1、 中成鉆具使 用 手 冊大港油田集團中成機械制造有限公司Dagang Oilfield Group Zhongcheng Machinery Manufacturing Co.,Ltd.2004.10第一章、序 言 中成螺桿鉆具是靠泥漿提供動力的井下動力鉆具，它與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿鉆進方法比較,有很多優(yōu)點：1 增加鉆頭的轉(zhuǎn)速。2 增加鉆頭扭矩的功率，因而增加進尺率。3井底直接提供動力，因而減少鉆桿的磨損和損壞。 4可準(zhǔn)確地造斜、定向、糾偏。 5可鉆水平井、從式井，顯著提高鉆井的經(jīng)濟效益。 6壽命長，也能進行周期較長的延伸井段和直井鉆進。 就是這些優(yōu)點才促使螺桿鉆具得到了迅速發(fā)展。 我公司在198

2、5年全套引進美國史密斯公司Smith DYNA-DRILL三條生產(chǎn)線，即包括生產(chǎn)制造與整機裝配生產(chǎn)線、熱處理可控氣氛生產(chǎn)線，以及定子橡膠生產(chǎn)線。可生產(chǎn)DYNA-DRILL D500、D1000、F2000三個系列螺桿鉆具，在經(jīng)歷了引進、消化和吸收的發(fā)展過程后，今天的大港油田集團中成制造有限公司已經(jīng)能夠獨立生產(chǎn)和開發(fā)適用于各種用途的各種規(guī)格系列的螺桿鉆具。在質(zhì)量體系保障上，是國內(nèi)螺桿鉆具生產(chǎn)廠家最先通過GB/T1900-1994-ISO9001：1994標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)，也是通過中國計量局ISO10012計量檢測體系認(rèn)證的企業(yè)。 本手冊主要介紹我廠螺桿鉆具的工作原理、性能、使用要求及注意事項，為用戶更

3、好地使用我廠鉆具，提供了依據(jù)。第二章 操作計劃和考慮一 螺桿鉆具的工作原理 螺桿鉆具是以油基泥漿、浮化泥漿及粘土泥漿等作動力液，是一種把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的容積式井下動力鉆具。當(dāng)泥漿泵產(chǎn)生的高壓泥漿流經(jīng)旁通閥進入馬達(dá)時，轉(zhuǎn)子在壓力泥漿的驅(qū)動下繞定子的軸線旋轉(zhuǎn)，馬達(dá)產(chǎn)生的扭矩和轉(zhuǎn)速通過萬向軸和傳動軸傳遞給鉆頭，從而實現(xiàn)鉆井作業(yè)。 二 中成螺桿鉆具的組成及工作原理 中成鉆具主要由四部分組成：（見圖1） ·旁通閥總成 ·馬達(dá)總成 ·萬向軸總成·傳動軸總成（旁通閥總成上部的提升短節(jié)，未按部件計算，訂貨時可由用戶提出。提升短節(jié)的作用僅供提升鉆具用，沒有其他用途

4、。）1.旁通閥總成：圖2圖1 它的部件主要由閥體、閥芯、閥套、彈簧、閥口總成組成，它的作用是在下鉆時，允許環(huán)空（鉆桿與井壁的環(huán)形空間）的泥漿由旁通閥閥體側(cè)面的閥口孔流向鉆桿內(nèi)孔，起鉆時使鉆桿內(nèi)孔的泥漿從閥體側(cè)面的閥口流入環(huán)空。使起、下鉆時不致使泥漿溢于井臺上，以及保護馬達(dá)的作用。 旁通閥總成的工作原理是在泥漿流量達(dá)到說明書推薦最小流量以前的某個流量時該流量經(jīng)閥芯內(nèi)孔，在孔兩端產(chǎn)生壓力差，上端壓力大于下端壓力，此壓力差克服彈簧力把閥芯壓下，旁通孔被關(guān)閉。此時泥漿流經(jīng)馬達(dá)，把壓力能轉(zhuǎn)換為機械能。地面停泵或流值過小，壓力差不足以按住閥芯，彈簧把閥芯頂起，旁通孔導(dǎo)通（參考圖2）。總之，正常情況下旁通閥

5、的啟閉完全由流量大小決定的。 3.2.馬達(dá)總成： 它由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成（參考圖3）。轉(zhuǎn)子是一根經(jīng)過加工并有耐磨抗腐蝕鍍層的左旋螺桿。定子是在經(jīng)過機械加工的鋼管上有用特制的壓膠芯軸壓鑄并粘牢的丁腈橡膠，它耐磨并抗碳?xì)浠衔铩６ㄗ拥念^數(shù)比轉(zhuǎn)子多一個，在轉(zhuǎn)子裝入定子后，任意截取一個垂直于軸線的截面，兩者均是共軛嚙合的。因此，繞軸線的左旋螺桿上有一系列嚙合點，這些嚙合點封閉起來的容腔組成一個密封腔，而且此容腔體積是一定的。隨著螺桿在定子中的運動，密封腔逐步沿軸線移動，把完成能量轉(zhuǎn)換的泥漿由低壓腔排出馬達(dá)。這就是螺桿馬達(dá)的基本工作原理。根據(jù)設(shè)計，不同馬達(dá)的頭數(shù)有不同的配合。總的來說，馬達(dá)的頭數(shù)越少，

6、轉(zhuǎn)速越高，扭矩越小；馬達(dá)的頭數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越低，扭矩越高。各種螺桿馬達(dá)頭數(shù)配合的截面輪廓如圖4。 圖3 圖4螺桿鉆具以馬達(dá)中一個定子導(dǎo)程組成密封腔為一級，也就是說，馬達(dá)如果是三級的，在軸向上存在三個連續(xù)而互不相通的密封腔，在工作中，如欲使馬達(dá)正常有效地工作，馬達(dá)每級所能承受的壓降以不超過8bar為宜，如以三級馬達(dá)為例，則其馬達(dá)壓降不超過25bar最好。否則，馬達(dá)就要漏損，轉(zhuǎn)數(shù)降低。嚴(yán)重時則完全停止轉(zhuǎn)動，致使馬達(dá)損壞。這一點現(xiàn)場操作時用戶應(yīng)非常注意。 為了保證馬達(dá)密封腔的密封，以確保能承受的壓降，所以定轉(zhuǎn)子間的配合尺寸都需經(jīng)過選配測試，使其不宜過緊或過松，讓馬達(dá)發(fā)揮最大的效率。另外，定子的容腔是由

7、橡膠形成的，因此定子內(nèi)腔的尺寸是受到井底溫度影響的，用戶可根據(jù)實際的井溫情況要求廠家選配適合的馬達(dá)配合，如地層井溫較高，可選配較松的馬達(dá)；如地層較淺或使用的環(huán)境溫度較低，可選配較緊的馬達(dá)等。 現(xiàn)場使用的泥漿流量希望在推薦的范圍內(nèi)，否則將影響馬達(dá)效率，甚至使磨損加大。 螺桿馬達(dá)的性能參數(shù)是螺桿鉆具的主要性能參數(shù)，螺桿輸出扭矩與馬達(dá)壓降成正比；輸出轉(zhuǎn)數(shù)與輸入泥漿流量成正比，隨著負(fù)荷的增加，螺桿輸出轉(zhuǎn)數(shù)降低很少，地面控制容易。所以，通過控制地面上的壓力表的讀數(shù)及泵的流量就控制住了井下螺桿的扭矩及轉(zhuǎn)速。 為了增加鉆頭的水馬力和泥漿的上返速度，將轉(zhuǎn)子加工成帶噴嘴的中空轉(zhuǎn)子。此時馬達(dá)的總流量應(yīng)等于流經(jīng)馬達(dá)

8、密封容腔的流量和流經(jīng)轉(zhuǎn)子噴嘴流量的總和。每種規(guī)格的馬達(dá)都有其推薦的最大和最小流量值。如果超過最大流量值，轉(zhuǎn)子可能超速旋轉(zhuǎn)，定子和轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)提前損壞。如果輸入流量小于最小流量值，馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩就會降低，從而影響其使用效果。因此，在選擇轉(zhuǎn)子噴嘴尺寸時，應(yīng)確保馬達(dá)密封容腔的流量始終保持或高于最小推薦流量值，這樣，才能使馬達(dá)正常運轉(zhuǎn)。在泥漿密度、噴嘴尺寸和馬達(dá)總流量給定時，流經(jīng)轉(zhuǎn)子噴嘴的流量和流經(jīng)馬達(dá)密封腔的流量總是在變化中的。當(dāng)鉆頭離開井底，螺桿馬達(dá)無負(fù)荷，此時流經(jīng)轉(zhuǎn)子噴嘴流量最小，而此時的流經(jīng)馬達(dá)密封腔的流量最大。鉆頭開始進尺工作，螺桿馬達(dá)部分的壓差不斷增加，使流經(jīng)轉(zhuǎn)子噴嘴流量增加，而此時流

9、經(jīng)馬達(dá)密封容腔流量減少。流經(jīng)轉(zhuǎn)子噴嘴水眼所產(chǎn)生壓力差P的計算公式：PP1P2 其中 P：馬達(dá)兩端壓力差（PSI） P1：轉(zhuǎn)子噴嘴所消耗的壓力降（PSI） P2：轉(zhuǎn)子長孔所消耗的壓力降（PSI） ：泥漿密度（lb/gal） Q。：流經(jīng)轉(zhuǎn)子水眼的流量（gal/min） D：轉(zhuǎn)子長孔直徑（in） d：噴嘴直徑（in） P：泥漿粘度（cp） L：轉(zhuǎn)子長孔長度（ft）在上述計算公式中，P、P1、P2、D、P、L在給定井況和螺桿鉆具規(guī)格后都是定值，因此，只要改變d,就可以得到一個相應(yīng)的Q。值。再根據(jù)相應(yīng)井況的總流量和螺桿鉆具馬達(dá)推薦的最大流量和最小流量值，最終確定Q。值和d 值。表1噴嘴直徑(in)泥漿密

10、度(ppg)馬達(dá)兩端壓降(PSI)100200300400流經(jīng)轉(zhuǎn)子水眼流量(GPM)12/328.344056698010.003651637312.003347586614.003143536218/328.349012715517910.008211614216412.007510612915014.006998120138表2 中空轉(zhuǎn)子所配的噴嘴尺寸噴嘴號噴嘴直徑噴嘴號噴嘴直經(jīng)InMmInMm077/325.561515/3211.91088/326.351616/3212.70099/327.141818/3214.271010/327.942020/3215.881111/328.7

11、42222/3217.481212/329.532424/3219.051313/3210.312828/3222.231414/3211.113030/3223.83232/3225.4 3.3.萬向軸總成 它位于轉(zhuǎn)子下端，其作用是把馬達(dá)產(chǎn)生的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞到傳動軸上。它所起到的作用要求它具有較好的撓性功能，才能實現(xiàn)把轉(zhuǎn)子的偏心運動轉(zhuǎn)換成傳動軸的定軸轉(zhuǎn)動。因此，一般萬向軸采用萬向瓣形和柔性軸形式，如圖5。 從整個螺桿鉆具壽命的角度上來看，萬向軸總成部分壽命相對是最短的，在螺桿使用后，應(yīng)及時拆卸修理和檢查。圖5 運動原理3.4.傳動軸總成它的作用是將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)動力傳遞給鉆頭，同時承受鉆壓所產(chǎn)生

12、的軸向和徑向負(fù)荷。大港-螺桿鉆具的傳動軸總成的結(jié)構(gòu)型式共有五種。按鉆頭承受水眼壓降分類：a. 水眼壓降為35bar，該結(jié)構(gòu)上、下軸承是推力球軸承，徑向軸承有兩組硬質(zhì)合金軸承或兩組橡膠軸承兩種。b. 水眼壓降為70bar，該結(jié)構(gòu)上、下軸承有多組向心推力球軸承或多列推力球軸承兩種，徑向軸承是上、下各多組硬質(zhì)合金軸承。c. 水眼壓降為140bar，該結(jié)構(gòu)上、下軸承有多組鑲嵌PDC復(fù)合片的平面推力摩擦軸承，徑向軸承是上、下各一組CC合金軸承。在螺桿鉆具的傳動軸總成結(jié)構(gòu)設(shè)計型式上，雖然結(jié)構(gòu)上分五種，但其原理都是一樣的。其軸承所承受的負(fù)載形式：（如圖6）a、離井底推力軸承：在鉆頭懸離井底空轉(zhuǎn)時，該軸承主要

13、承受整個液柱的向下推力和轉(zhuǎn)子、萬向軸、傳動軸及鉆頭的重量。圖 6b、坐井底推力軸承：主要用于承受工作狀態(tài)所施加的鉆壓。c、徑向軸承徑向軸承為滑動軸承，上、下各有一組。主要用來承受轉(zhuǎn)子作行星運動引起的彎曲載荷和鉆頭的側(cè)向力。上徑向軸承又稱限流器，它允許馬達(dá)流出的部分泥漿（在最大水眼壓降作用下，約510%），通過軸承組件，起著冷卻和潤滑軸承的作用。三、產(chǎn)品型號規(guī)格及標(biāo)牌說明本手冊列舉了我公司生產(chǎn)制造的所有規(guī)格的螺桿鉆具。用戶如有特殊要求，我公司可為用戶單獨設(shè)計您所需要的特殊用途的異型螺桿鉆具。本手冊提供的參數(shù)，是保證您正確使用好該工具的重要依據(jù)，請用戶在工作中認(rèn)真對待。中成-螺桿鉆具標(biāo)牌說明：LZ

14、× H:代表可換扶正器傳動軸總成 G:代表高溫定子 K:代表可調(diào)角度彎殼體 C:長壽螺桿鉆具 M:代表油密封傳動軸總成 0:代表中空轉(zhuǎn)子 3:代表單彎殼體 4:代表雙彎殼體或彎接頭 5:代表扶正器 6:代表扶正器加單彎接頭 7:代表扶正器加雙彎殼體或彎接頭 :代表改進型 C:徑向軸承是船用橡膠軸承 Y:徑向軸承是硬質(zhì)合金軸承 J:徑向軸承是CC合金軸承 鉆頭最大水眼壓降（Mpa） 鉆具外徑規(guī)格（mm） 螺桿鉆具標(biāo)志 馬達(dá)轉(zhuǎn)子頭數(shù)（單頭省略）四、中成螺桿鉆具使用的基本知識1.鉆具使用前，井場技術(shù)人員和司鉆應(yīng)該首先了解螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)原理和使用參數(shù)，并按使用手冊的要求合理使用螺桿鉆具。2.

15、鉆井作業(yè)計劃根據(jù)整個井眼的鉆井作業(yè)計劃，制定一個符合螺桿鉆具使用要求的詳細(xì)具體的鉆井作業(yè)計劃，即由鉆井工程師根據(jù)任務(wù)結(jié)合地層結(jié)構(gòu)、井眼孔徑、深度、機械鉆速確定所用鉆頭和螺桿型號，并設(shè)計一個適合的鉆具組合。3.對鉆井液泥漿的要求螺桿鉆具是正容積式馬達(dá)，決定鉆具性能的因素是馬達(dá)的輸入流量和作用于兩端的壓力降，而不是鉆井液的類型，因而，使用各種類型的泥漿一般均能有效的工作。泥漿比重和粘度對鉆具性能的影響甚微，但對整個壓力有直接影響，推薦泥漿最大塑性粘度不應(yīng)超過0.05Pa·s（50厘泊）。泥漿中所含的各種硬顆粒必須予以限制，推薦鉆井液中的含砂量應(yīng)低于1%，若含砂量高于5%，鉆具的壽命將大大

16、縮短。4.對使用鉆頭的要求 鉆頭的選擇，尤其是與螺桿鉆具一起使用的鉆頭的選擇是個十分重要的問題。這本是鉆井工程師工作內(nèi)容的一部分，這里所以強調(diào)一下是因為螺桿鉆具是否能成功的發(fā)揮作用的幾個因素中，鉆頭與鉆具的匹配是最重要的了。希望能引起現(xiàn)場使用人員的重視。選擇鉆頭與螺桿鉆具配套使用的因素應(yīng)是： a鉆井作業(yè)方案及計劃。 b針對地層需用什么樣的刃部構(gòu)造。 c. 鉆井液流通通道的結(jié)構(gòu)。 d預(yù)先計劃的機械鉆速。 e使用該鉆頭，鉆井運轉(zhuǎn)時間的估計。 f鉆頭水眼壓降的設(shè)計。什么地層結(jié)構(gòu)、地層軟硬使用哪類鉆頭，用什么樣的刃部設(shè)計，請參考有關(guān)鉆頭的專業(yè)書籍。這里僅就使用螺桿鉆具完成各種鉆井作業(yè)，對鉆頭的選擇作些

17、說明。除鉆頭水眼造成的壓降外，希望泥漿流經(jīng)鉆頭底部時別再形成其他較大的壓力損失，因為這對傳動軸組件中的限流器十分不利。尤其當(dāng)鉆頭水眼壓降已達(dá)鉆具型號規(guī)定的壓降值，更應(yīng)注意。這對牙輪鉆頭一般不必?fù)?dān)心，但金鋼石鉆頭端部液體通道的設(shè)計，就必須考慮通道過流面積是否可能造成額外過多的壓力損失問題。同時并能保證巖屑及時排出及鉆頭冷卻問題。 牙輪鉆頭一般適用于鉆井周期不長的作業(yè)，如定向造斜、側(cè)鉆等。注意使用螺桿鉆具作業(yè)時，一般鉆頭轉(zhuǎn)數(shù)提高23倍，因此鉆頭軸承壽命要因之而縮短。這也提醒我們用牙輪鉆頭時，鉆壓不宜用很大，以維持牙輪鉆頭的壽命。根據(jù)經(jīng)驗，由于轉(zhuǎn)數(shù)提高23倍，牙輪鉆頭齒部可比用一般傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤鉆選硬一個

18、等級。例如轉(zhuǎn)盤鉆時用“中硬”級鉆頭，而用螺桿鉆具時，就選“硬”級鉆頭。用螺桿鉆具為防止鉆頭側(cè)面的過速磨損，可在牙輪鉆頭側(cè)面外徑堆焊硬質(zhì)合金予以保護。 金剛石鉆頭不僅適用于定向造斜等，更適用于鉆井周期較長的作業(yè)，如打直井等。在較長周期鉆井作業(yè)中，最重要的因素就是鉆頭與鉆具作為一個整體，不要由于其中哪一部分出了問題，而造成不必要的起下鉆。大家已熟知：金剛石鉆頭較牙輪鉆頭壽命長，而且結(jié)構(gòu)是整體的，具有很多優(yōu)點。金剛石鉆頭與7Y型鉆具匹配是完全合適的。 進一步就是針對各種作業(yè)要求，合理選用什么樣的鉆頭冠部形狀、冠部表面的設(shè)計和布置、金剛石的尺寸大小和質(zhì)量以及金剛石鉆頭端部泥漿通道系統(tǒng)的設(shè)計。當(dāng)然孤立地

19、只著眼于鉆頭與螺桿是有些局限性，它終歸不是決定壽命和鉆井進尺的唯一因素。其他如改善傳動軸的穩(wěn)定性，例如加穩(wěn)定器對提高鉆具壽命發(fā)揮鉆頭性能都是很有幫助的。但無論如何應(yīng)該了解：合理的金剛石尺寸、金剛石布置的方位、每塊金鋼石的鉆壓負(fù)荷這三者與井下鉆具轉(zhuǎn)數(shù)高和所要求的鉆壓小兩者是應(yīng)該考慮合理匹配的。總之，使用螺桿鉆具不對所匹配的鉆頭進行認(rèn)真選擇，要想取得滿意的結(jié)果是困難的，更有甚者，可能使螺桿鉆具過早地?fù)p壞。5.井底溫度溫度過高對螺桿馬達(dá)性能十分不利，會使所有不利影響因素加劇作用。使用油基泥漿，井底溫度低于95，馬達(dá)可進行正常工作。若溫度達(dá)到95150時，苯胺點及其它不利因素均逐漸達(dá)到臨界危害點，而當(dāng)

20、溫度超過150時，即使使用最佳的油基泥漿，甚至使用水基泥漿，馬達(dá)定子壽命都會大幅度的縮短。為使螺桿在較高溫度的油基泥漿下正常工作，可以采用分段下鉆，間歇循環(huán)，使用帶分流孔的空心轉(zhuǎn)子，以加速泥漿循環(huán)或改善泥漿散熱性及其它性能的方法，保證實際定子工作溫度低于極限值。我公司生產(chǎn)兩種類型的定子。一種是耐溫120的常規(guī)定子，其額定工作溫度95，最高工作溫度120。另一種是耐溫150的耐高溫定子，其額定工作溫度135，最高工作溫度150。6.泥漿流量螺桿鉆具特性之一，輸出轉(zhuǎn)速與輸入泥漿流量成正比。每一種鉆具都有一定的有效工作流量范圍，建議按推薦參數(shù)進行操作，否則會降低鉆具工作效率和使用壽命。7.泥漿壓力與

21、鉆壓的特點螺桿鉆具進行空運轉(zhuǎn)時，若保持泥漿流量不變，螺桿鉆具與鉆頭產(chǎn)生的壓降為一常數(shù)值，該值隨螺桿形式和規(guī)格的不同而有所不同。馬達(dá)工作時，隨著鉆壓逐漸增加，泥漿的循環(huán)壓力逐漸上升，該壓力的增量與鉆壓或鉆進所需的扭矩的增量成正比。當(dāng)達(dá)到最大推薦工作壓力降時，產(chǎn)生最佳扭矩。繼續(xù)增加鉆壓，當(dāng)循環(huán)泥漿在馬達(dá)兩端產(chǎn)生的壓降超過最大設(shè)計值時，螺桿將發(fā)生制動。正常工作時，表壓隨鉆壓的增減而升降。如果泵壓表突然增加了幾兆帕，繼續(xù)增加鉆壓，泵壓不再增加這說明螺桿發(fā)生了制動。此時馬達(dá)定子與轉(zhuǎn)子間密封被沖開，泥漿通過不轉(zhuǎn)的馬達(dá)從鉆頭水眼流出。這是螺桿的緊急過載保護功能。當(dāng)鉆頭因故障遇卡時，鉆井液在螺桿制動情況下仍可

22、以繼續(xù)循環(huán)流過螺桿。但一旦螺桿發(fā)生制動，應(yīng)迅速將其提離井底降低鉆壓，因為泥漿長時間流過不轉(zhuǎn)的馬達(dá)會使螺桿嚴(yán)重?fù)p壞。另外，要使鉆具獲得最佳工作效率和工作壽命，應(yīng)將螺桿兩端壓差控制在推薦參數(shù)范圍內(nèi)。8.扭矩的特點鉆具的輸出扭矩與泥漿流過馬達(dá)產(chǎn)生的壓力降成正比，但對鉆具輸出轉(zhuǎn)速的變化幾乎不產(chǎn)生影響。實驗表明，螺桿從空載狀態(tài)到最大有效工作載荷區(qū)，速度降低一般不超過10%。鉆具進入工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)子驅(qū)動鉆頭作順時針轉(zhuǎn)動，同時在鉆具殼體上產(chǎn)生一反作用扭矩，該扭矩向上傳遞到整個鉆柱上，會引起螺桿以上各聯(lián)接絲扣緊扣或引起螺桿定子殼體以下聯(lián)接絲扣松扣。反扭矩隨鉆壓增加而增加，當(dāng)螺桿制動時，其值達(dá)到最大值。9.水力推

23、力與鉆壓平衡中成-鉆具在工作中軸向上存在如下各力（如圖7）F:轉(zhuǎn)子、萬向軸、傳動軸及鉆頭重量Fpm：馬達(dá)兩端壓降產(chǎn)生的軸向液壓推力Fpb：鉆頭水眼壓降所產(chǎn)生的軸向力W：鉆壓設(shè)向下作用力：F+ Fpm + Fpb =C那么推力軸承負(fù)荷：Lb=F+Fpm +Fpb -W=C-W推力軸承設(shè)計用來承受軸向載荷的合力，并將其傳遞給螺桿殼體，理想狀態(tài)，合力為零，軸承不受載，此時軸承壽命最長，用這種方法平衡鉆壓，可延長軸壽命。負(fù)載分析狀態(tài)：負(fù)狀態(tài)C>W離井底推力軸承受載平衡態(tài)C=W軸承不受載（平衡點）正狀態(tài)C<W坐井底推力軸承受載10.對鉆頭水眼的要求選擇鉆頭水眼大小要適宜，不能過大或過小。如果

24、水眼太小，泵壓達(dá)到額定值時，排量可能相對過小，此時馬達(dá)不易發(fā)揮出最大效能。對于泥漿潤滑的傳動軸總成，水眼過小，而排量達(dá)到額定值時，系統(tǒng)壓力增高，即造成軸承上、下液流壓力過高，這將影響串軸承和徑向軸承壽命，外觀反映為鉆具懸空時，鉆具殼體下端與驅(qū)動接頭間隙增大（也就是驅(qū)動接頭向外竄出）；水眼過大，鉆具承受鉆壓能力降低，軸承得不到良好的潤滑。對于油密封傳動軸總成，水眼過小，會使密封軸承的內(nèi)外壓差過大，從而損壞密封。11.判斷鉆具軸承磨損 現(xiàn)場經(jīng)常有這樣的情況，螺桿使用后，尚未回收經(jīng)過維修中心修復(fù)或現(xiàn)場使用認(rèn)為時間不長，想再次使用。可遵循下列步驟，以確定鉆具傳動軸總成的壽命是否能滿足不回修而再次使用的

25、要求。螺桿在使用之后，將它放在鉆臺上，進行下列工作。 第一步：用吊卡將螺桿吊起來，仔細(xì)測量并記錄下短節(jié)和驅(qū)動接頭之間的間隙尺寸D1。第二步：用完鉆具后，將鉆具座在鉆臺上，用鉆具自身重量壓縮軸承總成，測量并記錄下短節(jié)和驅(qū)動接頭之間的間隙尺寸D2。（如圖8）D2- D1得軸承的磨損，表4為軸承所允許的間隙值，可轉(zhuǎn)化為鉆具磨損百分比，從而供用戶參考判斷鉆具可否重復(fù)使用。表4 軸承間隙 鉆具規(guī)格（外徑）間隙D1-D280（31/8）3mm89（31/2）3mm95（33/4）3mm102（4）3mm105（41/4）3mm120（43/4）3.5mm159（61/4）4mm165（61/2）4mm17

26、2（63/4）4mm197（73/4）4mm203（8）4mm210（81/4）4.5mm244（95/8）4.5mm286（111/4）5mm五、中成螺桿鉆具的使用方法中成鉆具除提升短節(jié)和旁通閥外，其它部分的殼體聯(lián)接均涂以鎖緊劑，并按API標(biāo)準(zhǔn)緊扣扭矩上緊。 在選擇鉆具及其組合方案時，應(yīng)制訂鉆井作業(yè)計劃，充分考慮井眼孔徑、井眼軌道、鉆頭類型、規(guī)格、地層結(jié)構(gòu)和水力計算等細(xì)節(jié)。1.地面檢查 螺桿下井前，應(yīng)在鉆臺上按下述方法進行試驗： a用提升短節(jié)將螺桿提起坐入轉(zhuǎn)盤卡瓦內(nèi)，裝上安全卡瓦卸去提升短節(jié)。 b檢查旁通閥：用木棒下壓旁通閥閥芯，從上部注滿水，此時旁通閥應(yīng)不漏，水面無明顯下降。然后松開閥芯，

27、閥芯復(fù)位，所注水應(yīng)從旁通閥口均勻流出。 c接上方鉆桿，卸去安全卡瓦，提出卡瓦，下放螺桿使旁通閥閥口處于轉(zhuǎn)盤下易于觀察的位置。 d開泵：逐漸提高排量直到旁通閥關(guān)閉、馬達(dá)起動為止（記下該排量值）。不停泵上提鉆具至能看見轉(zhuǎn)動的驅(qū)動接頭為止。在此過程中可能有部分泥漿經(jīng)軸承組流出，觀察螺桿運轉(zhuǎn)情況。停泵前應(yīng)再下放鉆具，讓旁通閥閥口位于轉(zhuǎn)盤以下，檢查停泵時是否泥漿經(jīng)旁通閥閥口順利流出。e地面檢查結(jié)束后，用吊鉗卡住驅(qū)動接頭，用鉆頭盒把鉆頭和螺桿接上（大鉗只可咬在旋轉(zhuǎn)傳動軸驅(qū)動接頭上），緊扣扭矩見附錄7。（注：應(yīng)保證傳動軸驅(qū)動接頭相對于上面的殼體反時針轉(zhuǎn)動，以防止內(nèi)部螺紋松扣。） 使用彎接頭時，定向裝置帶的轉(zhuǎn)

28、盤套和定位鍵必須和工具面對正，如果要用回壓凡爾，可直接安裝在旁通閥上方。如果在驅(qū)動接頭和鉆頭之間還要加轉(zhuǎn)換接頭，建議不應(yīng)超過250mm長，以免產(chǎn)生過多的方位變化，降低軸承壽命或損壞傳動軸。2. 鉆具下井 a下放鉆具及其組合應(yīng)小心地控制下放速度，以防撞到沙橋、井壁臺肩和套管鞋上使鉆具損壞。下鉆遇阻，應(yīng)開泵循環(huán)，慢慢劃眼通過。若帶有彎接頭或彎殼體的螺桿遇阻時應(yīng)周期性地轉(zhuǎn)動組合，慢慢通過，以防止劃出新井眼。 b對于深井和高溫井，下放螺桿建議周期性地進行中途循環(huán)，這樣可防止螺桿堵塞，或因高溫造成的螺桿定子損壞。 c在井內(nèi)，泥漿若不能迅速通過旁通閥閥口流進鉆柱中，應(yīng)減慢下鉆速度或不時停下來充灌泥漿。下鉆

29、時，注意不可頓鉆或?qū)⒙輻U直接坐入井底。3.啟動 a螺桿達(dá)到預(yù)先計劃的井深位置，可以開泵循環(huán)，由于鉆頭側(cè)向力的影響，壓力值可能超過計算值。 b定向前應(yīng)充分清洗井底，清除井底巖屑沉淀或堆積，消除循環(huán)不徹底對定向的影響。具體方法是以正常的泥漿循環(huán)慢慢轉(zhuǎn)動鉆具（每次轉(zhuǎn)30°45°）依次把堆積井底巖屑和沉砂清出，清理干凈后，上提鉆具0.30.6m循環(huán)并記錄，校對壓力值。4.鉆進 a螺桿懸離井底進行空循環(huán)時，立管壓力表所顯示的是整個系統(tǒng)的空載循環(huán)泵壓，也稱離井底泵壓。 容積式馬達(dá)特性之一，馬達(dá)所產(chǎn)生的扭矩與兩端所產(chǎn)生的壓力降成正比，和整個系統(tǒng)壓力變化成正比。鉆頭鉆進時，隨著鉆壓升高，工

30、作扭矩的加大，馬達(dá)兩端的壓力降也成正比例增加。循環(huán)系統(tǒng)的壓力表反應(yīng)出該壓力的增值。通過監(jiān)視地面立管壓力表，便可以判斷鉆具壓力和扭矩的變化（鉆桿與井壁的摩擦可能會影響判斷精度）。在充分考慮鉆頭水眼壓降和鉆壓的關(guān)系后，把表壓增值限制在所選鉆具推薦值范圍內(nèi)就會產(chǎn)生最佳效能。 工作打鉆泵壓=離井底泵壓十鉆具負(fù)載壓力降 離井底泵壓不是一個常數(shù)，它隨井深和泥漿的變化而變化，在實際操作中，一般取每次單根后的離井底泵壓為近似值，這樣做完全可以滿足要求。當(dāng)泵壓處于最佳工作狀態(tài)時，停止增加鉆壓，泵壓會產(chǎn)生波動穩(wěn)定下降，直到再次調(diào)整鉆壓。b施加鉆壓不要太猛，鉆壓不是監(jiān)視螺桿工作的指標(biāo)，只是作為參考指標(biāo)，判斷螺桿工作

31、情況的主要依據(jù)應(yīng)該是泵壓。對于發(fā)生較大磨損的馬達(dá)，還應(yīng)以進尺速度為依據(jù)。c.鉆井方式采用導(dǎo)向鉆進時，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速應(yīng)不超過75RPM，彎殼體角度在1°30以上的鉆具，導(dǎo)向鉆進時轉(zhuǎn)盤不允許旋轉(zhuǎn)。另外，當(dāng)采用導(dǎo)向鉆進時，鉆具的自身旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)）和轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)），必然，產(chǎn)生一個疊加的效果，但這個疊加存在一個正疊加和負(fù)疊加的效果，即給鉆頭轉(zhuǎn)速產(chǎn)生一個增速或失速（也稱丟轉(zhuǎn)）的結(jié)果，因此，由于此現(xiàn)象的存在，導(dǎo)向鉆進時，鉆壓不宜過大，即轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩應(yīng)小于馬達(dá)輸出的扭矩，這樣，才能使兩種旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生正疊加，最終，達(dá)到提高機械轉(zhuǎn)速的效果。5.起鉆螺桿起鉆過程類似常規(guī)鉆機起鉆操作。起鉆時，旁通閥處于開位

32、，允許鉆柱中的泥漿泄入環(huán)空。但螺桿本身不能快速地排除泥漿，通常在起鉆前在鉆柱上部注入一段加重泥漿，使鉆桿內(nèi)的泥漿順利排出。6.現(xiàn)場維護保養(yǎng) a卸下旁通閥以上各件，用清水沖洗旁通閥，同時，上、下移動閥芯，調(diào)整使其移動無阻，清洗完畢，擰上提升短節(jié)。 b將鉆頭座入鉆頭盒中，用大鉗夾緊螺桿，反時針旋轉(zhuǎn)鉆頭，空出螺桿中剩余泥漿（泥漿由旁通閥閥口流出），然后卸去鉆頭。c從傳動軸驅(qū)動接頭孔中沖洗鉆具，將傳動軸上部水帽及軸承清洗干凈，然后平放螺桿，正常維護保養(yǎng)后待用。若暫停使用或長時間擱置不用，建議向螺桿鉆具內(nèi)注入少量的礦物油防銹蝕（注意，不允許加入柴油）。六、故障分析與排除注意觀察泥漿壓力的變化，可發(fā)現(xiàn)和判

33、斷鉆進過程中出現(xiàn)的許多問題。正確分析和采取適當(dāng)?shù)拇胧晒?jié)省起、下鉆所耗費的時間和費用。列舉以下幾種情況，供大家參考。1. 鉆具離井底情況：(1) 循環(huán)壓力低于計算值這種情況通常是因為旁通閥打開關(guān)不上，鉆柱刺壞形成循環(huán)短路或出現(xiàn)井漏，解決方法一般是起鉆檢修。(2) 循環(huán)壓力高于計算值：原因可能是螺桿或鉆頭堵塞，傳動軸軸承受卡或損壞，井眼過小或彎接頭角度過大，使鉆頭側(cè)向力增大引起的，典型情況有： 無循環(huán)，檢查整個循環(huán)系統(tǒng)。 部分循環(huán)，可能是鉆頭堵塞或鉆頭側(cè)向力過大。 完全循環(huán)，一般認(rèn)為鉆具負(fù)載太大，工作扭矩大于該螺桿尺寸下的推薦值。采取的措施包括：a.稍許起鉆，減少鉆壓b.改變循環(huán)排量，判斷

34、是否是螺桿或鉆頭堵塞c.短時間內(nèi)交替開或停泥漿泵，以降低泵壓d. 如鉆具組合裝有彎接頭或彎殼體，應(yīng)將方鉆桿稍向下送進，使鉆具在彎曲井眼中放松，以減少側(cè)向力。2. 鉆具坐井底情況：(1) 循環(huán)壓力低于計算值：可能是由于旁通閥打開關(guān)不上，鉆柱刺壞或出現(xiàn)井漏，也可能是由于螺桿馬達(dá)定轉(zhuǎn)子之間的密封不良引起的，后一種情況可通過檢測螺桿制動點的方法判斷，具體方法與步驟如下：a.將鉆具提高井底0.30.5m并開泵b.記下泵的排量，核準(zhǔn)輸入螺桿的泥漿排量是否符合要求c.記下螺桿提離井底時的空循環(huán)壓力值d.緩慢將鉆頭坐入井底，逐漸施加鉆壓e.泵壓逐漸上升，達(dá)到推薦值，此時螺桿獲得最佳功率值，隨鉆壓不斷增加，所需

35、的工作扭矩最終將超出螺桿能提供的功率值，螺桿產(chǎn)生制動。此時無論怎樣繼續(xù)增加鉆壓，泵壓不會再增加，該值即為制動時壓力降。f.多數(shù)情況下，螺桿制動點的壓力降應(yīng)是推薦工作壓力的2倍，如果制動壓力降較低，輕易制動，這說明馬達(dá)已不能繼續(xù)使用，應(yīng)予以更換。（注：這種試驗只能偶爾進行，而且應(yīng)盡可能的快，以防高壓泥漿長時間流過不轉(zhuǎn)的馬達(dá)刺壞定子。）(2) 循環(huán)壓力高于計算值：通常是螺桿或鉆頭堵塞，軸承卡住或損壞，或由于施加鉆壓過大而引起的。處理辦法：a.減少鉆壓b.停泵a. 將鉆頭提離井底如壓力還是降不下來，說明螺桿或鉆頭已經(jīng)堵塞。第三章 中成螺桿鉆具的發(fā)展?fàn)顩r螺桿鉆具是一種發(fā)展較快的井下動力鉆具，隨著鉆井和

36、定向井市場的需要，我公司由原只生產(chǎn)直型鉆具和帶彎接頭的導(dǎo)向螺桿，發(fā)展到今天可生產(chǎn)各種組合的導(dǎo)向螺桿。不僅滿足了鉆井打普通定向井的需要，而且，適合打各類中、長、短水平井的需要，并伴隨開發(fā)了DTU、DKO、FAB三種類型的螺桿組合，這些螺桿組合的特點：1、 DTU組合這是在螺桿鉆具的萬向軸部分裝有反向雙彎的外殼。由于是反向雙彎，故鉆頭的偏移距較小，這種組合可以開動轉(zhuǎn)盤（低速）實現(xiàn)穩(wěn)斜及水平段鉆進。這種組合既可用來打長曲率半徑的造斜段，也可用來打6°10°/30m造斜率的中曲率半徑的造斜段，還可用來打穩(wěn)斜段及水平段。它由MWD、DTU馬達(dá)及高效鉆頭組成導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的硬件部分，可以

37、實現(xiàn)井眼軌跡的連續(xù)控制。如圖9。圖9 DTU組合2、 DKO組合這是在螺桿鉆具的萬向軸部分裝有同向雙彎外殼，這種組合的功能基本與DTU相同，但由于雙彎同向鉆頭偏移距稍大，可以有較大的造斜能力。如圖10。圖10 DKO組合3、可調(diào)角度螺桿鉆具（AKO）我廠部分型號導(dǎo)向螺桿鉆具可以選配地面可調(diào)角度彎殼體（單彎殼體），方便顧客根據(jù)鉆井需要在現(xiàn)場改變彎殼體角度，具有較大的靈活性。可調(diào)彎殼體的角度調(diào)整范圍為03°。（見圖11）。圖11 可調(diào)角度螺桿鉆具4、 FAB組合這是在螺桿鉆具馬達(dá)的上部及下部（萬向軸部分）各裝有一單彎外殼，由于這種組合的鉆頭偏移距很大，故有很強的造斜能力，是一種強造斜組合

38、，正因為鉆頭偏移距很大，不能開動轉(zhuǎn)盤鉆井，故不能用FAB馬達(dá)組成導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。如圖12。圖12 FAB組合5、 球鉸接螺桿鉆具 這是適用于超半徑水平井的新型鉆具，其造斜率可以達(dá)到4.5°/m。如圖13。圖13 球鉸接鉆具在鉆具穩(wěn)定器的種類上，不僅有固定的，而且有可換式穩(wěn)定器，穩(wěn)定器的扶正條形式多種多樣，可以起到較好的穩(wěn)定效果。總之，鉆井市場發(fā)展的目標(biāo)，就是我們產(chǎn)品的最終目標(biāo)，我們愿共同開發(fā)新型的螺桿鉆具和鉆具組合。3LZ60×7Y物理數(shù)據(jù)美制單位國際單位鉆具外徑尺寸2 3/8 in60 mm長度8.2 ft2.5 m重量116 lb53 kg頭數(shù)3 : 4鉆頭尺寸范圍2 7

39、/83 1/4 in7383 mm連接上端母扣1 1/4 API Reg.連接鉆頭母扣1 1/4 API Reg.性能參數(shù)美制單位國際單位流量范圍20 35 50 GPM1.3 2.2 3.2 L/s鉆頭轉(zhuǎn)速242 425 600 rpm工作壓力降348 psi2.4 Mpa輸出扭矩87 ft·lb118 N·m輸出功率10 hp7.5 kw工作鉆壓1760 lb8 kN最大壓力降557 psi3.8 Mpa最大扭矩140 ft·lb189 N·m最大鉆壓2816 lb16 kN性能曲線5LZ73×7Y物理數(shù)據(jù)美制單位國際單位鉆具外徑尺寸2 7

40、/8 in73 mm長度10.4 ft3.2 m重量158 lb72 kg頭數(shù)5 : 6鉆頭尺寸范圍3 1/8 4 1/2 in89114 mm連接上端母扣2 3/8 API IF.連接鉆頭母扣2 3/8 API Reg.性能參數(shù)美制單位國際單位流量范圍20 50 80 GPM1.3 3.2 5 L/s鉆頭轉(zhuǎn)速88 221 355 rpm工作壓力降380 psi2.6 Mpa輸出扭矩264 ft·lb357 N·m輸出功率18 hp13 kw工作鉆壓2200 lb10 kN最大壓力降612 psi4.2 Mpa最大扭矩423 ft·lb571 N·m最大

41、鉆壓4400 lb20 kN性能曲線5LZ82×7Y物理數(shù)據(jù)美制單位國際單位鉆具外徑尺寸3 1/4 in82 mm長度13.8 ft4.2 m重量231 lb105 kg頭數(shù)5 : 6鉆頭尺寸范圍4 1/2 6 in114152 mm連接上端母扣2 3/8 API IF.連接鉆頭母扣2 3/8 API Reg.性能參數(shù)美制單位國際單位流量范圍79 127 159 GPM5 8 10 L/s鉆頭轉(zhuǎn)速177 282 354 rpm工作壓力降348 psi2.4 Mpa輸出扭矩479 ft·lb646 N·m輸出功率32 hp24 kw工作鉆壓4400 lb20 kN最

42、大壓力降557 psi3.84 Mpa最大扭矩766 ft·lb1034 N·m最大輸出功率51 hp38 kw最大鉆壓6600 lb30 kN性能曲線5LZ89×7Y物理數(shù)據(jù)美制單位國際單位鉆具外徑尺寸3 1/2 in89 mm長度12 ft3.7 m重量280 lb127 kg頭數(shù)5 : 6鉆頭尺寸范圍4 1/2 6 in114152 mm連接上端母扣2 3/8 API IF.連接鉆頭母扣2 3/8 API Reg.性能參數(shù)美制單位國際單位流量范圍40 67 111 GPM2.5 4.2 7 L/s鉆頭轉(zhuǎn)速89 150 180 rpm工作壓力降348 psi2

43、.4 Mpa輸出扭矩473 ft·lb642 N·m輸出功率16 hp12 kw工作鉆壓5500 lb25 kN最大壓力降557 psi3.84 Mpa最大扭矩757 ft·lb1027 N·m最大鉆壓8360 lb38 kN性能曲線3LZ95×7Y物理數(shù)據(jù)美制單位國際單位鉆具外徑尺寸3 3/4 in95 mm長度19.5 ft5.94 m重量430 lb196 kg頭數(shù)3 : 4鉆頭尺寸范圍4 5/86 in118152 mm連接上端母扣2 7/8 API Reg.連接鉆頭母扣2 7/8 API Reg.性能參數(shù)美制單位國際單位流量范圍79

44、127 174 GPM5 8 11 L/s鉆頭轉(zhuǎn)速136 217 300 rpm工作壓力降522 psi3.6 Mpa輸出扭矩933 ft·lb1260 N·m輸出功率53 hp40 kw工作鉆壓6600 lb30 kN最大壓力降835 psi5.76 Mpa最大扭矩1493 ft·lb2016 N·m最大鉆壓12100 lb55 kN性能曲線4LZ95×7Y-I物理數(shù)據(jù)美制單位國際單位鉆具外徑尺寸3 3/4 in95 mm長度20.9 ft6.38 m重量462 lb210 kg頭數(shù)4 : 5鉆頭尺寸范圍4 5/86 in118152 mm連

45、接鉆頭母扣2 7/8 API Reg.連接上端母扣2 7/8 API Reg.性能參數(shù)美制單位國際單位流量范圍64 111 174 GPM4 7 11 L/s鉆頭轉(zhuǎn)速148 258 405 rpm工作壓力降928 psi6.4 Mpa輸出扭矩1220 ft·lb1650 N·m輸出功率94 hp70 kw工作鉆壓6600 lb30 kN最大壓力降1485 psi10.2 Mpa最大扭矩1952 ft·lb2640 N·m最大鉆壓12100 lb55 kN性能曲線5LZ95×7Y物理數(shù)據(jù)美制單位國際單位鉆具外徑尺寸3 3/4 in95 mm長度1

46、2.6 ft3.86 m重量335 lb152 kg頭數(shù)5 : 6鉆頭尺寸范圍4 5/86 in118152 mm連接上端母扣2 7/8 API Reg.連接鉆頭母扣2 7/8 API Reg.性能參數(shù)美制單位國際單位流量范圍60 95 159 GPM3.8 6 10 L/s鉆頭轉(zhuǎn)速90 144 240 rpm工作壓力降348 psi2.4 Mpa輸出扭矩707 ft·lb955 N·m輸出功率32 hp24 kw工作鉆壓6600 lb30 kN最大壓力降557 psi3.84 Mpa最大扭矩1132 ft·lb1528 N·m最大鉆壓12100 lb5

47、5 kN性能曲線5LZ95×7YI物理數(shù)據(jù)美制單位國際單位鉆具外徑尺寸3 3/4 in95 mm長度16.9 ft5.15 m重量422 lb192 kg頭數(shù)5 : 6鉆頭尺寸范圍4 5/86 in118152 mm連接上端母扣2 7/8” API Reg.連接鉆頭母扣2 7/8” API Reg.性能參數(shù)美制單位國際單位流量范圍64 111 174 GPM4 7 11 L/s鉆頭轉(zhuǎn)速89 155 244 rpm工作壓力降464 psi3.2 Mpa輸出扭矩1019 ft·lb1375 N·m輸出功率47 hp35 kw工作鉆壓6600 lb30 kN最大壓力降7

48、40 psi5.1 Mpa最大扭矩1630 ft·lb2200 N·m最大鉆壓12100 lb55 kN性能曲線5LZ95×7YII物理數(shù)據(jù)美制單位國際單位鉆具外徑尺寸3 3/4 in95 mm長度20.9 ft6.38 m重量506 lb230 kg頭數(shù)5 : 6鉆頭尺寸范圍4 5/86 in118152 mm連接上端母扣2 7/8” API Reg.連接鉆頭母扣2 7/8” API Reg.性能參數(shù)美制單位國際單位流量范圍95 127 174 GPM6 8 11 L/s鉆頭轉(zhuǎn)速196 262 362 rpm工作壓力降928 psi6.4 Mpa輸出扭矩1372

49、 ft·lb1853 N·m輸出功率94 hp70 kw工作鉆壓6600 lb30 kN最大壓力降1485 psi10.2 Mpa最大扭矩2196 ft·lb2965 N·m最大鉆壓12100 lb55 kN性能曲線5LZ102×7Y物理數(shù)據(jù)美制單位國際單位鉆具外徑尺寸4 in102 mm長度14.6 ft4.5 m重量440 lb200 kg頭數(shù)5 : 6鉆頭尺寸范圍4 5/86 in118152 mm連接上端母扣3 1/2” API Reg.連接鉆頭母扣2 7/8” API Reg.性能參數(shù)美制單位國際單位流量范圍95 143 222 GPM6 9 14 L/s鉆頭轉(zhuǎn)速102 152 220 rpm工作壓力降348 psi2.4 Mpa輸出扭矩1000 ft·lb