结构示意图图1-2弯接头弯曲度数的计算公式：α=57.3(a-b)/d式中：α——弯曲角度（º）a——长边长度（mm）b——短边长度（mm）d——外径（mm）四、弯接头性能不同螺杆钻具使用弯接头在不同井眼的造斜率表1-2第二节无磁钻铤一、作用由于所有磁性测量仪器在测量井眼的方向时，感应的是井眼的大地磁场，因而测量仪器必须是一个无磁环境。
然而在钻井过程中，钻具往往具有磁性，具有磁场，影响磁性测量仪器，不能得到正确的井眼轨迹测量信息数据，利用无磁钻铤可实施无磁环境，并且具有钻井中钻铤的特性。
国外已有相当数量的无磁钻铤产品于1990年列入API标准。
我国根据国外产品和产品样本制订了SY/T 5145-86《无磁钻铤》标准。
二、工作原理无磁钻铤工作原理如图2-1所示：无磁钻铤的作用原理示意图2-1注：①地磁场线；②磁性测量仪；③钢钻铤；④干扰磁场线；⑤钻头接头；⑥无磁钻铤无磁钻铤上下的干扰磁场线对测量仪器部位没有影响，因而无磁钻铤为磁性测量仪器创造了一个无磁环境，保证了磁性测量仪器测到的数据为真实大地磁场信息。
定向井专用工具解读
(7)、导向总成
导向钻具有单弯钻具和双弯钻具两种。 导向单弯钻具，是在马达下部设置一带角度的短 节，从而使弯曲点尽可能靠近钻头，提高造斜率。 导向双弯钻具，是在单弯钻具的基础上增加一弯 接头，以提高造斜性能，根据其弯曲方向、度数 及联接部位可有多种组合方式。
2、钻具规格及技术参数
(1)钻具表牌说明 (2)技术参数
（7）钻具轴承间隙要求
钻具经过一段时间的使用，必须进行检修，否则 将影响钻具的再次下井使用，判断钻具能否继续 下井使用的一般方法是：钻具除在井口试验正常 外，还要看其推力轴承的磨损程度，可测量主轴 的轴向窜动量，窜动量要在额定范围之内，否则， 钻具必须进行维修。测试方法如下：(如下图)
首先，将钻具用吊卡吊起来，测量并记录不转 动部分的最下端一下径向轴承的下端和驱动接 头之间的间隙尺寸D1。 然后，将钻具座在转盘上，用钻具自身重量压 缩轴承总成，测 量并记录不转动部分的最下 端和驱动接头之间的间隙尺寸D2。 D1—D2即为推力轴承间隙值，见表1。
d.地面检查结束后，用吊钳卡住驱动接头，用 钻头盒将钻头和钻具上紧扣，卸下方钻杆，按 设计的钻具组合把各联接件上紧，要防止粘扣、 错扣，应保证传动轴驱动接头相对于上面的壳 体反时针转动，以防止钻具内部的零件松扣或 脱扣。 使用定向弯接头时，定向弯接头带的定位键必 须和工具面对正，如果在钻头和传动轴之间加 转换接头，建议其长度不超过 250mm 长，否则 将影响轴承寿命及造斜效果，甚至损坏传动轴。
a．组合推力轴承：
用以承受工作状态时的钻压，马达、钻头水眼压 降产生的轴向力及转子、万向轴、传动轴、钻头 重量等各轴向力的合力。
b．径向滑动轴承
它分为上、下两组，主要作用是承受转子作行星 运动引起的弯曲载荷和钻头转动时产生的侧向力， 上径向轴承对钻井液起限流作用，它允许马达流 出钻井液的 5—10％通过轴承组件，起着冷却和润 滑轴承的作用。
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。
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定向井专用工具介绍
螺杆
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。
(2) 下接头固定螺栓是否有松扣现象，若有进行紧扣。
(3) 旁通阀是否能关闭，若不能关闭，可采用机油浸泡活动，直到能关闭为止。
(4) 要注意观察弯螺杆上部弯方的标记与下部弯接头弯曲的方向是否一致。
(5) 螺杆钻具上、下钻台必须使用绷绳绷，防止碰撞损坏螺杆钻具。
(6) 用游车吊起螺杆钻具，测量轴承壳体与旋转短节间的轴向间隙，在下放游车让螺杆钻具触到转盘，再测量轴承壳体与旋转短节间的轴向间隙，两者间隙差6-1/2"螺杆不大于6mm，7-3/4"和9-5/8"螺杆不大于8mm，否则应更换螺杆。
(6) 让螺杆钻具与方钻杆相接，把扣上紧，将螺杆钻具的旁通阀下放到转盘面以下，开泵，小排量使钻井液流进马达，应能看见钻井液从旁通阀的旁通孔流出；随着排量加大，马达开始转动，旁通阀关闭；如一切正常，停泵卸方钻杆，接钻头下钻。
2．钻具下井
(1) 下放钻具及其组合应小心地控制下放速度。
下钻遇阻，应开泵循环，慢慢划眼通过。
若带有弯接头或弯壳体的钻具遇阻时应间歇性地转动钻具，慢慢通过，以防止划出新眼。
(2) 对深井和高温井，下放钻具建议周期性地进行中途循环。
(3) 在井内，若钻井液不能迅速通过旁通阀阀口流进钻柱中，应减慢下放速度或不时停下来充罐泥浆。
3．启动
(1) 钻具达到预先确定的位置，可以开泵循环。
，
(2) 定向前充分清洗井底。
4．钻进
(1) 下钻完，接方钻杆前把钻杆滤子放入钻杆；钻头离井底1米以上开泵，开泵正常后方能下放钻进，缓慢均匀加压。
(2) 钻进中要随时注意泵压变化情况（当排量给定的前提下）、钻时、岩性变化情况，防止意外事故发生。
(3) 对于弯螺杆要注意选择弯曲角的大小，以满足钻井工程设计的要求。
(4) 钻进中几种异常情况的处理：
◆指重表摆动不停。
将钻头提离井底，循环几分钟，待指重表稳定后再钻进。
◆加钻压而泵压不变化，说明马达已不工作，则应停泵，将钻头提离井底再开泵。
◆泵压尚未达到制动压降而无进尺，如地面无问题，则说明井下已短路，即应起钻。
◆如排量、泵压、钻压均合理，而无进尺，则是螺杆钻具有问题，即应起钻。
5．起钻
起钻时，旁通阀处于开位，钻柱中的泥浆注入环空。
6．现场维护保养
(1) 卸去旁通阀以上各部件，用清水冲洗旁通阀后，接上提升短节。
(2) 卸去钻头。
(3) 从传动轴驱动接头中冲洗钻具，然后平放钻具，正常维护保养后使用。