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(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)鉆頭破碎巖石的機(jī)械能的井下動(dòng)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(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用。國(guó)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(hào)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(hào)說(shuō)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(guò)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(hào)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(wàn)向節(jié)總成、傳動(dòng)軸總成組成。旁通閥總成馬達(dá)總成萬(wàn)向軸總成傳動(dòng)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(shí)將推動(dòng)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?lái)位置，旁通閥又被打開(kāi)。下鉆時(shí)，鉆井液經(jīng)旁通閥進(jìn)入鉆具水眼。起鉆時(shí)，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(shí)防止落井并同時(shí)使泵壓升高使地面及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(guò)它來(lái)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(dòng)能驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)子將液壓動(dòng)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(dòng)力源，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，鉆井液不能通過(guò)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(dòng)，并使鉆井液從上一個(gè)空腔流入下一個(gè)空腔。流量越大、越快，馬達(dá)的輸出功率也越大。不同型號(hào)的馬達(dá)最優(yōu)流量是不同的。（3）萬(wàn)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(dòng)變?yōu)閭鲃?dòng)軸的同心運(yùn)動(dòng)，并傳遞馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩。結(jié)構(gòu)：萬(wàn)向連軸節(jié)總成由萬(wàn)向軸及萬(wàn)向軸外殼體等組成，萬(wàn)向連軸節(jié)上端與轉(zhuǎn)子連接，下端與傳動(dòng)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(wàn)向節(jié)，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、承載能力大、使用壽命長(zhǎng)。（4）傳動(dòng)軸總成

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

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

傳動(dòng)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(dòng)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(jiàn)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(guò)工作壓差時(shí)，轉(zhuǎn)速急劇降低至制動(dòng)，泵壓突然上升，力矩達(dá)到最大。5、國(guó)產(chǎn)LZ系列螺桿鉆具廠家

目前，國(guó)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(jiǎn)述為鉆井液流過(guò)馬達(dá)，在馬達(dá)的進(jìn)出口形成壓力差，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并將扭矩和轉(zhuǎn)速通過(guò)萬(wàn)向軸和傳動(dòng)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(dòng)元件變?yōu)閺膭?dòng)元件，上述關(guān)系式完全適用于螺桿鉆具。該式說(shuō)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(guò)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(shí)，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(shí)，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(huì)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(guò)立管壓力表的指示，更可靠地控制鉆井過(guò)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(cè)量起下鉆摩擦阻力和循環(huán)壓降。（4）用通井規(guī)對(duì)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(tái)，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(kāi)，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(kāi)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(huì)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(guò)大過(guò)小都不正常；心軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(tái)階和套管鞋上使鉆具損壞。下鉆遇阻，應(yīng)開(kāi)泵循環(huán)，慢慢劃眼通過(guò)。若帶有彎接頭或殼體的鉆具遇阻時(shí)應(yīng)周期性地轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具組合，慢慢通過(guò)，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(guò)旁通閥閥口流進(jìn)鉆柱中，應(yīng)減慢下鉆速度或不時(shí)停下來(lái)充灌鉆井液。下鉆時(shí)，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(kāi)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(guò)程中可以通過(guò)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(shí)，功率曲線變得平緩，不再繼續(xù)大幅度上升，此時(shí)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(shí)，馬達(dá)就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)的壓差稱為制動(dòng)壓差。因此，鉆進(jìn)時(shí)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(guò)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(guò)程類似常規(guī)鉆井起鉆操作。起鉆時(shí)，旁通閥處于開(kāi)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(chǎng)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(shí)上下移動(dòng)閥芯調(diào)整使其移動(dòng)無(wú)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(shí)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(dòng)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(zhǎng)時(shí)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(shí)，定向裝置的轉(zhuǎn)盤套、定位鍵必須和工具對(duì)正。如果使用單流閥，則要放在螺桿鉆具上面。如果在驅(qū)動(dòng)接頭和鉆頭之間加接頭，其長(zhǎng)度要盡量短。以避免產(chǎn)生過(guò)大的方位變化。下鉆遇阻時(shí)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(shí)要經(jīng)常緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具以防卡鉆。鉆進(jìn)時(shí)，要保持排量和泵壓的相對(duì)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(dòng)力鉆具兩端連接螺紋、臺(tái)階及外殼有無(wú)變形；旁通閥是否靈活好用；軸承磨損程度不能超過(guò)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(shí)要控制下鉆速度，遇阻不得硬壓、硬砸。鉆進(jìn)時(shí)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(shí)，要及時(shí)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(dòng)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(jiàn)故障的分析與處理故障原因處理泵壓突然升高（1）鉆壓過(guò)大，螺桿鉆具轉(zhuǎn)不動(dòng)（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