螺杆钻具型号(螺杆钻具型号及尺寸规格表)

螺杆钻具型号的表示含义

利用神衫螺杆钻进行岩心钻探时游弯腔,应在驱动轴与钻头间加上岩心管采取岩心。　　螺杆钻由旁通阀、螺杆马达（转子和定子）、万向节、轴承和驱动轴闹世几部分组成，其核心是螺杆马达

螺杆钻具型号有哪些

B19钻杆相关参数型号：B19螺纹：M14*1.5品牌：ZHONGMEI方牙：16*6长度：0.50m*2.50m。B19钻杆使用须知1、根据试验对比或我厂的产品推荐，正确选用钎杆类型。2、公司锥形钎产品在杆体和领盘处有“G”商标，从杆体往尾看，领盘“G”字开口向右为凹型，杆体是凸标记，优钎标记为“G︱”、“G‖”，普钎标记为“G”、“G-1”.为了进行产品质量追踪，钎体上还有生产批号。3、应保证钎杆与钎头配合良好（锥度一致）；如果钎杆锥度小于钎头锥度，则易断梢尖。4、对于凿岩孔深>2.0米，推荐采用套杆，即先用短钎杆开孔，然后再用长钎杆继续延伸打孔，以提高钎杆使用寿命（根据孔深情况，可采用2根套钎或3根套钎）。5、开孔时应稳，适当降低推进风量，避免钎杆在弯曲状态下工作，否则将会缩短钎杆使用寿命。6、在打孔及退出过程中，尽量避免钎杆弯曲受力，以提高钎杆的使用寿命。7、应根据现场条件（岩石情况），调整凿岩机的风量，保证凿岩正常工作。8、对于卡钎的岩石状况，应使用十字形钎头。9、用户不得随意改变钎杆结构或经再加工后进行使用，以免影响钎杆的正常使用寿命。10、当正常使用普通钎杆易出现批量早期断裂时，应换用优钎；当优钎不使用时，应换用大规格钎杆，或降低风压。11、钎杆杆体直径应与凿岩机功率匹配，功率大则应选用大规格钎杆。

螺杆钻具型号278-56-35什么意思

常用规格为M12、M14、M16、M18等等，这种零件可以定制，应该根据墙面的厚度，确定好通丝螺杆内径，然后再确定相应的规格大小。

螺杆钻具型号代表什么

螺杆钻具在出厂前，各部件之间的连接螺纹均已涂厌氧胶，并按规定力矩上紧，使用前不需要重新紧扣。1、下井前地面检查：用提升短节将钻具提起，入转盘卡瓦内，使旁通阀位于转盘之上，装上安全卡瓦，卸去提升短节，检查旁通阀的灵活性，方法是用木棒压下阀芯，然后松开，阀芯在弹簧力的作用下，恢复正常，反复压下3-5次，阀芯无卡阻，运动灵活，接着将钻具旁通孔部位下到钻盘以下开泵，旁通孔封闭，马达启动，驱动接头旋转，停泵后，阀芯复位，泥浆从旁通孔泻出，钻具正常。2、钻具下入井内(1)钻具下井时，严格控制下放速度，以防过快时马达倒转，使内部连接丝扣脱扣，同时防止在通过砂桥、套管鞋等处撞坏钻具。(2)当下入深井段或遇到高温井段时，以及经过流砂层井段时，应定期循环泥浆冷却钻具，保护定子橡胶，防止砂堵。(3)钻具接近井底时要放慢速度，提前循环后再继续下钻，循环先小排量，待井口返出泥浆后，再加大排量。(4)不允许顿钻或将钻具座在井底。3、钻具钻进(1)钻具钻进前应充分清洗井底，并测循环泵压。(2)开始钻进时应缓慢加钻压，待正常钻进时，司钻可用下列公式控制操作：打钻泵压=循环泵压+钻具负载压降(3)开始钻进，钻进速度不宜太快，此时钻具和钻头都很紧，井底尚未清洗，易产生钻头泥包。(4)钻具产生的扭矩与马达的压力降成正比，因此增大钻压就能增大扭矩。(5)均匀送钻能保证井段的曲线光滑和定向精度。4、从井眼中起出并检查钻具(1)用清水冲洗旁通阀，用木棒上、下活动阀芯，使其能关闭灵活为止。(2)用管钳咬住钻具，用链钳顺时针转动驱动接头，从旁通阀上部注入清水清洗钻具内部，最后向马达内注入少量矿物油。(3)起钻应注意起钻速度，以防卡钻损坏钻具。(4)测量钻具的轴承间隙,如轴承间隙超过最大允差，应对钻具进行维修，更换新轴承(对于修井钻则应调整轴承的轴向间隙)。螺杆钻具下井前的地面检查螺杆钻具下井前的地面检查1.螺杆钻具除了提升短节与旁通阀连接外，其他部分的壳体连接均涂锁紧剂。2.用螺杆钻头装卸器把螺杆钻头装上，只许用链钳转动螺杆钻具传动轴头，而且只能逆时针旋转（俯视旋向，下同），以防止内部螺纹松扣。3.吊起提升短节，把螺杆钻具放入转盘中，把旁通阀置于转盘中易于观察的位置。用卡瓦把螺杆钻具卡牢，卸去提升短节。4.检查旁通阀：用锤柄或木棒向下压旁通阀芯，从上部向旁通阀注满水，此时旁通阀应不漏，水面无明显下降，然后挪走木棒，阀芯应被弹簧弹起复位，所注水应从侧面各孔均匀流出，即可认为正常。5.下放后，使旁通阀位于钻杆下方便于观察的地方，开动钻井泵，逐渐提高排量直到旁通阀关闭，上提螺杆钻具，看螺杆钻头是否转动，此时旁通阀处于“关闭”位置。不应有钻井液从旁通孔流出。停泵后注意观察旁通阀是否再次打开，使钻井液从旁通孔排出。泵未完全停止之前，不要把旁通阀提到转盘以上，防止污染井台。6.按设计的螺杆钻具组合，分别把弯接头、无磁钻铤、稳定器等接好。把螺杆钻具下到井眼钻下放螺杆钻具时，需控制下放速度，否则易被井眼中的沙桥、井眼台肩、套管鞋所损坏。如遇到这样的井段，往往需开动钻井泵，慢慢地扩大井眼再通过。如果用弯接头或弯壳体，螺杆钻头侧面就更易碰上井壁的硬岩层和套管鞋等，要周期性的转动螺杆钻具，以消除侧钻的影响。对于深井和高温井，下放螺杆钻具时建议周期性地进行中途循环，这样可以防止螺杆钻头堵塞，或因高温造成螺杆钻具定子损坏。在井内，钻井液若不能迅速通过旁通阀阀口，应减慢下井速度，或不时停下来充灌泥浆，下钻时，注意不可墩钻或将螺杆钻具直接放进井底。开动螺杆钻具：如果螺杆钻具处于井底，必须提起0.3-0.4m，开动钻井泵，此时记下立杆压力表读数，与计算的压力值对比一下，如果超过水力计算的压力数值也是正常的，这是螺杆钻头侧钻引起的。清理井底：尤其是打斜井，井底必须足够“干净”，因为井底堆积或沉淀的岩屑影响转速或造斜。最好用正常的钻井液循环清理，清理时也可慢慢转动螺杆钻具或螺杆钻具分次转动（每次转动30o-40o），依次地把堆在井底的物体清理干净。清理干净后，再把螺杆钻具上提0.3-0.4m，校对压力值，记录下来。重新下入井底并逐步加钻压，马达扭矩增加，立杆压力表压值升高，这个升高的压力值应符合各型号螺杆钻具规定的马达压降值，此压力表增大的数值反映了马达的负载是否正常，也反映钻压加的是否合适，因此保持马达转速基本稳定，钻压基本稳定，只要把立杆压力表读数限制在所选螺杆钻具推荐范围内就可以了。它能使司钻及时了解螺杆钻具工作情况。螺杆钻头不在井底时，如果循环压力高，则可能是螺杆钻头水眼被堵或传动轴被卡死。起钻：起钻时，旁通阀处于旁通状态，允许钻柱中的钻井液泻入环空，但是螺杆钻具本身不能排出钻井液，通常在起钻前在钻柱上部注入一段加重钻井液顺利排出。1.在螺杆钻具提出到旁通阀位置后，卸下旁通阀口上各部件，用清水从旁通阀顶部进行冲洗，然后使用木棒或锤柄等将阀芯按下、松开使其移动无阻。清洗完毕，拧上提升短节，提出螺杆钻具。

螺杆钻具型号及尺寸规格表

   螺杆钻具，又称定排量马达，是一种容积式井下动力钻具。在油气钻井中，螺杆钻具主要被用于钻特殊工艺井，也可用来钻直井。所谓特殊工艺井，是指常规直井以外的所有其他井型，如定向井、大斜度井、水平井、大位移井、多分支井、丛式井等。在这些特殊工艺井中，通常应用螺杆钻具进行井眼轨道控制作业，如造斜、纠斜、扭方位，采用导向螺杆钻具还可以进行稳斜钻进。

工作原理

  螺杆钻具是一种以钻井液（或压缩气体）为动力的容积式井下动力钻具，钻井液（或压缩气体）由钻杆进入螺杆钻具旁通阀总成后，使阀芯关闭，然后进入螺杆钻具马达总成，在马达进出口处形成一定压差推动马达的转子旋转，产生扭矩和转速，通过万向轴总成和传动轴总成传递到钻头上，达到钻井的目的。

结构

  螺杆钻具主要由旁通阀总成、防掉总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成五大部分组成。

旁通阀总成

   旁通阀总成位于螺杆钻具的上端，它有阀体、阀芯、阀座、弹簧、虑套等组成。在使用过程中它有开启和关闭两种状态：当下钻时，钻柱内腔与钻柱外环空相通，钻柱外环空的钻井液进入钻柱内腔，从而减少下钻阻力；平衡钻柱内外压力；当起钻时，钻柱内腔的钻井液进入钻柱外环空，使钻井液不溢于井台上。当钻井液流量和压力达到额定值时，阀芯下移，此时旁通阀处于关闭状态，钻井液流经马达，把压力能转化成机械能。当流量和压力低于额定值或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力，弹簧就把阀芯顶回原来的位置，这样旁通阀又处于开启状态。

防掉总成

  防掉总成装置设置在转子顶部，它是有防掉壳体、防掉轴和防掉螺母等组成，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，同时使泵压升高使地面及时发现问题避免造成事故。

马达总成

  马达采用多级容积式马达，马达总成由定子和转子组成。

  定子是内衬橡胶的金属钢管，橡胶内空是有一定几何参数的螺旋。与转子相啮合形成密封腔。在高压钻井液的作用下，转子在定子中转动，从而密封腔沿轴向移动，反复出现，完成能量转换。

  转子是由合金钢加工而成的具有一定几何参数的螺旋杆，它的表面有特殊的涂层以起到耐磨和防腐作用。为了增加钻头的水马力和泥浆的上返速度，转子可加工成带喷嘴的中空转子。

  马达转子有头数之分（定子的螺旋头数总比转子头数多一个）。螺杆钻具在相同规格下，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。

  马达转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,最大压降为额定工作压力的1.3倍。

  马达的输出转速与输入的钻井液排量成正比，马达的输出扭矩与马达的压降成正比，随着马达负载的增加，其转速有所下降，因此在地面只根根据压表力表控制压力，根据流量计控制泵的流量，就可经控制井下钻具的扭矩和转速。每种规格的螺杆钻具都具有一定范围的额定流量，流量过大或过小均不能使螺杆钻具处于最佳工作状态，并影响钻具的使用寿命。

  为了确保马达密封效果，转子和定子之间的配合尺寸与不同井深、井温有关。在选择钻具时应按不同井况选用不同型号马达。

万向轴总成

  万向轴总成主要有万向轴和万向轴外壳组成。万向轴总成的作用是把转子的行星运动转换为传动轴总成的定轴转动。它把马达和传动轴联成一体并把马达提供的转速和扭矩传递给传动轴及钻头。

  可调万向轴壳体可调角度从0°-3°十余种角度可以选择，能够提高钻井效率和现场对井眼轨迹的控制。

传动轴总成

  传动轴总成是位于螺杆钻具的下端，传动轴总成的作用是将马达产生的旋转动力传递给钻头。传动轴总成的内部有多列推力向心球轴承和镶有硬质合金的径向轴承，这两种轴承同时承受钻压所产生的轴向和径向载荷。

螺杆钻具型号规格表

3.1.1超深井螺杆钻具性能参数优化方案研究

常规螺杆钻具的性能参数对钻进至关重要。同样，超深井螺杆钻具的性能参数关系到超深井的钻井成本甚至超深井的钻井成败。借鉴常规螺杆钻具的性能参数方程，得到超深井条件下的超深井螺杆钻具的性能参数方程如下：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（上册）

以上式中：AG为过流面积，mm2；q为每转排量，mm3/r；M为螺杆马达的理论输出扭矩，N·m；n为螺杆马达输出转速，r/s；G为转子所产生的轴向合力，N；Fg为转子转动时产生的离心力，N；vmax为转子与定子间的最大滑动速度，mm/s；Ls为定转子密封线总长度，mm；N为转子头数；E为转子偏心距，mm；ru为等距半径，mm；Ts为定子导程，mm；h为定转子螺距，mm；k为螺杆马达级数，一般3～6级；ΔP为螺杆马达推荐的每级工作压力，一般取0.6～0.8MPa，在超深井工况下，虽然是高压力情况，但是对于压力降可以保持不变；Q为流经钻具动力系统的液体流量，mm3/s；μ为轴向力系数，其值由实验确定，设计时取1.0～1.1；ρ为转子质量密度，kg/cm3。

从上面的式子中，得出它们是多变量的参数方程。由于相互关系复杂，不是简单的线型关系，中间还涉及诸多的限制条件，要想对涉及上面式子的问题进行参数优化必须采用系统的方法才能解决问题。为此，专门研究一套超深井螺杆钻具的参数优化的方法是有必要的。

超深井螺杆钻具参数优化过程就是一个数学建模，并求解的过程。这个数学模型是限定条件下的多目标函数的极值问题。多目标优化问题必须转化为单目标优化才能解决，这里利用层次分析法将多目标优化问题转换成单目标优化问题。思路是，根据各单目标函数在所构造的总体目标函数中所占的权重，构造一个单目标函数，将多目标函数优化问题转换成单目标函数优化问题。从而最终解决工程实际问题。将上面的方法归纳总结成图3.1。

图3.1超深井螺杆钻具性能参数优化流程图

利用层次分析法解决超深井螺杆钻具参数优化问题，具体步骤如下：

第一步，建立螺杆钻具参数优化层次结构模型，如图3.2所示。

图3.2螺杆钻具参数优化层次结构模型

第二步，构造判断矩阵。各方案的评价指标如表3.1所示。

表3.1螺杆钻具参数优选各方案的评价指标

根据结构模型，建立C层各元素相对O层的比较矩阵：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（上册）

P层各元素相对C层的成对比较矩阵为：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（上册）

第三步，我们应用matlab软件求解矩阵A的特征值。具体计算过程略。矩阵A的最大特征值λmax=5.1561，对应的列向量为，将其归一化：得到对应的归一化特征向量。接下来计算B1，B2，B3，B4，B5的最大特征值，及其对应的归一化特征向量。

B1，B2，B3，B4，B5的最大特征值及其相应的列向量分别为

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（上册）

将其归一化（采用规范列平均法），得：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（上册）

第四步，我们对其进行一致性检验。

n=4，RI=0.90，代入数值，得到下面的结果：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（上册）

上述指标具有满意的一致性。

根据层次分析法列表3.2如下：

表3.2层次分析法螺杆钻具参数优选各参数权重

由上表我们知道，P1，P2，P3，P4分别占权重26.1163%，15.5163%，32.8938%，25.4735%。

下面将利用lingo优化软件，对螺杆马达的相关参数进行优化。

首先将超深井螺杆钻具的参数优化问题建立一个数学模型。超深井螺杆钻具的性能主要和超深井螺杆马达的性能密切相关。为此，只要使螺杆马达的性能达到最优，那么螺杆钻具的性能自然也达到了优化的目的。超深井螺杆马达的性能参数主要是自转转速和输出扭矩。对于过流面积，当马达结构确定之后，过流面积就确定了。根据lingo解题的一般步骤。建立数学模型如下：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（上册）

约束条件过多，相互之间也可能会出现矛盾；约束条件过少，也可能解不出正确解。为此我们必须合理选择约束条件。具体的解题过程略。

螺杆钻具转子头数与输出扭矩和输出转速之间的关系。通过得到的数据，如表3.3所示。

表3.3螺杆钻具的输出扭矩及输出转速与螺杆马达转子头数间的关系

为了更加直观的得出马达转子头数与马达输出扭矩和马达转速的关系，制作折线图3.3。由图3.3可以清晰地看出，马达的转子头数越多，马达输出扭矩越大，马达的输出转速越小。

优化后得到的结果是，转子头数为5。经分析，转子头数不是主要因素，转子头数选择多少都是可以的，实际情况是，转子头数从少到多，都有现成的产品应用于钻井现场。充分说明了转子头数不是螺杆马达参数优化的主要因素。这里选用马达转子头数取5的结果。剩下的三个参数，马达偏心距取2.5819mm，等距半径取4.008579mm，转子螺距取46.47916mm，此时得到的马达的输出扭矩为100N·m，马达的输出转速为5.7296r/s。

图3.3螺杆钻具的输出扭矩及输出转速与螺杆马达转子头数间的关系

转子产生的轴向力为7045.6N，转子离心力离心力为27.6333N，转子与定子间最大滑动速度为1073.8mm/s，定转子副密封线总长度为2011.3mm。得到的值比文献中的优化结果绝大部分都要好。

超深井螺杆钻具的参数优化的结果，得到了符合实际需求的超深井螺杆钻具的结构参数。超深井螺杆钻具的结构参数主要表现形式就是超深井螺杆马达的线型。下面我们将采取生动形象的形式对超深井螺杆马达线型进行系统深入的研究。

超深井螺杆钻具的性能参数优化，涉及超深井螺杆钻具的工作原理、以及实际钻井作业的工况，要解决这个系统的问题，需要的是系统的方法。本章从已有的螺杆钻具的性能参数方程出发，利用层次分析法计算出各目标函数在总目标中所占的权重，构成一个容易解决的单目标函数优化问题，从而利用目标优化软件，得出了最后的结果。并将结果与实际值进行对比，发现，得到的优化结果比较理想。从侧面证明了这种超深井螺杆钻具的性能参数优化方法是切实可行的。

本方法也存在一些不足，层次分析法，需要有丰富的现场工作经验才能准确把握目标函数间的相对作用大小；其次，本优化方法中使用了好几种软件，对操作人员计算机有一定要求。

3.1.2超深井螺杆马达线型可视化研究

超深井螺杆马达是超深井螺杆钻具的动力机构。超深井螺杆钻具的性能优劣主要取决于动力机构的性能。超深井螺杆马达，由定子和转子组成。如果排除材料及加工工艺对超深井螺杆马达的性能造成的影响，剩下决定超深井螺杆马达优劣的因素主要就是超深井螺杆马达的线型。超深井螺杆马达的线型研究，主要内容是推导出适合超深井钻井作业使用的超深井螺杆马达采用的线型。常规的线型研究方法的思路如图3.4所示：

图3.4马达线型研究一般方法

这种研究马达线型的方法也成为逆解法。它的精髓在于先找出符合条件的马达线型，通过计算对比，逐步优选，最终找到合适的马达线型。

常规的马达线型，是以动圆在定圆内外滚动形成的骨线，然后将此骨线做等距线。为了使马达线型的生成过程直观形象。利用尺规作图软件几何画板，对各种马达线型进行动态生成。主要是对常规的内摆线马达线型、长幅内摆线线型、短幅内摆线线型以及相应的等距线型和普通外摆线线型、长幅外摆线线型、短幅外摆线线型以及相应的等距线型进行动画演示。从直观上首先判断一下各种线型的优劣。然后将其量化，由定性分析到定量分析，最后得到符合实际使用要求的最合理的马达线型。

普通内摆线等距线型是一种较早应用于实践的线型。普通内摆线等距线型就是在普通内摆线的基础上再作等距线。等距线的作法是，在骨线的基础上任意选择一个点，以该点为圆心，以制定的长度为半径作无数个圆，这些圆的外包络线就是普通内摆线等距线。普通内摆线的骨线方程，可以用参数形式表示如下：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（上册）

式中：R为导圆半径；r为滚圆半径；θ为导圆滚角。

为了能够得到封闭的具有周期性规律的内摆线，导圆半径和滚圆半径之间必须满足一定的要求。这个要求就是导圆半径必须是滚圆半径的整数倍。为了研究问题的方便，令滚圆半径为1，令导圆半径为N。当N从2取到4的时候，得到的普通内摆线如图3.5所示。

图3.5各种头数的普通内摆线线型

几何画板是一个基于尺规作图的软件。理论上所有的欧式几何图形都能利用几何画板绘制。几何画板的动画、追踪等功能，为我们更好地理解并把握图形生成过程中元素间的几何关系提供了强有力的手段。

从上图可以看出，上面所有的普通的内摆线都不能作为马达的转子（或定子）的线型，因为在尖角处不够圆滑。为了解决这个问题，我们采用等距线型如图3.6～图3.8所示。我们采用半径为0.5的等距线（等距半径具体取多少，需要经过专门的计算）。

图3.6内摆线等距线型

图3.7内摆线等距线型

图3.8内摆线等距线型

由上面一系列图我们看到，普通内摆线的部分拐点处曲率过大，曲率过大不利于转子在定子中运动时的密封，当把对普通内摆线做等距线之后，明显改善了拐点处的曲率。即，等距线型是螺杆马达线型中非常重要的一种线型。

当我们确定了转子的线型之后，根据马达线型的基本要求，转子和定子线型相互共轭，只要给定转子的行星运动参数，那么就能唯一地确定定子的线型。以普通内摆线作为转子的线型。当给定转子的运动参数之后，对转子的轨迹进行追踪，得到的蓝色曲面的外轮廓线即为该转子对应的共轭定子线型，如图3.9所示。

图3.9转子做行星运动时跟踪转子轨迹得到的定子线型

图3.10利用几何画板生成短幅内摆线的动画截图

图3.11利用几何画板生成长幅内摆线的动画截图

图3.12利用几何画板生成长幅内摆线等距线的动画截图

通过对内摆线的生成动画化（图3.10～图3.12），我们得出了显而易见的结论，内摆线中能作为马达线型的是普通内摆线等距线型和短幅内摆线等距线型。长幅内摆线及其等距线不能作为马达的线型的候选线型。

外摆线和内摆线形成方式相似，区别在于外摆线滚圆在导圆的外部。外摆线的各种形式如图3.13所示。

图3.13长幅外摆线型（a）、长幅外摆线等距线型（b）、短幅外摆线型（c）、短幅外摆线等距线型（d）

内摆线和外摆线都有各自的优点，也都有各自的缺点。为了兼有两者的优点，我们采取将二者结合的一种曲线，称为内外摆线法线型。内外摆线法线型是一种分段函数。函数图像是两种曲线的叠加。函数方程是两个方程的叠加。

通过对超深井螺杆马达线型的可视化，当我们选用超深井螺杆马达线型的时候，首先从视觉上就能进行初步的排除，对那些*部打结，存在结构尖角，曲线不连续，不够圆滑的超深井螺杆马达线型首先进行排除。

另外我们可以对所有能够绘制的超深井螺杆马达线型，通过方程驱动，从而在诸如matlab数值软件中得到所有的超深井马达线型曲线的一定密度的数据点。根据这些数据点在cad软件中，绘制出相对精确的超深井螺杆马达线型曲线。或者利用这些数据点在有限元分析软件ansys中建立超深井螺杆马达的平面模型，通过其他操作，拉升，扭转，最终得到符合实际的超深井螺杆马达模型，然后通过设置高温高压的钻井工况，给定钻进参数，对超深井螺杆钻具的核心部件超深井螺杆马达进行超深井钻井模拟。这个工作，是在现实试验条件受限的情况下对超深井螺杆钻具进行系统研究的切实可行的手段。

超深井螺杆钻具和普通螺杆钻具的区别就是高温高压。制约普通螺杆钻具应用于超深井的最主要的因素就是高温。下面章节将着重研究高温条件下螺杆钻具的性能及使用寿命问题。

超深井螺杆马达线型研究是超深井螺杆钻具研究中的重要组成部分。超深井螺杆马达的可视化研究为超深井螺杆马达线型研究提供了形象直观的图像。

首先给出了线型研究的一般方法，超深井螺杆马达的线型研究也遵循此法。接着对各种常见的超深井马达线型进行可视化实现，摆线就是当滚圆在定圆内（或者外）做纯滚动，滚圆上（或者内或者外）一点在这个滚动过程中所形成的轨迹。在实现的过程中，从摆线的形成机理出发，绘制出了所有类型的摆线。通过绘制结果，直观得到线型的优劣，为线型选择提供依据，同时可以看出某些摆线由于打结不能用于制作超深井螺杆马达的线型。

3.1.3应用于高温高压环境下螺杆钻具的技术措施

（1）预轮廓定子螺杆钻具

预轮廓定子的核心技术是在定子钢体上加工出预轮廓定子线型，使定子橡胶接近等壁厚形状（如图3.14所示），橡胶在拥有刚体骨架后改变了其螺杆钻具的输出性能。

图3.14常规定子与预轮廓定子图

通常，预轮廓定子螺杆钻具的承压能力比常规螺杆钻具提高50%～100%，表3.4给出相同头数、相同导程且过盈量分别为0.5mm和0.2mm下马达压降台架试验的数值对比。从表3.4数据可以看出，预轮廓定子螺杆钻具承压值远高于普通螺杆钻具，表明他转化压力能为机械能的能力比普通螺杆钻具大得多。

表3.4相同设计参数的螺杆钻具加压值对比

台架试验表明，在相同设计、同等长度下，预轮廓定子螺杆钻具的输出扭矩比常规螺杆钻具增大约1倍。同时，螺杆钻具的效率也得到了提高。

预轮廓螺杆钻具有利于减少迟滞热的聚集，防止*部升温。螺杆钻具橡胶属于黏弹性材料，在吸收高温泥浆热量的同时，将压力能转化为机械能的变形过程中还不断地产生热量，热量集中在瓣型根部形成迟滞热，迟滞热如果不能及时散去会造成*部升温，进而造成*部橡胶老化，预轮廓橡胶螺杆钻具由于其壁厚相等，散热均匀，所以不容易形成迟滞热。图3.15为预轮廓定子和常规定子温升试验对比图，表明预轮廓定子相对薄的橡胶层产生热更少，热量散失更快，减少了迟滞热生成和定子掉块几率，使螺杆钻具能够工作在更高温度下。

图3.15常规马达与预轮廓马达定子温升对比图

（2）耐高温定子橡胶

在研制耐高温的定子橡胶配方方面，北京石油机械厂已经取得了重大突破。北京石油机械厂已经成功研制出耐温210℃且其他性能未受影响的橡胶配方，并在基础上成功研制出C5LZ172×7.0Ⅱ-G型耐高温长寿命螺杆钻具，目前该螺杆钻具已经成功应用于6000m深井中，在130℃环境下连续工作155h。

超深井螺杆钻具，要求的耐温上限更高。必须寻找耐温值更高的橡胶配方。首先我们从常见的橡胶中选取耐高温橡胶。常用橡胶的物理力学性能如表3.5所示。

表3.5常用橡胶的种类及性能

从表3.5我们看出，最高使用温度为170℃的丁腈橡胶和丁基橡胶可以首先考虑，井下井况复杂，深井钻进过程中，起下钻具是一件非常浪费时间的事情，为了减小起下钻具的次数，也为了提高经济效益，我们希望井下的螺杆钻具的寿命能够越长越好，这样螺杆钻具中高温情况下使用的瓶颈的橡胶材料就不只是能耐多高温度的问题，而应该详细叙述为长时间工况下耐多少度的高温问题。寻着这个思路出发，发现满足这种要求的是丁基橡胶，它在常用时能够抵抗150℃的高温。将这个温度对应到合适地层，应该是5000m左右。也就是说对于5000m左右的深井我们采用丁基橡胶可以解决这个深度钻井问题。

对于5000～7000m，如果仅仅只是采用丁基橡胶，显然是不能解决问题。目前有一种，增大螺杆钻具的过流面积，采用钻井液降低井底温度新的中空螺杆马达可能是一个比较好的选择。将螺杆马达衬里材料换成丁基橡胶并将螺杆马达的转子制作成中空的形式。可以解决6000m左右的螺杆钻具钻井问题。

氟橡胶具有优异的耐高温、耐氧化、耐油和耐化学*品性，是适合于现代航空航天、导弹、火箭等尖端科技领域及其他工业的特种弹性体。从表3.6可以看出，采用氟橡胶可以进一步提高螺杆钻具的就用井深，但对于12000m的孔深仍有一定差距。

表3.6氟橡胶主要性能

（3）陶瓷轴承

陶瓷轴承在传动轴的应用。陶瓷球轴承针对国防工业中恶劣环境下的调整、重载、低温、无润滑工况而开发，是新材料、新工艺、新结构的完美结合。将其转化为民用技术，陶瓷轴承可以完全覆盖现在的精密、中速以上全钢轴承的所有应用领域。陶瓷轴承的性能价格比远远优于全钢轴承，寿命可比现在使用的轴承寿命提高3倍以上。与轴承钢性能比较，自重是轴承钢的30%～40%，可减少因离心力产生的动体载荷的增加和打滑。因耐磨，转速是轴承钢的1.3～1.5倍，可减少因高速旋转产生的沟道表面损伤。弹性模量高于轴承钢的1.5倍，受力弹性小，可减少因载荷高所产生的变形。硬度是轴承钢的1倍，可减少磨损。抗压是轴承钢的5～7倍。热膨胀系数小于轴承钢20%。摩擦系数小于轴承钢的30%，可减少因摩擦产生的热量，可减少因高温引起的轴承提前剥落失效。抗拉、抗弯与金属同等。

由于陶瓷轴承具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电、绝缘、无油自润滑、高转速等特性，所以将其应用于螺杆钻具会大幅提高传动轴性能及使用寿命。万向轴与马达定子、转子也是螺杆钻具容易坏的部件，由于转子目前都采用钢材料，钻井时转子大部分重量都压到万向轴及定子塑胶部分，这就使得万向轴、定子塑胶承受压力过大，更容易磨损，转子和万向轴都浸泡在泥浆里，转子也容易被腐蚀。

（4）铝合金转子

铝合金是指以铝为基的总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。不同牌号的铝合金有不同的用途，根据螺杆钻具的型号及应用情况选择合适的铝合金材料作为马达转子（表面采用镀铬处理），可以有效减轻转子重量，减轻对定子塑胶及万向轴的压力，同时提高转子的耐腐蚀性能，从而提高螺杆钻具马达及万向轴的使用寿命。

（5）高强度连接螺纹

以往设计的螺杆钻具一般首选API螺纹，不同的只是改变螺纹的锥度，但随着钻井深度的增加，钻具的安全性的上扣扭矩越来越大，原来螺纹的上扣扭矩、密封性及采用的材料不能适应新的需要，必须重新考虑螺纹及材料的设计和选型。超深井螺杆钻具螺纹脱扣最容易发生子在螺杆钻具输出最大扭矩的时候，为了避免超深井螺杆钻具脱扣事故的发生，要求司钻平稳送钻，密切关注井底压力变化，始终保持超深井螺杆钻具钻进过程平稳，使超深井螺杆钻具转动时产生的反转扭矩小于螺纹脱扣扭矩的最小值。

螺杆钻具型号中DWG代表什么意思

一、  前期螺杆型号的选择：

1、螺杆外径的优选原则：

 常规复合钻进选择螺杆钻具时，应参照自身井眼尺寸大小，按下表优选为宜：

井眼尺寸

螺杆公称外径型号

118-120(45/8-43/4)

95mm

120-142(43/4-55/8)

105mm

 149-165(55/8-61/2)

120或127mm

 172-200(63/4-77/8)

140mm

 200-216(77/8-81/2)

  159mm

 216-222(81/2-83/4)

172mm

 222-241(83/4-95/8)

185mm

 251-270(91/2-105/8)

197或203mm

 270-289(105/8-113/8)

210mm

 289-311(113/8-121/4)

216mm

 311-394(121/4-151/2)

244mm

 394-508(151/2-20)

286mm

2、螺杆马达转子头数即螺杆自身转数的选择：

 马达转子头数反映了螺杆钻具自身转数的一个基本特征，一般认为5LZ…为中等转数的螺杆，即马达转子头数为5个的螺杆钻具，该系列的螺杆既可以用于PDC钻头的钻进，也可以用于牙轮钻头的钻进施工，在国内油田用户中也较多的被选用。如果结合现场施工的具体情况，在螺杆头数上进一步细化的优选，则会最大限度的发挥螺杆的特性，从而取得更加理想的使用效果。现以我立林产品最常用的外径为172mm的螺杆为例简要说明，以供参考选用：

螺杆型号

推荐流量

输出转数

20  L/S下的转数

最大扭矩

适应地层

1LZ172x7.0-4

7.5-16.5  L/S

158-347

420r/min

1740  N·m

松软地层

3LZ172x7.0-4

13-26  L/S

130-220

169r/min

4386  N·m

中软地层

5LZ172x7.0-4

16-32  L/S

78-154

96  r/min

5525  N·m

中硬地层

7LZ172x7.0-4

20-40  L/S

84-168

84  r/min

8110  N·m

中硬地层

9LZ172x7.0-4

18.5-37  L/S

84-169

91  r/min

7112  N·m

中硬地层

上表列举了172mm的四级螺杆相同马达级数不同头数的技术指标，表中可以看出相同流量下，螺杆钻具马达转子的头数越多，自身转数越低，产生的扭矩越大,反之螺杆马达转子的头数越少，自身转数越高，产生的扭矩越小。如果使用螺杆的井段地层较软，我们应该选用头数较少，发挥螺杆高转速的特性，从而获得较高的机械钻速，反之，相对较硬的地层，我们尽量选择多头，从而保证井下有较大的扭矩，适应现场需要为原则。前面说的马达转子头数多少决定了该型号螺杆的一个转速和扭矩的基本特征。而螺杆实际输出转数由马达头数的多少、螺杆马达的设计参数、实际输入流量、马达井下负载大小等综合因素决定。用户可以结合自身钻井实际情况优选更适合现场的螺杆钻具。

3、马达级数的选型原则：

因为随着马达级数的增加螺杆输出扭矩成正比例增加，但随之其系统压耗也相应增加，所以用户选型时除了结合井眼结构尺寸，还要根据底层可钻性、施工现场的泥浆泵输出功率、井深情况以及相应的管线承压能力等综合情况，考虑选择相适用的马达级数。

例如在一些开发盐碱矿藏及煤层气的一些的钻井施工中，使用的往往是一些功率较小，管线承压能力不高的钻机设备，故此在选用时尽量选择马达级数绍少一些的螺杆，以降低整个钻具系统压耗。

再比如在一些深井作业时，过大的马达级数会造成整个钻具系统压耗增加，从而钻进时始终立管压力始终在上限运行，一侧是存在较大安全隐患，二来随着井深不断增加，为了不让立管压力继续上升，不得不采取降低排量的方法，如此即使多级数的马达扭矩有所增加但降低了输出流量也就相当于降低了马达转数，那么整体的功率还是不能提升。当然在管线及泥浆泵等各项条件的能满足的情况下，采用多级数马达在转数一定的条件下增加扭矩能够得到相当的提速效果。

成功案例：在**塔河油田TP305X井施工中，使用我公司的型号为3LZ244x7.0-6 螺杆，从二开第一支PDC钻头一直把二开全部井段一趟钻钻完起出，该螺杆总计使用时间为342小时，进尺3700余米，该趟钻节省钻井周期17天，重造了托普台地区的一个该井段钻井周期全新记录。

4、高温螺杆的选择：

 我们立林螺杆钻具马达从温度上分为如下几种：

马达类型

工作温度范围

备注

常规马达

工作温度为≤120℃

高温马达

120℃≤工作温度≤150℃

用户最好提供准确井下温度

常规油基泥浆马达

工作温度为≤120℃

耐高温耐油基泥浆马达

120℃≤工作温度≤150℃

用户最好提供准确井下温度

请用户根据自身情况择优选用。

5、中空马达的选择：

 在我们立林螺杆使用手册中，每一种规格的螺杆都有相应的流量范围规定。当使用螺杆低于流量最低值时，螺杆无法正常工作；高于最高流量时，为了防止转子超速旋转，保护螺杆马达，以此必须增加中空喷嘴装置。该喷嘴一般在出厂前安装，因此如果预期超过螺杆额定排量时，应提前通知我公司，以便装配大小合适的合金喷嘴，用户购买的螺杆，在维修时也可以通过变换喷嘴，改装成常规螺杆，以便在正常流量下使用。请用户结合自身情况并参照使用说明书，判定是否应该增加中空装置。

二、  使用中的注意事项：

1、螺杆入井前的检查：（参照使用说明书）

●  串轴承轴向间隙的检测。（主要针对维修螺杆）

●  开泵检查旁通阀是否能够完全关闭。

●  开泵检查螺杆马达是否正常抖动。

●  井之前要做井口试验，记下马达压降。

●  传动轴总成为泥浆润滑，传动轴轴头漏泥浆为正常现象。

2、使用螺杆的泥浆要求：

●  为了防止螺杆发生偏磨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%，含沙量低于0.5%;

●  堵漏材料对螺杆有很大影响，螺杆使用后必须返厂大修。

3、使用中的注意事项：

●  决定使用螺杆钻进前，建议将螺杆钻具以外的全部钻具螺纹按照规定上紧，以防反扭矩造成倒扣发生。

●  最初加压要缓慢，使钻头与螺杆轻缓的磨合，直到建立起钻井模。

●  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。

●  使用螺杆时要时刻观察泵压变化。

●  钻进时，应尽可能保持恒定的输出流量，使螺杆输出扭矩稳定，便于观察泵压变化。

●  加钻压时要平稳加压，避免螺杆马达频繁憋死，造成螺杆提前损坏，严重时会造成井下事故。

●  螺杆钻≤压施加原则，一般结合机械钻速，泵压上涨1-2兆帕为宜，软地层不能按照此原则施压。（钻进前充分循环泥浆，确认空载泵压）

●  寻找钻压和钻时的最佳结合点，即在一定钻压下钻时较理想，泵压较平稳，钻压表回落较快点。

●  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。螺杆外壳本体的高速转动还容易造成壳体断裂。

弯外壳角度

转盘(顶驱)转速（rpm）

0.00゜

≤80

0.25゜

≤70

0.50゜

≤70

0.75゜

≤60

1.00゜

≤50

1.25゜

≤40

1.50゜

≤40

大于1.50゜

不推荐开转盘

4、常用螺杆使用排量推荐：

规格型号

工作范围

推荐最佳排量

5LZ95x7.0

6.5-13  升/秒

10-12升/秒

5LZ120x7.0

11.5-23  升/秒

18-20升/秒

5LZ172x7.0

16-32    升/秒

28-30  升/秒

5LZ185x7.0

17-34  升/秒

32-34  升/秒

5LZ197x7.0

19-38  升/秒

36-38  升秒

5LZ203x7.0

20-40  升/秒

38-40  升/秒

5LZ216x7.0

22-45  升/秒

42-45  升/秒

5LZ244x7.0

27-55  升/秒

50-55  升/秒

3LZ286x7.0

47-95  升/秒

70-80  升/秒

注：以上为常用螺杆推荐流量，特殊型号清参照说明书使用！

5、螺杆使用中的故障及排除：

（以下仅为可能发生在螺杆上的原因）

●  钻时变慢：上提螺杆，确认空载泵压，停转盘开泵下压，观察泵压是否上涨，如不上涨，可能螺杆损坏。（也不能排除钻头泥包，井眼缩径或键槽造成扶正器托压等原因。）

●  泵压突然升高：可能为螺杆滞动或者轴承抱死，还有防掉装置起作用，即防掉螺帽把过流通道堵死等螺杆原因造成。也不能排除钻头水眼被堵等其他原因造成。

●  泵压突然降低：如果发生在刚接完单根后，可能为旁通阀没有关闭，重复开泵多数可以解决；螺杆外壳断裂后泵压也会突然下降，此时上提钻具泵压如果上升，则基本可以判定防掉装置起作用，及时起钻可以避免井下事故发生；如正常钻进中发生如果不是设备或者地层漏失等原因，建议及时起钻。

●  泵压缓慢降低：可能为螺杆本体或旁通阀刺穿，建议及时起钻；钻具及钻头水眼刺穿与该现象类似。

三、螺杆使用后的现场保养：

●  螺杆使用后，有条件的井队在现场可以用清水冲洗干净

●  没有清洗条件的井队应当在井口，锁住螺杆本体，用液压大钳卡住并旋转传动轴大端（接钻头的大端轴头），使其顺时针旋转（与钻头井下钻进时旋转方向一致），迫使螺杆马达密封腔中的泥浆流出，从而保护螺杆不受腐蚀，此方法在冬天尤为重要，可以避免螺杆二次下井前，螺杆内部泥浆冻住，无法使用。

●  不再继续使用的螺杆，请尽快送回维修中心，尽快维护保养。

螺杆钻具型号说明

M16用直径14mm的钻头打孔供参考

螺杆钻具型号大全

螺杆钻具是按照石油天然气行业标准中的螺杆钻具SY/T5383-2010标准生产。螺杆钻具只有上下两端螺纹按照APISPEC7-2标准生产。两端螺纹型号则根据客户要求生产匹配。

螺杆钻具型号规格

165螺杆钻具有几种型号，按照钻具型号7LZ165x7.0V，公称尺寸165mm，井眼尺寸213~251mm，流量16~30l/s，钻头速度86~160prm，马达头数7：8，马达级数5，马达压降4MPa，工作扭矩5497N*m，制动扭矩7778N*m，钻头水眼压降1.4~7MPa，重量1097kg，钻具长度8590mm。