直殼體螺桿鉆具維護使用手冊

直殼體螺桿鉆具維護使用手冊一、概述螺桿鉆具是一種由高壓流體或氣體驅(qū)動的容積式井下動力鉆具，具有結(jié)構(gòu)簡單、過載性能好、在小尺寸時能得到大的扭矩和功率的特性，已廣泛應(yīng)用在定向井和直井中。螺桿鉆具根據(jù)需要可做成直殼體和彎殼體，彎殼體螺桿鉆具具將在《定向井和水平井工具》一章中介紹。直殼體螺桿鉆具加上彎接頭也常用于定向井和水平井的鉆進。本節(jié)介紹的是以泥漿為工作介質(zhì)的直殼體螺桿鉆具。二、型號表示方法1、型號表示方法2、結(jié)構(gòu)型式代號（見表3－14）表3－14螺桿鉆具結(jié)構(gòu)型式代號（SY/T5383-91）種類型式名稱型式代號單瓣鉆具1/2螺桿鉆具LZ多瓣鉆具3/4螺桿鉆具3LZ5/6螺桿鉆具5LZ7/8螺桿鉆具7LZ9/10螺桿鉆具9LZ注：①1/2、3/4、5/6、7/8及9/10是指馬達轉(zhuǎn)子螺旋線的瓣數(shù)與定子內(nèi)螺旋線的瓣數(shù)比。②型式代號LZ系“螺鉆”漢語拼音第一個字母組合，LZ字符前的數(shù)字系指多瓣鉆具中轉(zhuǎn)子螺旋線的瓣數(shù)。三、結(jié)構(gòu)、工作原理1、螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)螺桿鉆具主要由旁通閥、馬達、萬向軸和傳動軸等四大部件組成。（1）旁通閥圖3－12馬達圖3－11旁通閥它是為了使鉆井液繞過馬達，從而起下鉆時可讓鉆井液不溢于井臺上。當無循環(huán)或低泵量循環(huán)時，彈簧使閥心處于上部位置，此時旁通閥處于開啟位(見圖3－11)。當流經(jīng)閥心的鉆井液流量達到一定值時，閥心處于下部，旁通閥被關(guān)閉，此時鉆井液流過馬達。圖3－12馬達圖3－11旁通閥（2）馬達它由具有螺旋形內(nèi)腔的硫化橡膠定子和螺旋形的轉(zhuǎn)子組成(見圖3－12)。轉(zhuǎn)子和定子的形狀和尺寸沿軸向形成螺旋密封線，構(gòu)成馬達的密封容腔。隨著轉(zhuǎn)子在定子中的轉(zhuǎn)動，容腔沿著軸向移動，不斷生成和消失，完成其能量轉(zhuǎn)換，這就是螺桿馬達的基本工作原理。圖3－13萬向軸圖3－14傳動軸（3）中空轉(zhuǎn)子馬達為了增加鉆頭的水馬力和泥漿的上返速度及保護馬達的使用壽命，將轉(zhuǎn)子加工成為帶噴嘴的中空轉(zhuǎn)子。此時馬達的總流量應(yīng)等于流經(jīng)馬達密封腔流量和流經(jīng)轉(zhuǎn)子噴嘴流量的總和。為了達到理想的鉆井參數(shù)，可以按以下計算方法選用中空轉(zhuǎn)子的噴嘴：1)根據(jù)泥漿上返流速的要求，確定泥漿泵的輸出流量Q。2)流量Q進入馬達時分兩路，通過馬達螺旋容腔的流量為Qm，通過中空轉(zhuǎn)子噴嘴的流量QP。即Q=Qm+Qp所以Qp=Q-Qm設(shè)定馬達轉(zhuǎn)速n值計算Qm值Qm=nq/(60ηv)(L／S)或n=60Qmηv/q(r/min)容積效率ηv取0.90。q為中空轉(zhuǎn)子馬達螺旋容腔的每轉(zhuǎn)排量(L/r)，按下表取值3－15：表3－15容積效率型號規(guī)格q(L/r)9LZ244×7147LZ203×7147LZl97×7145LZl72×7145LZl65×79.35LZl27×79.35LZl20×79.35LZl02×755LZ95×72.63)噴嘴直徑d=(mm)式中：—馬達起動壓降(MPa)—馬達工作壓降(Mpa)ρ—泥漿比重(Kg／L)按以上推薦計算公式，用戶可以依據(jù)使用需要隨時更換不同直徑的噴嘴，達到理想的要求。（4）萬向軸它的作用是將馬達轉(zhuǎn)子的行星運動轉(zhuǎn)化為傳動軸的定軸轉(zhuǎn)動，將馬達輸出的扭矩及轉(zhuǎn)速傳遞給傳動軸及鉆頭(見圖3－13)。（5）傳動軸它的作用是將馬達的旋動力傳遞給鉆頭，同時承受鉆壓所產(chǎn)生的軸向和徑向負載。傳動軸有不同的結(jié)構(gòu)(見圖3－14)。2、工作原理螺桿鉆具是以鉆井液為動力的一種井下動力鉆具。泥漿泵泵出的鉆井液流經(jīng)旁通閥進入馬達，在馬達的進、出口形成一力定的壓差，推動馬達的轉(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。其性能主要取決于馬達的性能參數(shù)。四、使用、操作1、地面檢查（1）螺桿鉆具下井前，先查閱《工具跟蹤卡》。（2）按塔指Q/CNPC-TZ52－2003檢查螺桿鉆具兩端螺紋。（3）用提升短節(jié)將螺桿鉆具提起坐入轉(zhuǎn)盤卡瓦內(nèi)，裝上安全卡瓦，卸去提升短節(jié)。（4）用木棒下壓旁通閥閥心，從上部注滿水，此時旁通閥應(yīng)不漏，水面無明顯下降。然后松開閥心，閥心復(fù)位，所注水應(yīng)從旁通閥口均勻流出。（5）接上方鉆桿，卸去安全卡瓦，提出卡瓦，下放鉆具使旁通閥閥口處于轉(zhuǎn)盤下易于觀察的位置。（6）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)。不停泵上提螺桿鉆具至能看見轉(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，觀察螺桿鉆具運轉(zhuǎn)情況，停泵應(yīng)再下放螺桿鉆具，讓旁通閥閥口位于轉(zhuǎn)盤以下，檢查是否有泥漿經(jīng)旁通閥閥口順利流出。2、螺桿鉆具入井（1）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鉆具接上(大鉗只可咬在旋轉(zhuǎn)傳動軸驅(qū)動接頭上)，緊扣扭矩見表3－16(注：應(yīng)保證傳動軸驅(qū)動接頭相對于上面殼體反時針轉(zhuǎn)動，以防止內(nèi)部螺紋松扣)。（2）使用彎接頭時，帶定向裝置的轉(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)動接頭和鉆頭之間要加轉(zhuǎn)換接頭，其長度應(yīng)不超爾250mm。（3）下放鉆具時，應(yīng)控制下放速度。下鉆遇阻，應(yīng)開泵循環(huán)，慢慢劃眼通過。若帶有彎接頭鉆具遇阻應(yīng)周期性地轉(zhuǎn)動鉆具，慢慢通過，以防止劃出新井眼。（4）對于高溫井，下放鉆具時，要周期性地進行中途循環(huán)，以免高溫造成螺桿鉆具定子損壞。表3－16緊扣扭矩螺桿鉆具外徑(mm)上端內(nèi)螺紋下端內(nèi)螺紋螺紋形式連接外螺紋內(nèi)徑mm緊扣扭矩N·m螺紋形式緊扣扭矩N·m12731/2REG38.115660～1721931/2REG9490～1220244.4514317～157551654IF57.1537963～4175941/2REG16270～2169371.4430100～3310941/2REG57.1532214～3544165/8REG37963～4338619751/2REG57.1562639～6890365/8REG37968～4338671.4453690～5906065/8REG71.4471858～7904471.4467791～74570（5）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)向鉆柱內(nèi)灌滿泥漿。（6）下鉆時，不要讓鉆頭接觸井底。3、啟動、鉆進、起出（1）鉆井液中的含砂量應(yīng)低于1％。（2）把鉆頭提離井底0.3m～0.6m，開泵循環(huán)，用正常的泥漿循環(huán)清理，清理時也可慢慢轉(zhuǎn)動鉆具(每次轉(zhuǎn)30～45)，依次把堆積在井底的巖屑和沉砂清理干凈。（3）校對壓力值，記錄下來。（4）重新到達井底，并逐步加鉆壓，馬達轉(zhuǎn)矩增加，立管壓力表壓力值升高。（5）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。（6）螺桿鉆具起出井后，卸下旁通閥以上各件，用清水沖洗旁通閥，同時上、下移動閥心，使其移動無阻，清洗完畢，擰上提升短節(jié)。(7)將鉆頭座入鉆頭盒中，用大鉗夾緊螺桿鉆具，反時針旋轉(zhuǎn)鉆頭，排除鉆具中剩余泥漿(泥漿由旁通閥閥口流出)，然后卸去鉆頭。(8)從傳動軸驅(qū)動接頭孔中沖洗泥漿，將傳動軸上部水帽及軸承清洗干凈，然后平放螺桿鉆具，正常維護保養(yǎng)后待用。4、故障分析（表3－17）表3－17螺桿鉆具故障分析表異常現(xiàn)象可能原因判斷及處理方法壓力表壓力突然升高馬達失速把鉆具提高0.3～0.6m，核對循環(huán)壓力，逐漸加鉆壓，壓力表隨之逐漸升高，均正常，可確認曾是失速問題。馬達傳動軸卡死，鉆頭水眼被堵把鉆頭提離井底，壓力表度數(shù)仍很高，只能提出鉆具檢查或更換。壓力表壓力慢慢增高(不是指隨鉆井深增加而增大的壓降)鉆頭水眼被堵把鉆具提離井底，再檢查壓力，如果壓力仍然高于正常循環(huán)壓力，可試著改善循環(huán)流量或上下移動鉆柱，如無效只能取出修理、更換。鉆頭磨損可以繼續(xù)干下去，細心觀察如仍無進尺，只能取出更換。地層變化把鉆具提起，如果壓力與循環(huán)壓力相同則可繼續(xù)工作。壓力表壓力緩慢降低循環(huán)壓力損失變化檢查泥漿流量。鉆桿損壞稍提鉆柱，壓力表讀數(shù)低于循環(huán)壓力，取出檢查。沒有進尺地層變化適當改變鉆壓和循環(huán)率(注意兩者必需在正常范圍內(nèi))。馬達失速壓力表讀數(shù)增高，鉆具提離，檢查循環(huán)壓力，從小鉆壓開始，逐步增大鉆壓更換鉆頭。旁通閥處于“開位”壓力表讀數(shù)偏低，稍提起鉆具，啟、停泥漿泵兩次仍無效，則需更換旁通閥。萬向軸損壞常伴有壓力波動，稍提起鉆具壓力波動小些，更換萬向軸。鉆頭磨損更換新鉆頭。五、現(xiàn)場維護保養(yǎng)1、使用后應(yīng)清除泥污，檢查各零件的安全性(各部位絲扣有無刺壞斷裂、本體彎曲變形、軸承磨損)，然后涂防銹油，配帶護絲，并存放于干燥通風(fēng)處。2、若暫停使用或長時間擱置不用，向螺桿鉆具內(nèi)注入少量的機油防銹蝕。3、現(xiàn)場檢查，出現(xiàn)判修、判廢依據(jù)情況之一應(yīng)回收修理或報廢。六、螺桿鉆具修理1、對送修的螺桿鉆具全部拆卸零部件，進行沖洗去污和除銹處理。2、螺桿鉆具的全部拆卸零部件應(yīng)按SY/T5446與JB/T8468規(guī)定的方法進行無損檢測，不合格者應(yīng)更換。發(fā)現(xiàn)有缺陷時，應(yīng)予報廢。3、與鉆具連接的螺紋應(yīng)符合塔指Q/CNPC-TZ52－2003的規(guī)定。4、維修組裝時，除內(nèi)部連接螺紋和旁通閥與馬達連接螺紋涂防粘劑外，其余外部連接螺紋涂鎖緊劑。5、拆裝時，臺鉗應(yīng)夾持在距母接頭端部250mm處，各部連接螺紋鎖緊扭矩按表3－18要求。6、對拆卸的萬向軸、轉(zhuǎn)子、傳動軸、推力軸承圈應(yīng)進行探傷檢查。7、裝配時，所有運動配合件應(yīng)涂黃油防銹，潤滑。8、裝配及有關(guān)要求（1）旁通閥總成1)橡膠件每拆卸一次，均應(yīng)全部更換。2)閥心、閥套的密封面不允許沖蝕和軸向的連續(xù)點蝕。3)彈性擋圈變形和嚴重磨損，應(yīng)更換。4)彈簧的彈性明顯減弱，有深度腐蝕點，均應(yīng)更換。5)閥口組件不允許有篩板沖蝕和絲堵扣損壞的現(xiàn)象。6)按閥體、閥心(“O”型圈)、彈簧、閥套(“O”型圈、密封圈)擋圈、襯套(“O”型圈)篩板、壓套次序依次裝配。裝配時，要保證閥心旁通孔與閥體旁通孔對正。7)裝配后，用木棒下壓閥心，感到閥心與閥套端面相碰時，迅速撒開木棒，閥心應(yīng)能順利、快速彈回，如引三次以上方為合格。（2）馬達總成1)轉(zhuǎn)子有下列情況之一者，不可繼續(xù)使用：—在25mm圓周內(nèi)有深度小于1.6mm，寬度小于3.2mm，數(shù)量超過10處的大片中等點蝕；—深度大于3.2mm，寬度大于6.4mm的嚴重點蝕；—深度大于1.6mm，長度大于12.7mm的嚴重點蝕；—鉻層受腐蝕起泡深度大于3.2mm；—轉(zhuǎn)子端部螺紋損壞的；—轉(zhuǎn)子端面過渡圓弧處，深傷后出現(xiàn)深度裂紋的。2)定子橡膠若有粘接層剝離、過度磨損、大面積掉塊，均應(yīng)更換。3)定子斜置，空干余水，轉(zhuǎn)子涂潤滑脂，推入定子中。表3－18螺桿鉆具內(nèi)部螺紋緊扣扭矩鉆具型號萬向軸——轉(zhuǎn)子萬向軸——連桿萬向軸——轉(zhuǎn)動軸水帽水帽——傳動軸N.m(FT／LBS)MPa(PSl)N.m(FT／LBS)MPa(PSl)N.m(FT／LBS)MPa(PSl)N.m(FT／lBS)Mpa(PSI)5D5001356(1000)0.117(17)1356(1000)0.117(17)1356(1000)0.117(17)1356(1000)0.117(17)5D10001491(1100)0.124(18)1491(1100)0.124(18)1491(1l00)0.124(18)1491(1100)0.12(18)6l/2D5002169(1600)0.179(26)2169(1600)0.179(26)2169(1600)0.179(26)2169(1600)0.17(26)61/2D500+43796(2800)0.317(46)3796(2800)0.317(46)3796(2800)0.317(46)3796(2800)0.31(46)61/2Dl0003796(2800)0.317(46)3796(2800)0.317(46)3796(2800)0.317(46)3796(2800)0.317(46)61/2D100低速4881(3600)0.407(59)4881(3600)0.407(59)4881(3600)0.407(59)4881(3600)0.407(59)73/4D5003118(2300)0.262(38)3118(2300)0.262(38)3118(2300)0.262(38)3118(2300)0.262(38)73/4D10005694(4200)0.469(68)6694(4200)0.469(68)5694(4200)0.469(68)5694(4200)0.469(68)73/4D500+45694(4200)0.469(68)5694(4200)0.469(68)5694(4200)0.469(68)5694(4200)0.469(68)73/4D1000低速17625(13000)1.448(210)17625(13000)1.448(210)17625(13000)1.448(210)17625(13000)1.448（210）（3）萬向軸總成1)萬向軸膠套有破損、變形、劃傷，應(yīng)予更換。2)用絲錐或板牙檢查萬向軸兩端堵頭螺紋，不能通過，應(yīng)予更換。3)兩瓣相對扭轉(zhuǎn)測量兩瓣之間最大間隙，超過表3－19規(guī)定，應(yīng)予更換。4)按JB/T8468規(guī)定的方法對萬向軸殼體外螺紋進行無損檢測，發(fā)現(xiàn)根部有裂紋，應(yīng)予更換。5)裝配后的萬向軸應(yīng)注入高壓潤滑脂或二硫化鉬三號復(fù)合鈣基潤滑脂。（4）橡膠軸承傳動軸總成表3－19萬向軸瓣間隙磨損極限鉆具型號磨損極限5(D500型、Dl000型)61/2(Dl000型、500TC型、D500+4型、D1000低速型)6.3573/4(D500型、D500TC型、D500+4型、Dl000型、D1000低速型)9.51)軸向彈性擋圈，翻邊變形嚴重磨損，應(yīng)予更換。2)粘結(jié)套磨損超過下列標準時，應(yīng)予更換：100mm(37/8in)螺桿鉆具粘接套磨損直徑小于Ф60.5mm；165.1mm(61/2in)螺桿鉆具粘接套磨損直徑小于Ф70.2mm；196.85mm(73/4lin)螺桿鉆具粘接套磨損直徑小于Ф98.35mm。3)推力軸承滾道出現(xiàn)凹坑、大片點蝕，銷孔或槽磨損嚴重有裂紋，滾道磨損嚴重，均應(yīng)成對更換。4)軸承鋼球磨損量大于0.25mm，鋼球碎裂，點蝕嚴重，均應(yīng)成套更換。5)磁粉探傷傳動軸外螺紋及軸體變徑處，發(fā)現(xiàn)有裂紋，應(yīng)予更換。6)傳動軸水帽內(nèi)孔及流道口有嚴重沖蝕，應(yīng)予更換。7)輔助軸承和徑向軸承過度沖蝕，橡膠掉塊和脫膠，應(yīng)予更換。8)迷宮內(nèi)環(huán)內(nèi)徑與傳動軸外徑間隙超過0.81mm時，應(yīng)予更換。9)傳動軸內(nèi)螺紋及端部有輕度碰傷、磨損，經(jīng)修復(fù)后可繼續(xù)使用。10)軸體鍍鉻層大片脫落，大片點蝕，應(yīng)修復(fù)后再用。11)內(nèi)六角緊定螺釘每維修一次都應(yīng)更換。12)裝配后，上軸承上圈與對開卡套之間隙范圍為0.79至2.38mm，否則，通過調(diào)整墊片調(diào)整。（5）硬質(zhì)合金軸承傳動軸總成1)硬質(zhì)合金軸承磨損后，動靜軸承的最大允許間隙為2.30mm。2)硬質(zhì)合金軸承動圈的粘結(jié)面不允許有分離、脫落、裂縫。3)硬質(zhì)合金軸承動圈牙嵌處保證直角。4)硬質(zhì)合金軸承動圈與傳動軸外徑間隙應(yīng)保持在0.51mm與1.02mm。5)其它零件的檢驗與修復(fù)可參照橡膠軸承各項。6)裝配后，間隙范圍為0.79至2.38mm。9、檢驗（1）螺桿鉆具修復(fù)后，要進行液馬達單元試驗或轉(zhuǎn)定子水密封試驗，其試驗方法是將配合好的馬達總成斜放30°，充滿水后進行觀察，如另一端立即涌出水表明配合過松；另一端若無水滲出，表明配合過緊；充滿水后5min有少量水滲出，表明配合適中。（2）在室溫下，向無載荷狀況下的鉆具輸入介質(zhì)，進行常溫啟動試驗，并記錄鉆具入口啟動壓力值。（3）經(jīng)驗收合格后，填寫產(chǎn)品