大港中成螺桿鉆具使用手冊(中文-中成馬達)

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目 錄 一序言 （3） 二產(chǎn)品型號規(guī)格說明（4） 三螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)與工作原理（5） 3.1.旁通閥總成 （5） 3.2.馬達總成 （5） 3.3.萬向軸總成 （8） 3.4.傳動軸總成 （9）3.5.導向螺桿鉆具的主要結(jié)構(gòu) （10） 四螺桿鉆具的工作條件與參數(shù) （13） 4.1.鉆井作業(yè)計劃 （13）4.2.鉆井液 （13）4.3.鉆頭及其水眼 （13）4.4.井底溫度 （15）4.5.泥漿流量

2、（15）4.6.泥漿壓力與鉆壓 （15）4.7.扭矩 （16）4.8.水力推力與鉆壓平衡 （16）4.9.軸承間隙 （17） 五、螺桿鉆具的使用 （18）5.1.地面檢查 （18）5.2.螺桿下井 （18）5.3.啟動 （19）5.4.鉆進 （19）5.5.起鉆 （19）六、導向螺桿鉆具的使用 （20）6.1.導向螺桿鉆具的造斜率 （21）6.2.進尺問題 （21）6.3.導向鉆進 （22）七、螺桿鉆具的維護與保養(yǎng) （23）八、常用故障分析與排除 （25）8.1.鉆具離井底情況 （25）8.2.鉆具坐井底情況 （25）九、定貨信息 （27） 一、序 言 中成螺桿鉆具是根據(jù)莫锘原理設(shè)計的容積式井

3、下動力鉆具，并靠泥漿提供動力。它具有很多優(yōu)點：1井底直接提供動力，減少了井下鉆具的磨損和損壞。2增加鉆頭的轉(zhuǎn)速和扭矩，提高了進尺率。 3可準確地定向、造斜、糾偏。 4可用于水平井、開窗側(cè)鉆、擴眼、取芯等作業(yè)，顯著提高鉆井的經(jīng)濟效益。 5與轉(zhuǎn)盤同時使用用于直井全面鉆進，大幅提高機械鉆速。 正是這些優(yōu)點使得螺桿鉆具在近幾十年內(nèi)得到了迅速發(fā)展。 我公司在1985年全套引進美國史密斯公司Smith DYNADRILL生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，經(jīng)過近20年的引進、消化、吸收和發(fā)展，目前已經(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。公司先后通過ISO9001質(zhì)量管理體系認證、ISO10012計量檢測

4、體系認證及API認證，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了保證。 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，為用戶更好地使用我廠鉆具，提供了依據(jù)。二、產(chǎn)品型號規(guī)格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)，請用戶在工作中認真對待。大港-螺桿鉆具標牌說明：LZ× H:代表可換扶正器傳動軸總成 G:代表高溫定子 T: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

5、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） 螺桿鉆具標志 馬達轉(zhuǎn)子頭數(shù)（單頭省略）三、螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)與工作原理 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。當泥漿泵產(chǎn)生的高壓泥漿流經(jīng)旁通閥進入馬達時，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)。 大港鉆具主要由四部分組成： ·旁通閥總成

6、83;馬達總成 ·萬向軸總成 ·傳動軸總成3.1.旁通閥總成： 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，以及保護馬達的作用。 圖1 旁通閥總成的工作原理是在 泥漿流量達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，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，

7、彈簧把閥芯頂起，旁通孔導通（參考圖1）?？傊?，正常情況下旁通閥的啟閉完全由流量大小決定的。 3.2.馬達總成： 它由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成（參考圖2）。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晴橡膠，它耐磨并抗碳氫化合物。定子的頭數(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。這就是螺桿馬達的基本工作原理。根

8、據(jù)設(shè)計，不同馬達的頭數(shù)有不同的配合?？偟膩碚f，馬達的頭數(shù)越少，轉(zhuǎn)速越高，扭矩越?。获R達的頭數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越低，扭矩越高。各種螺桿馬達頭數(shù)配合的截面輪廓如圖3。 圖2 圖3螺桿鉆具以馬達中一個定子導程組成密封腔為一級，也就是說，馬達如果是三級的，在軸向上存在三個連續(xù)而互不相通的密封腔，在工作中，如欲使馬達正常有效地工作，馬達每級所能承受的壓降以不超過0.8Mpa(8bar)為宜，如以三級馬達為例，則其馬達壓降不超過2.4Mpa最好。否則，馬達就要漏損，轉(zhuǎn)數(shù)降低。嚴重時則完全停止轉(zhuǎn)動，致使馬達損壞。這一點現(xiàn)場操作時用戶應非常注意。 為了保證馬達密封腔的密封，以確保能承受的壓降，所以定轉(zhuǎn)子間的配合尺寸

9、都需經(jīng)過選配測試，使其不宜過緊或過松，讓馬達發(fā)揮最大的效率。另外，定子的容腔是由橡膠形成的，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配合，如地層井溫較高，可選配較松的馬達；如地層較淺或使用的環(huán)境溫度較低，可選配較緊的馬達等。 現(xiàn)場使用的泥漿流量希望在推薦的范圍內(nèi)，否則將影響馬達效率，甚至使磨損加大。 螺桿馬達的性能參數(shù)是螺桿鉆具的主要性能參數(shù)，螺桿輸出扭矩與馬達壓降成正比；輸出轉(zhuǎn)數(shù)與輸入泥漿流量成正比，隨著負荷的增加，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

10、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。此時馬達的總流量應等于流經(jīng)馬達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，應確保馬達密封容腔的流量始終保持或高于最小推薦流量值，這樣，才能使馬達正常運轉(zhuǎn)。在泥漿密度、噴嘴尺寸和馬達總流量給定時，流經(jīng)轉(zhuǎn)子噴嘴的流量和流經(jīng)馬達密封腔的流量總是在變化中的。當鉆頭離開井底，螺桿馬達無負荷，此時流經(jīng)轉(zhuǎn)子噴嘴流量最小，而此時的流經(jīng)馬達密封腔的流量最大

11、。鉆頭開始進尺工作，螺桿馬達部分的壓差不斷增加，使流經(jīng)轉(zhuǎn)子噴嘴流量增加，而此時流經(jīng)馬達密封容腔流量減少。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的Q。值。再根據(jù)相應井況的總流量和螺桿鉆具馬

12、達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)泥漿密度(ppg)馬達兩端壓降(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/

13、3214.271010/327.942020/3215.881111/328.742222/3217.481212/329.532424/3219.051313/3210.312828/3222.231414/3211.113030/3223.83232/3225.4 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4。 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，應及時拆卸修理和檢查。 圖4

14、運動原理3.4.傳動軸總成它的作用是將馬達的旋轉(zhuǎn)動力傳遞給鉆頭，同時承受鉆壓所產(chǎn)生的軸向和徑向負荷。3.4.1按潤滑方式分類，分為泥漿潤滑傳動軸總成和油密封傳動軸總成兩種：a、泥漿潤滑傳動軸總成：該總成采用鉆井泥漿作為潤滑液，對傳動軸總成中的串軸承和徑向軸承進行潤滑和冷卻。由于結(jié)構(gòu)比較簡單，其具有最短的彎點到鉆頭的距離。同時，該結(jié)構(gòu)中的上徑向軸承又稱限流器，對流經(jīng)軸承組件的泥漿流量進行限制。b、油密封傳動軸總成：該總成采用密封組件將串軸承和部分徑向軸承進行密封并注入高溫潤滑油進行潤滑。由于降低了軸承的磨損，大大延長了軸承的壽命。3.4.2按鉆頭承受水眼壓降分類，分為3.5C、7Y、14J三種：

15、a、水眼壓降為3.5Mpa，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7Mpa，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14Mpa，該結(jié)構(gòu)上、下軸承有多組鑲嵌PDC復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。3.4.3傳動軸總成中的軸承按所承受的負載形式分類，分為串軸承和徑向軸承兩種： 圖9a、串軸承串軸承為多列向心推力球軸承，在鉆頭懸離井底空轉(zhuǎn)時，該軸承主要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；鉆頭座井底時承受工作狀態(tài)為所施加的鉆壓。b、徑

16、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。對于泥漿潤滑的傳動軸總成來說，上徑向軸承又稱限流器，它允許馬達流出的部分泥漿（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。 此外，螺桿鉆具傳動軸總成還包括各種常規(guī)扶正器和可換扶正器。扶正器的扶正條形式多種多樣，可以起到較好的穩(wěn)定效果。3.5.導向螺桿鉆具的主要結(jié)構(gòu)3.5.1組合類型螺桿鉆具是一種發(fā)展較快的井下動力鉆具，隨著鉆井和定向井市場的需要，我公司由原只生產(chǎn)直型鉆具和帶彎接頭的導向螺桿，發(fā)展到今天可生產(chǎn)各種組合的導向螺桿。不僅滿足了鉆井打普通定向井的需要，而且，適

17、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：a、DTU組合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馬達及高效鉆頭組成導向鉆井系統(tǒng)的硬件部分，可以實現(xiàn)井眼軌跡的連續(xù)控制。如圖5。圖5 DTU組合b、DKO組合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

18、同向鉆頭偏移距稍大，可以有較大的造斜能力。如圖6。圖6 DKO組合c、FAB組合是在螺桿鉆具馬達的上部及下部（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，正因為鉆頭偏移距很大，不能開動轉(zhuǎn)盤鉆井，故不能用FAB馬達組成導向鉆井系統(tǒng)。如圖7。圖7 FAB組合3.5.2可調(diào)角度螺桿鉆具（AKO）我廠部分型號導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?？烧{(diào)彎殼體的角度調(diào)整范圍為03°。（詳見附錄5）。圖8 可調(diào)角度螺桿鉆具3.5.3扶正器結(jié)構(gòu)導向螺桿鉆具與常規(guī)螺桿鉆具的另

19、一個不同之處在于導向螺桿鉆具的傳動軸殼體上帶有不同形式的扶正器。常用的扶正器形式包括：a、螺旋型扶正器（三翼筋、四翼筋、五翼筋）；b、對稱直筋型扶正器（五翼筋、六翼筋、七翼筋均布）；c、非對稱直筋型扶正器（三筋巴掌式）d、單翼型扶正器圖9 傳動軸殼體上的扶正器形式扶正器的形式和外徑尺寸對造斜或穩(wěn)斜的效果影響較大，用戶在選用導向螺桿鉆具時應對此予以重視。3.5.4可換扶正器為了滿足鉆井使用要求，有些規(guī)格的產(chǎn)品可以配備可換扶正器，顧客可以在井場根據(jù)情況隨時更換適宜的扶正器。a、 護套b、螺旋型c、對稱直筋型d、非對稱直筋圖10 可換扶正器的形式四、螺桿鉆具的工作條件和參數(shù)螺桿鉆具的使用效果和使用時

20、間，與螺桿鉆具的選型、現(xiàn)場工況以及操作人員的使用密切相關(guān)。因此在螺桿鉆具使用前，井場技術(shù)人員和司鉆應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。4.1.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具體的鉆井作業(yè)計劃，即由鉆井工程師根據(jù)任務結(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。4.2.鉆井液螺桿鉆具是正容積式馬達，決定鉆具性能的因素是馬達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

21、影響，推薦泥漿最大塑性粘度不應超過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低于1%，若含砂量高于5%，鉆具的壽命將大大縮短。使用油基泥漿或柴油基泥漿時，考慮到油基泥漿中芳香烴對定子橡膠的溶脹和氣蝕，應該控制芳香烴的含量，同時提高油基泥漿的苯胺點。苯胺點指的是油基泥漿中均勻混合的油和苯胺在冷卻時分離成兩相的溫度。普通情況油基泥漿的苯胺點應高于70，井底溫度較高時苯胺點應高于93或更高。泥漿中氯化物高時會因為腐蝕縮短馬達的壽命，這一點在井底溫度高時顯得更突出。如果螺桿已在高氯化物含量泥漿中使用，在起出后應盡可能在井口沖洗，防止螺桿的腐蝕。4

22、.3.鉆頭及其水眼 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)，對鉆頭的選擇作些說明。除

23、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。尤其當鉆頭水眼壓降已達鉆具型號規(guī)定的壓降值，更應注意。這對牙輪鉆頭一般不必擔心，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)盤鉆選硬一個等級。例

24、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。當然孤立地只著眼于

25、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損壞。鉆頭水眼的大小將會影響到螺桿鉆具傳動軸總成的使用壽命。選擇鉆頭水眼大小要適宜，不能過大或過小。如果水眼太小，泵壓達到額定值時，排量可能相對過小，此時馬達不易發(fā)揮出最大效能。對于泥漿潤滑的傳動軸總成，水眼過

26、小，而排量達到額定值時，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。4.4.井底溫度溫度過高對螺桿馬達性能十分不利，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，馬達可進行正常工作。若溫度達到95150時，苯胺點及其它不利因素均逐漸達到臨界危害點，而當溫度超過150時，即使使用最佳的油基泥漿，甚至使用水基泥漿，馬達定子壽命都會大幅度的縮短。為使

27、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。4.5.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。當輸入泥漿流量超過最大流量值，轉(zhuǎn)子就會超速旋轉(zhuǎn)，定子的疲勞負載就會大大增加，導致定子提前損壞。如果輸入泥漿流量小于最小流量值，馬達的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩就會降低，從而影

28、響其使用效果。因此建議按推薦參數(shù)進行操作，當實際使用的泥漿排量超過推薦的最大流量時，可使用中空轉(zhuǎn)子以延長馬達的使用壽命。4.6.泥漿壓力與鉆壓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。當達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，當循環(huán)泥漿在馬達兩端產(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

29、定子與轉(zhuǎn)子間密封被沖開，泥漿通過不轉(zhuǎn)的馬達從鉆頭水眼流出。這是螺桿的緊急過載保護功能。當鉆頭因故障遇卡時，鉆井液在螺桿制動情況下仍可以繼續(xù)循環(huán)流過螺桿。但一旦螺桿發(fā)生制動，應迅速將其提離井底降低鉆壓，因為泥漿長時間流過不轉(zhuǎn)的馬達會使螺桿嚴重損壞。另外，要使鉆具獲得最佳工作效率和工作壽命，應將螺桿兩端壓差控制在推薦參數(shù)范圍內(nèi)。4.7.扭矩螺桿的輸出扭矩與泥漿流過馬達產(chǎn)生的壓力降成正比，但對螺桿輸出轉(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%。螺桿進入工作狀態(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

30、，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，當螺桿制動時，其值達到最大值。4.8.水力推力與鉆壓平衡中成-鉆具在工作中軸向上存在如下各力（如圖11）F:轉(zhuǎn)子、萬向軸、傳動軸及鉆頭重量Fpm：馬達兩端壓降產(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圖11 那么推力軸承負荷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。負載分析狀態(tài)：C>W離井底推力軸承受

31、載 C=W軸承不受載（平衡點） C<W坐井底推力軸承受載如何確定合適的鉆壓，我們制定了一個水力推力和鉆壓平衡圖，供用戶在工作中參考。4.9.軸承間隙 現(xiàn)場經(jīng)常有這樣的情況，螺桿使用后，尚未回收經(jīng)過維修中心修復或現(xiàn)場使用認為時間不長，想再次使用?？勺裱铝胁襟E，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：將鉆具座在鉆臺上，用鉆具自身重量壓縮軸承總成，再次測量并記錄下短節(jié)和驅(qū)動接頭之間的間隙尺寸D2。表3為軸承所允許的間隙值，供用戶參考判斷螺桿

32、可否重復使用。 表3 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）4mm172（63/4）4mm197（73/4）4mm203（8）4mm210（81/4）4.5mm244（95/8）4.5mm286（111/4）5mm五、螺桿鉆具的使用螺桿鉆具下井使用之前，應當進行細致的檢查，確保下井后能正常工作，避免不必要的起下鉆和由此造成的損失。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，并按規(guī)定的緊扣扭矩上緊。

33、在選擇鉆具及其組合方案時，應制訂鉆井作業(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)和水力計算等細節(jié)。5.1.地面檢查 螺桿下井前，應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，此時旁通閥應不漏，水面無明顯下降。然后松開閥芯，閥芯復位，所注水應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

34、經(jīng)軸承組流出，觀察螺桿運轉(zhuǎn)情況。停泵前應再下放鉆具，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)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。5.2. 螺桿下井 a下放鉆具及其組合應小心地控制下放速度，以防撞到沙

35、橋、井壁臺肩和套管鞋上使鉆具損壞。下鉆遇阻，應開泵循環(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，應減慢下鉆速度或不時停下來充灌泥漿。下鉆時，注意不可頓鉆或?qū)⒙輻U直接坐入井底。5.3.啟動 a螺桿達到預先計劃的井深位置，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

36、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。5.4.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。 容積式馬達特性之一，馬達所產(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，工作扭矩的加大，馬達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

37、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，只是作為參考指標，判斷螺桿工作情況的主要依據(jù)應該是泵壓。對于發(fā)生較大磨損的馬達，還應以進尺速度為依據(jù)。5.5.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，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

38、內(nèi)的泥漿順利排出。六、導向螺桿鉆具的使用導向螺桿鉆具的使用，與常規(guī)螺桿鉆具基本相同。由于導向螺桿鉆具具有彎殼體、扶正器等特殊結(jié)構(gòu)，因而使用時需要注意以下問題。6.1.導向螺桿鉆具的造斜率由于導向螺桿鉆具可以設(shè)計為各種不同的結(jié)構(gòu)形式，用戶在使用螺桿鉆具時，又往往采用不同形式的鉆柱組合，加之不同地層結(jié)構(gòu)的影響，因此，往往難以簡單地給出導向螺桿鉆具的造斜率指標。僅僅從導向螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)而言，其造斜率受以下因素的影響：a.在鉆具組合不變的情況下，彎角越大，造斜率越高；彎點到鉆頭的距離越近，造斜率也越高。彎殼體彎角大小和彎點位置對造斜率影響較大。b.不帶扶正器的小直徑螺桿在彎殼體彎點下部焊墊塊，有助于提

39、高造斜率，但會增加下井難度。c. 螺桿帶扶正器時有助于提高螺桿鉆具的造斜率，扶正器形式不同，對造斜率有一定影響；使用單翼或多翼不對稱扶正器可增加造斜率，但在導向鉆進時由于其所受負載的不均勻性，會縮短螺桿的使用壽命。d.在鉆具組合不變的情況下，井眼尺寸越小，造斜率越高。e.在高造斜井段應該考慮螺桿的整機長度，已保證螺桿能通過該井段。f.應當注意檢查導向螺桿鉆具不同部位的角度之間及其與非對稱穩(wěn)定器的共面。共面誤差較大時，對造斜率影響很大，或者使井眼方位難以控制。導向螺桿鉆具的造斜率，在鉆井作業(yè)過程中表現(xiàn)為井斜角的變化或者井眼方位的變化。當感覺造斜率不夠時，應當同時注意井眼方位角的變化情況。6.2.

40、進尺問題鉆具組合不當，或者導向螺桿鉆具的彎角大小和彎點位置，扶正器形式、直徑尺寸與井眼或地層不匹配，可能導致機械鉆速變慢甚至沒有進尺。選用導向螺桿鉆具時，應當綜合考慮造斜與進尺的互相影響。鉆進過程中，隨著井斜角的增加，如果出現(xiàn)進尺減少的情況，在首先排除鉆頭磨損等影響因素；其次檢查立管壓力表的變化，并考慮鉆具組合和導向螺桿鉆具結(jié)構(gòu)的影響，避免井壁托壓現(xiàn)象的發(fā)生。6.3.導向鉆進由于導向螺桿鉆具通常帶有彎殼體及穩(wěn)定器，鉆頭的偏移距較大，導向鉆進會使導向螺桿鉆具和其他井下工具受到很大的側(cè)向力。因此，開動轉(zhuǎn)盤實施復合鉆進可能引起井下事故，影響鉆井作業(yè)的安全。當采用導向鉆進時，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速應不超過75rpm

41、，彎殼體角度在l°30以上的鉆具，導向鉆進時轉(zhuǎn)盤不允許旋轉(zhuǎn)，避免因側(cè)向負載過大造成螺桿損壞。井斜越大，所允許開動轉(zhuǎn)盤的彎殼體角度越小。七、螺桿鉆具的維護與保養(yǎng)螺桿鉆具下井使用后，應立即進行拆檢和維護保養(yǎng)。未經(jīng)拆檢的螺桿鉆具不應再次下井使用，除非上次使用時間很短，工況較好，并能確認沒有影響再次下井安全的腐蝕、劃傷、磨損等缺陷。使用過的舊螺桿鉆具如果未經(jīng)正常的維修和更換易損件，很可能在反復使用中引起事故，造成不必要的起下鉆，甚至因得不到及時維修，而造成整個鉆具的報廢。螺桿鉆具的拆檢和維護保養(yǎng)，應當在有條件的維修車間內(nèi)進行。拆裝人員應對螺桿鉆具產(chǎn)品的原理、結(jié)構(gòu)和使用比較了解。維修時，應當檢

42、查殼體的劃傷、裂紋等缺陷，必要時應予探傷。殼體表面嚴重劃傷或產(chǎn)生裂紋，應予更換，不得再次使用。維修時，應按有關(guān)規(guī)定檢查螺紋表面狀況，并在組裝時注意緊密距變化情況。螺紋損傷或緊密距變化較大時，應予更換。拆卸螺桿鉆具時，應當用氧乙炔焰烘烤螺紋部位，使螺紋粘接劑失效。過度烘烤會降低螺紋連接強度，務須予以注意。以下是在使用現(xiàn)場對螺桿鉆具進行維護保養(yǎng)的步驟： 1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)。 2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。3從傳動軸驅(qū)動接頭孔中沖洗鉆具

43、，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）。吊運和保管：螺桿鉆具出廠及運輸過程中的吊裝、應使用尼龍繩懸掛螺桿鉆具的中部，使螺桿鉆具水平平穩(wěn)起吊。使用鋼絲繩起吊時，鋼絲繩應帶有橡膠護套，避免劃傷螺桿鉆具的殼體。不得使用破損的鋼絲繩起吊。螺桿鉆具應平放于堅硬的地面，或者平放于適宜的支架上。不得長期存放在軟土或泥濘的地面。存放期間，應保持兩端的護絲完好，防止污物進入。存放場地應避陽、防雨，通風良好，環(huán)境溫度不高于45。螺桿鉆具的有效存儲期為自定子生產(chǎn)之日起一年半。超期存儲的螺桿鉆具仍可以使用，其連續(xù)工作時間可能會有不同程度的減少。八、螺桿鉆具的常見故障分析與排除注意觀察泥漿壓力的變化，可發(fā)現(xiàn)和判斷鉆進過程中出現(xiàn)的許多問題。正確分析和采取適當?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。8.1. 螺桿離井底情況：(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