螺杆钻具1.ppt

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1、螺杆钻具,目录,一、螺杆钻具的用途二、螺杆钻具的构成及工作原理三、螺杆钻具各部分的作用四、螺杆钻具的应用及存在的问题五、螺杆钻具设计及加工的改进措施,一、螺杆钻具的用途,钻定向井（斜井 水平井）侧钻钻井直井钻井打复合钻,二、螺杆钻具的构成及工作原理,螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下工具，其由传动轴总成、马达总成、万向轴总成、防掉总成和旁通阀总成五大部分组成.泥浆泵输出的泥浆，流经旁通阀进入马达.在马达进出口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马达总成。,旁通阀总成,马达总成,万向轴总成,传动轴总成,防掉总成,三、螺杆钻具各部分的作

2、用,1、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。,阀芯,阀套,筛板,阀体,隔板,隔板,密封件,弹簧,挡圈,挡圈,1、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。,泥浆,泥浆,泥浆,泥浆,泥浆,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，使其转变成机械能。,当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。,防掉接头,2、防掉总成的组成：,防掉锁母,防掉连杆,防掉接头,防掉锁母,

3、防掉连杆,2、防掉总成：,泥浆,泥浆,它的作用是由于异常原因造成壳体断裂或脱扣时防止落井并同时使泵压升高使地面及时发现问题避免造成事故。,3、马达总成：,它由定子和转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成。橡胶内孔是具有一定几何参数的螺旋。转子是一根有镀铬硬层的螺杆。,定子,转子,橡胶衬套,定子壳体,3、马达总成：,定子,转子,转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的螺旋密封线，同时形成密封腔。随着转子在定子中的转动，密封腔沿着轴向移动，不断的生成与消失，完成其能量转换，这就是螺杆马达的基本工作原理。,密封舱,马达定子一个导程组成一个密封腔，也称为一级。每级额定工作压降为0.8Mpa,

4、最大压降为额定工作压力的1.3倍，如四级马达，额定压降应为3.2Mpa,最大压降为4.2Mpa。压降超过此值马达就会产生泄漏，转速很快下降，严重时会完全停止转动，甚至造成马达损坏，用户应特别注意。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，随着负载的增加，钻具的转速有所降低，因此在地面只要根据压力表控制压力，根据流量计控制泵的流量，就

5、可以控制井下钻具的扭矩和转速。,定子,转子,密封舱,马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头数比转子多1）。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。可根据用户需求，制造转子头数与定子头数比为 1：2、3：4、5：6、7：8、9：10 的马达，下图是几种典型马达配合的截面轮廊：,1:2,3:4,5:6,7:8,9:10,此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，每种规格的马达都有其推荐的最大和最小流量值。如果流量过大，转子会超速运转，定子和转子会出现提前损坏，如果流量过小，马达将停止转动。因此在选择转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封腔流量始终保

6、持或高于最小推荐流量值，这样才能使马达正常运转。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。,中空转子,中空转子马达：,为了增加钻头的水马力和泥浆的上返速度，将转子加工成为带喷嘴的中空转子。,4、万向轴总成,万向轴的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴至钻头。万向轴大多采用瓣形，也有采用挠轴形式的。瓣型万向轴采用数控切割技术

7、制成，切口平行度高，粗糙度可达 6.3且不破坏金属化学成分，因此使用寿命高、机械损失小。球传动万向轴采用球、杆、绞连接方式传递扭矩，用高温润滑脂润滑摩擦副，橡胶套密封钢球运动部分，隔离含磨砺性钻井液，球传动万向轴工作面均进行特殊表面处理，使其表面硬度、抗高温性相对提高；因此耐磨性、可靠性得到进一步提高，工作寿命相应延长。,花瓣型万向轴总成,球传动万向轴总成,球传动万向轴总成的组成：,传动球,承压球,球座,锁紧套,连杆,活绞,密封套,5、可调弯壳体的组成:,上壳体,下壳体,定位套,弯接头,5、可调弯壳体:现生产的可调弯壳体可调角度范围有 0-2、0-3、0-4.,可调弯壳体,1.5,0,上壳体,

8、下壳体,定位套,6、传动轴总成：,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。钻具传动轴总成有两种结构：一、钻头水眼压降为7.0Mpa，采用硬质合金径向轴承和中间有一组推力轴承的传动轴总成（如下图）：二、钻头水眼压降为14.0Mpa，采用硬质合金径向轴承和金刚石复合片（PDC）的平面止推轴承，其寿命更长、承载能力更高。,a.7.0MPa传动轴总成,b.14.0MPa传动轴总成,6、传动轴总成的组成：,壳体,下TC动套,下TC静套,锁母,上TC静套,上TC动套,串轴承,隔套,水帽,传动轴,键,传动轴总成的组装：,为了适应钻井的需要,螺杆钻具的传动轴总成的外壳上配

9、有不同种类的稳定器有固定式的和可换套式的,稳定器的扶正条形式多种多样，用户可根据钻井工艺的需要选择使用。（见下图）,直棱稳定器,三瓣偏心稳定器,三瓣、五瓣螺旋稳定器,三瓣、五瓣球型稳定器,7、扶正器,7、可换套式的稳定器：,可换稳定器套筒,壳体本体,8、螺杆钻具型号说明：,例：5LZ1657.0 L 表示为转子头数与定子头数比为56的、外径为165mm螺杆钻具，钻头水眼压降为7.0Mpa,。,5LZ203Cx7.0-LL 技术参数：,5LZ203Dx7.0-LL 技术参数：,1、螺杆钻具使用的注意事项,排量、钻压要按照使用手册的推荐范围使用；如需要大排量时，可使用中空马达;为了防止螺杆发生偏磨

10、应尽量提高泥浆润滑性;必须严格使用固控设备，固相含量不高于13%，含沙量不高于0.5%;下井之前要做井口试验，记下马达压降;下钻时应注意下放速度，避免下放过快在通过防喷器、井口装置、隔水管、分级注水泥接箍、套管、封隔器、尾管悬挂器、井眼的狗腿时损坏螺杆。尤其大角度的螺杆更要注意;,四、螺杆钻具的应用及存在的问题,螺杆要到井底时，开泵循环清理井底沉沙。防止沉沙进入螺杆造成沙卡;最初加压要缓慢，使钻头清缓的磨合，直到建立起钻井模式;钻井时，应尽可能保持恒定的立柱压力，使螺杆输出扭矩稳定;加钻压时小心控制，避免马达憋死，造成螺杆提前损坏;在进行复合钻进时，应严格控制钻盘（顶驱）转速，如转速过快，会使马达和传动轴机构的离心力增大，使寿命缩短。螺杆外壳体的高速转动还容易造成壳体断裂。,2、存在的问题,马达寿命短万向轴损坏主轴断裂推力轴承损坏,五、螺杆钻具设计及加工的改进措施,等壁厚橡胶定子提高轴承的使用寿命（包括推力轴承和径向扶正轴承）新型万向轴转子的专用加工设备（免抛光）等壁厚定子壳体内形腔的加工,