螺桿鉆具詳細(xì)

螺桿鉆具

前言

螺桿鉆具是依靠循環(huán)鉆井液的動能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)鉆頭破碎巖石的機(jī)械能的井下動力鉆具。

螺桿鉆具的定子、轉(zhuǎn)子有單頭和多頭兩種，多線螺桿鉆具有扭矩大、轉(zhuǎn)速低的特點(diǎn)。

與渦輪鉆具相比，具有功率大、轉(zhuǎn)速低、扭矩大、壓降小、容易啟動等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用。國產(chǎn)螺桿鉆具1、按結(jié)構(gòu)和用途分為單頭螺桿鉆具和多頭螺桿鉆具兩種。

螺桿鉆具結(jié)構(gòu)形式種類形式名稱形式代號單頭鉆具1/2螺桿鉆具LZ多頭鉆具3/4螺桿鉆具3LZ4/5螺桿鉆具4LZ5/6螺桿鉆具5LZ7/8螺桿鉆具7LZ9/10螺桿鉆具9LZ

1/2~9/10是指馬達(dá)轉(zhuǎn)子螺旋線的頭數(shù)與定子內(nèi)螺旋線的頭數(shù)比1:23:45:67:89:102、螺桿鉆具外徑系列與連接螺紋鉆具規(guī)格（外徑）mm(in)

連接螺紋45(1.3/4)NC13內(nèi)螺紋60(2.3/8)NC16內(nèi)螺紋65(2.9/16)86(2.3/8)2.5/8REG內(nèi)螺紋102(4)2.7/8REG內(nèi)螺紋127(5)3.1/2REG內(nèi)螺紋165(6.1/2)4.1/2REG內(nèi)螺紋178(7)203(8)5.1/2REG、5.1/2FH上端、6.5/8REG內(nèi)螺紋244(9.5/8)6.5/8REG、下端6.5/8、7.5/8REG內(nèi)螺紋292(11.1/2)7.5/8REG內(nèi)螺紋螺桿鉆具型號說明：3、螺桿鉆具的表示方法外徑165mm，鉆頭水眼壓力降為7.0MPa，經(jīng)過第一次改進(jìn)的5/6瓣螺桿鉆具。則為：5LZ165×7.0-11.轉(zhuǎn)子頭數(shù)（單頭省略）

2.鉆具直徑，mm3.最大允許鉆頭水眼壓力降，MPa。

4.鉆具改進(jìn)次數(shù)4、螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)

盡管生產(chǎn)螺桿鉆具的廠家較多，形式代號各異，的但其結(jié)構(gòu)都源于代納和納維鉆具，就代納鉆具和納維鉆具而言，旁通閥和軸承部分的結(jié)構(gòu)有所不同外，其余部分基本相同。由旁通閥總成、馬達(dá)總成、萬向節(jié)總成、傳動軸總成組成。旁通閥總成馬達(dá)總成萬向軸總成傳動軸總成防掉總成

4、螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)5、螺桿鉆具主要部件與作用

（1）旁通閥總成主要由閥體、閥套、閥芯、彈簧、彈性擋圈、o型密封圈及閥口總成等構(gòu)件組成

閥芯閥套篩板閥體隔板隔板密封件彈簧擋圈擋圈6、旁通閥的作用

在循環(huán)鉆井液時將推動閥芯壓縮彈簧下行，關(guān)閉旁通閥，鉆井液流經(jīng)馬達(dá)，如果停泵，彈簧將閥芯頂?shù)皆瓉砦恢?，旁通閥又被打開。下鉆時，鉆井液經(jīng)旁通閥進(jìn)入鉆具水眼。起鉆時，鉆具水眼內(nèi)鉆井液經(jīng)旁通閥進(jìn)入環(huán)空。鉆井液鉆井液鉆井液鉆井液鉆井液防掉接頭7、防掉總成的組成：

防掉鎖母防掉連桿防掉接頭防掉鎖母防掉連桿防掉總成：

鉆井液鉆井液

它的作用是由于異常原因造成殼體斷裂或脫扣時防止落井并同時使泵壓升高使地面及時發(fā)現(xiàn)問題避免造成事故。

（2）馬達(dá)總成：

由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子是在精加工的鋼筒內(nèi)硫化一層具有雙頭或多頭螺旋腔的鋼體橡膠套。轉(zhuǎn)子是一根用合金鋼加工成單頭或多頭螺旋鋼軸。其表面有一層利于防腐或耐磨的鍍鉻層并通過它來控制定、轉(zhuǎn)子的配合間隙。定子轉(zhuǎn)子橡膠襯套定子殼體

馬達(dá)總成的作用

是將鉆井液的液壓動能驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，而轉(zhuǎn)子將液壓動能轉(zhuǎn)變?yōu)殂@頭破碎巖石的機(jī)械能。馬達(dá)總成是螺桿鉆具的動力源，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時，鉆井液不能通過馬達(dá)。由于定子螺旋腔的導(dǎo)向作用，高壓液迫使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，并使鉆井液從上一個空腔流入下一個空腔。流量越大、越快，馬達(dá)的輸出功率也越大。不同型號的馬達(dá)最優(yōu)流量是不同的。（3）萬向連軸節(jié)總成和撓軸總成的作用

作用是將馬達(dá)總成轉(zhuǎn)子的偏心轉(zhuǎn)動變?yōu)閭鲃虞S的同心運(yùn)動，并傳遞馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩。結(jié)構(gòu)：萬向連軸節(jié)總成由萬向軸及萬向軸外殼體等組成，萬向連軸節(jié)上端與轉(zhuǎn)子連接，下端與傳動軸連接。撓軸總成：撓軸結(jié)構(gòu)為單桿式撓性連接軸。用撓軸代替萬向節(jié)，不但結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、承載能力大、使用壽命長。（4）傳動軸總成

傳動軸總成由殼體、徑向軸承、負(fù)荷軸承、限流器、傳動軸軸體、水帽等組成。

殼體下TC動套下TC靜套鎖母上TC靜套上TC動套串軸承隔套水帽傳動軸鍵傳動軸總成的組裝：

傳動軸總成用于傳遞鉆壓、扭矩和鉆井液。它的壽命決定了螺桿鉆具的總體壽命。

為了適應(yīng)鉆井的需要,螺桿鉆具的傳動軸總成的外殼上配有不同種類的穩(wěn)定器有固定式的和可換套式的,穩(wěn)定器的扶正條形式多種多樣，用戶可根據(jù)鉆井工藝的需要選擇使用。（見下圖）直棱穩(wěn)定器三瓣偏心穩(wěn)定器三瓣、五瓣螺旋穩(wěn)定器三瓣、五瓣球型穩(wěn)定器

固定式和可換套式的穩(wěn)定器：

可換套式的穩(wěn)定器：可換穩(wěn)定器套筒殼體本體4、螺桿鉆具的特性

螺桿鉆具的工作特性與渦輪鉆具有著明顯的差異。在流量不變的條件下，渦輪鉆具隨著鉆壓的增大轉(zhuǎn)速降低，力矩和功率增大至最大后下降，壓降不變。而螺桿鉆具在工作壓差范圍內(nèi)，其功率隨螺桿鉆具直徑增大而增大。隨著鉆壓增加馬達(dá)增大，力矩線性增加，轉(zhuǎn)速基本不變。當(dāng)超過工作壓差時，轉(zhuǎn)速急劇降低至制動，泵壓突然上升，力矩達(dá)到最大。5、國產(chǎn)LZ系列螺桿鉆具廠家

目前，國內(nèi)生產(chǎn)LZ系列螺桿鉆具的廠家主要有大港、北京、德州、濰坊、勝利鉆采和高峰、高原等6、螺桿鉆具的工作原理

高壓鉆井液流經(jīng)螺桿鉆具，經(jīng)定子（橡膠襯套）與轉(zhuǎn)子（螺桿）之間的螺旋通道向下擠壓，在定子與轉(zhuǎn)子間形成高壓腔室和低壓腔室。轉(zhuǎn)子在壓差的作用下發(fā)生位移，即產(chǎn)生偏心扭矩。鉆井液繼續(xù)下行，又產(chǎn)生新的高壓和低壓腔室，在壓差的作用下，迫使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生新的位移。鉆井液不斷下行，新的高壓腔室便不斷形成，轉(zhuǎn)子在壓差的作用下不斷發(fā)生位移，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)工作。簡述為鉆井液流過馬達(dá)，在馬達(dá)的進(jìn)出口形成壓力差，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并將扭矩和轉(zhuǎn)速通過萬向軸和傳動軸傳遞給鉆頭，即將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

螺桿泵的理論排量

Q=4eDTn/60

式中，Q為螺桿泵的理論排量，L/s；e為螺桿的偏心距，mm；D為螺桿的直徑，mm；T為襯套螺距，它等于單頭轉(zhuǎn)子螺距的兩倍，即T=2t，mm；n為螺桿的轉(zhuǎn)速，r/min.

由于螺桿鉆具與單螺桿泵的作用相同，只是螺桿從主動元件變?yōu)閺膭釉鲜鲫P(guān)系式完全適用于螺桿鉆具。該式說明，在一定的螺桿鉆具結(jié)構(gòu)尺寸條件下，其轉(zhuǎn)速與通過鉆具的流量成正比，流量越大，轉(zhuǎn)速越高。如果不考慮鉆具中能量損失時，根據(jù)能量守恒定律，鉆具輸出的理論功率等于其消耗的功率。螺桿鉆具產(chǎn)生的扭矩與鉆具消耗的壓力成正比，消耗的壓力降越多，所產(chǎn)生的扭矩也越大。由于螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速取決于流量，在鉆井泵排量一定時，其轉(zhuǎn)速幾乎不受扭矩和鉆壓的影響，而井底鉆壓的增加，會引起鉆具扭矩的增大，相應(yīng)地使壓力降升高，因此，鉆井泵的壓力表可以當(dāng)作鉆壓表使用，司鉆可以通過立管壓力表的指示，更可靠地控制鉆井過程的技術(shù)參數(shù)。

扭矩與流量的關(guān)系螺桿鉆具的使用1、鉆壓：合理工作鉆壓確定的步驟：（1）、確定實(shí)際工作流量；（2）、計(jì)算鉆頭壓降；（3）、確定最佳鉆壓；（4）、確定允許的最大鉆壓；（5）、確定合理鉆壓。螺桿鉆具的使用

井眼與鉆具準(zhǔn)備：（1）井眼暢通，確保螺桿鉆具順利下到井底。（2）處理好鉆井液，含沙量不得大于1%，并清除纖維質(zhì)雜質(zhì)。（3）測量起下鉆摩擦阻力和循環(huán)壓降。（4）用通井規(guī)對所用鉆具進(jìn)行通徑，防止鉆具水眼中的雜物堵塞定向接頭、螺桿鉆具、鉆頭水眼。

入井檢查將螺桿鉆具平穩(wěn)吊上鉆臺，用卡瓦將其坐入轉(zhuǎn)盤內(nèi)，上緊安全卡瓦。用木棒下壓旁通閥活塞至下死點(diǎn)，然后松開，檢查是否靈活。接方鉆桿，卸安全卡瓦，下放鉆具使旁通閥閥口處于轉(zhuǎn)盤下易于觀察的位置。開泵：先小流量頂通，然后逐漸提高排量檢查旁通閥是否關(guān)閉。若關(guān)閉，旁通閥孔不會流出鉆井液。觀察從軸承殼體間隙處流出的鉆井液量大小，過大過小都不正常；心軸轉(zhuǎn)動靈活；記錄立壓該壓力為馬達(dá)工作壓力。停泵后是否有鉆井液在旁通孔中流出。上提鉆具檢查旁通閥關(guān)閉情況，一切正常后準(zhǔn)備下鉆。

鉆具下井下放鉆具應(yīng)小心控制下放速度，防止撞到砂橋、井壁臺階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。若帶有彎接頭或殼體的鉆具遇阻時應(yīng)周期性地轉(zhuǎn)動鉆具組合，慢慢通過，防止劃出新井眼。深井和高溫井，下放鉆具進(jìn)行中途循環(huán)，防止鉆具堵塞或因高溫造成鉆具定子損壞。在井內(nèi)，鉆井液若不能迅速的通過旁通閥閥口流進(jìn)鉆柱中，應(yīng)減慢下鉆速度或不時停下來充灌鉆井液。下鉆時，注意不可頓鉆或?qū)@具直接坐入井底。

鉆進(jìn)操作下鉆到井底前先開泵再下至井底，然后上提離井底1～2m循環(huán)，記錄循環(huán)正常后的立管壓力，隨后逐漸加壓鉆進(jìn)。流量必須保持設(shè)計(jì)值。鉆具允許最大泵壓=循環(huán)泵壓+馬達(dá)壓降。在流量一定的條件下，工作壓差和鉆頭扭矩隨鉆壓增大而增加；因此，在鉆進(jìn)過程中可以通過立管壓力變化情況判斷馬達(dá)和鉆頭的工作狀態(tài)。隨著壓差的增大，馬達(dá)的工作效率不斷上升。當(dāng)壓差達(dá)到某一值時，功率曲線變得平緩，不再繼續(xù)大幅度上升，此時的壓差就是該鉆具的最優(yōu)工作壓差。如果繼續(xù)增加鉆壓，因鉆頭扭矩增加，泵壓突增，使鉆頭扭矩大于或等于馬達(dá)最大扭矩時，馬達(dá)就會停止轉(zhuǎn)動，這時的壓差稱為制動壓差。因此，鉆進(jìn)時必須保持壓差處于推薦值之內(nèi)。在推薦壓差之內(nèi)，扭矩增加，轉(zhuǎn)速基本保持不變。如有下降，主要是因流體壓力上升壓迫定子橡膠，使定子與轉(zhuǎn)子的間隙增大所造成的。認(rèn)真掌握鉆壓和泵壓的變化，防止鉆壓過大而壓死工具。如壓死應(yīng)立即上提鉆具，然后減壓鉆進(jìn)。嚴(yán)禁壓死鉆具循環(huán)，以防縮短鉆具壽命。起鉆

起鉆過程類似常規(guī)鉆井起鉆操作。起鉆時，旁通閥處于開位，允許鉆柱中的鉆井液泄入環(huán)空。但鉆具本身不能快速地排除鉆井液，通常起鉆前在鉆柱上部注入一段加重鉆井液，使鉆柱內(nèi)的鉆井液順利排出。現(xiàn)場維護(hù)保養(yǎng)卸下旁通閥以上各部件，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，接上提升短節(jié)。將鉆頭坐入鉆頭盒中，用吊鉗鉗緊鉆具，反時針旋轉(zhuǎn)鉆頭，空出鉆具中剩余鉆井液（鉆井液由旁通閥閥口流出），卸去鉆頭。將傳動軸上部水帽及軸承清洗干凈，然后平放鉆具，正常維護(hù)保養(yǎng)后待用。若暫停用或長時間擱置不用，向鉆具內(nèi)注入少量的礦物防銹油（注意不允許加柴油）技術(shù)要求使用彎接頭時，定向裝置的轉(zhuǎn)盤套、定位鍵必須和工具對正。如果使用單流閥，則要放在螺桿鉆具上面。如果在驅(qū)動接頭和鉆頭之間加接頭，其長度要盡量短。以避免產(chǎn)生過大的方位變化。下鉆遇阻時決不能硬壓，也不能劃眼，要起鉆通井。使用螺桿鉆具鉆進(jìn)或取心時要經(jīng)常緩慢轉(zhuǎn)動鉆具以防卡鉆。鉆進(jìn)時，要保持排量和泵壓的相對穩(wěn)定，以便保持較恒定的轉(zhuǎn)速和扭矩。使用注意事項(xiàng)根據(jù)鉆井條件，選擇合適的鉆具類型和合理的鉆進(jìn)參數(shù)，以提高鉆具的工作效率。入井前檢查。動力鉆具兩端連接螺紋、臺階及外殼有無變形；旁通閥是否靈活好用；軸承磨損程度不能超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。入井前要試運(yùn)轉(zhuǎn)。試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可入井。入井時要控制下鉆速度，遇阻不得硬壓、硬砸。鉆進(jìn)時要均勻送鉆，防止溜鉆、頓鉆。鉆進(jìn)中要密切注意泵壓表的壓力變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泵壓突然上升時，要及時提起鉆具，重新加壓鉆進(jìn)。要保持鉆井液清潔，含沙量不大于0.5%動力鉆具起出后，要認(rèn)真檢查旁通閥，并把鉆具內(nèi)的鉆井液排凈。

螺桿鉆具常見故障的分析與處理故障原因處理泵壓突然升高（1）鉆壓過大，螺桿鉆具轉(zhuǎn)不動（2）鉆頭磨損（1）提離井底，泵壓恢復(fù)正常后小鉆壓鉆進(jìn)（2）起鉆更