螺杆钻具国内外研究现状 螺杆钻具的工作原理是什么？

美国在20世纪50年代中期开始研制螺杆钻具，1962年用于生产，有迪纳钻具（Dyna Drill）公司，纳维钻具（Navi Drill）公司和波斯钻具等。目前，螺杆钻具的发展主要以美、英、法、原苏联等国为代表。国内螺杆钻具的研制起步较晚，从20世纪80 年代中后期形成一定规模到目前常规螺杆钻具已规格化、系列化，各主要生产厂家中大港、北京、德州等厂家产品已覆盖国内绝大部分市场。在工作寿命、易损件耐磨性、特种螺杆的设计制造等方面与国外有一定的差距。国内马达数一般为4级，不能完全满足水平井等一些特殊工艺的需要，短半径水平井钻井作业的钻具在国内尚属空白，作为短半径水平井的铰接马达，国内也只处于研究阶段。

国外螺杆钻具的生产厂家主要集中在美国和加拿大。西方国家从事螺杆钻具制造的公司主要有：Baker Hughse 公司、Telco（美国）、DERCO（加拿大）、ANADRILL（美国），National Oilwell Inc（美国）、Nryrfor-Weir Ltd（法英夸国联营）、Simth公司以及DANA-DRILL公司、DRILL MOTOR SERVICES 公司。另外还有许多研究机构像苏联VNIIBT、ВНИИВТ彼尔姆分院、法国石油研究院（IFP）。国外螺杆钻具寿命一般都在200～300h以上，主要以美国的产品为代表，著名的品牌有Dyna-Drill、Navi-Drill、Power Park、Speey-sun、д型钻具。Anadrill公司的螺杆钻具自1991年问世以来，采用了先进技术，是当今最好的马达，螺杆钻具的外径从73mm～287.5mm可选。

国内生产螺杆钻具的厂家有十多个，主要有大港油田中成公司、北京石油机械厂、德州石油机械厂、贵州高峰机械厂、天津立林石油机械有限公司及山东潍坊等，研究机构有中国石油大学（华东）、中国科学技术研究院、北京石油勘探开发研究院、西南石油大学等。国内螺杆钻具寿命一般都在100～200h之间，也已形成规格化、系列化。螺杆钻具从Φ60mm～Φ244mm各种规格，配有可调弯壳体（AKO）、可换扶正器，基本能够满足国内各种钻井、修井作业。

随着螺杆钻具研发技术水平的提高，加之新材料、新工艺的不断涌现，螺杆钻具的泵体技术发展较快，出现了以下几类能够解决专项问题、满足不同需要的螺杆钻具。

1）长寿命螺杆钻具：Dyna-Drill 公司成功研制出硬对硬的PDC止推轴承用于F2000型螺杆钻具，使传动轴总成的寿命得到很大的提高，使用寿命可达200～300h。国内由于马达寿命和传动轴寿命短，造成螺杆钻具寿命在100～200h。

2）低速大扭矩螺杆钻具：这种螺杆钻具的低速大扭矩特性将很好地配合牙轮钻头和PDC钻头的改进、能够有效地延长钻头的使用寿命和增加机械钻速。可通过多种结构来实现，其中典型的结构有3种：①加长马达，也称多级马达。就是把动力段加长，使马达的输出扭矩增加。贝克·休斯公司生产的XL系列加长马达在许多国家和地区得到应用。②串联多级马达（DPS-PDM）。串联马达的动力段总成增加了一节动力段，中间用一钛挠性轴相连，使马达输出的扭矩和功率增加。③多头螺杆，加拿大的DRECO公司TRGDRILL型螺杆钻具由单头螺杆与行星齿轮减速器和支撑节组成，在保持高的马达效率的同时，实现低速大扭矩。中空转子马达大斜度井和水平井需要大排量洗井以利于清砂，实心转子马达额定排量小，中空转子的额定排量可以提高20%以上。北京石油勘探开发研究院研制出一种带稳流阀的中空螺杆，这一特别设计的稳流阀改善了普通中空螺杆钻具过载时严重丢转的问题，提高了钻具的抗过载能力和水功率利用率。

3）等壁厚螺杆钻具：橡胶衬套厚薄不均，螺杆钻具定子在工作时，容易导致定子过早失效，从而缩短了螺杆钻具的使用寿命，通过合理改变定子壳体的形状，使定子橡胶层薄且均匀，以克服常规螺杆钻具定子技术的不足，能有效地改善螺杆钻具的工作环境，提高其使用寿命。与常规螺杆钻具相比，等壁厚螺杆钻具的泵体短、扭矩小、易于洗井。该型钻具具有以下优点：散热效率提高、橡胶溶胀、热胀均匀、适应范围更广、结构更加优化、整体质量更轻。

4）导向钻井系统用螺杆钻具：导向钻井系统所用井下马达主要有带衬垫的弯外壳螺杆钻具、双倾万向螺杆（DTU）等，这些马达与随钻测量系统（MWD）、聚晶金刚石钻头配合在一起，进行长时间地钻井并实时收集井下情况，保证井眼沿设计轨道钻到目的层。Anadrill公司研制的地面可调弯壳体螺杆钻具寿命长达1000h。

5）开环/闭环系统中用定向螺杆钻具：国外出现了井下可调螺杆钻具，井下可调螺杆钻具的应用分两种类型，一是地面遥控可调角度型，另一种是井下自动调整系统。贝克休斯公司成功开发的AutoTrak旋转闭环钻井系统采用在井下马达上安装导向肋与近钻头MWD相配合实现导向功能，与可调弯壳体配套出现了可换扶正器的螺杆钻具，使扶正器的形状、尺寸可以根据钻井需要在井口改变，目前还出现了在井下可调尺寸的扶正器。

6）直井钻进用螺杆钻具：贝克休斯INTEQ公司开发的VertiTrak直井钻井装置成功地将直井用高能螺杆钻具与垂直倾角精确到0.1°的近钻头MWD组合在一起，已在地中海地区、意大利、南美洲和墨西哥深水区等世界许多地区得到应用。PDC钻头与直螺杆钻井技术在我国也得到推广应用，这种专门用于直井钻进的螺杆钻具在提高钻进速度的同时能够很好地纠斜和避免井下事故的发生。

7）取心用螺杆钻具：螺杆钻具专门用于地质勘探钻井的取心作业。德国已研制出螺杆钻具取心系统（KIBM），我国也很早就研制出取心专用螺杆钻具。近期，大港油田中成公司生产的螺杆钻具在中国大陆科钻1井中应用于“绳索取心+螺杆马达+液动锤三合一”取心技术中，取得了良好的效果。

8）空气螺杆钻具：空气螺杆钻具是专为空气钻井设计的一种马达。国外主要是贝克休斯公司有能力生产空气螺杆钻具。国内中国石油勘探开发研究院钻井所、北京石油机械厂2002年共同研制了K7LZ120×7.0空气螺杆钻具样机。当年7月在河北遂州成功进行了空气螺杆钻具的模拟钻井试验，结果表明试验样机完全符合设计要求，同时克服了“飞车”、“难启动”等技术难点。

我国对螺杆钻具的研制起步较晚，螺杆钻具应用仍处于初级阶段。近年来，通过国外技术的引进，许多油田和厂家正致力于螺杆钻具的研究并开始现场应用和试验。为满足大规模工业应用的需要，建议后期研究课题主要是围绕探索新型螺杆钻具、优选螺杆钻具结构参数、合理选择衬套与转子配合过盈量、智能化控制、长寿命高效平稳运行、满足特殊井需要、扩大应用领域等方面开展技术攻关。经过大量的文献调研，螺杆钻具的研究工作主要可从以下几个方面来进行：

1）螺杆钻具结构参数优化：主要研究螺杆钻具定子在不同压力、转速、流量等条件下的受力状态和变形规律，以及材料对变形规律、使用寿命的影响；螺杆钻具转子在不同压力、转速、流量等条件下的受力状态和变形规律，以及材料对变形规律、使用寿命的影响；使定、转子具有良好的力学性能及较好的工作性能。结构参数的好坏会影响钻具的压力和密封性能，也会影响定子衬套的工作寿命。

2）衬套与转子合理配合过盈量：研究螺杆钻具在不同扬程、不同钻井液黏度下最优工作状态时定、转子的合理过盈量；研究定、转子摩擦产生的温度场对定、转子线型及过盈量的影响。根据不同的橡胶材料、不同的工作环境条件，选择不同的配合过盈量。

3）扩大螺杆钻具应用范围：研制非油气井用螺杆钻具具有重要的意义，如煤层气井抗腐蚀螺杆、地热井抗高温螺杆等。非油气井的井下工作环境更加恶劣，值得进一步研究和探讨。

4）螺杆钻具的标准化、系列化：国内外生产螺杆钻具的厂家较多，目前螺杆钻具制造和质量检测没有统一的标准，各制造厂的螺杆钻具结构参数和工作参数不相同，产品的互换性相当差，造成现场使用和维修相当不便，严重影响了螺杆钻具技术优势的发挥。因此，有必要实现标准化和系列化，从而提出螺杆钻具生产制造、质量检测标准，提供螺杆钻具定子材料以及特殊材质标准、型号等。

螺杆钻具的介绍~

一、螺杆钻具的介绍 螺旋钻具是一种渐进空腔型容积式孔底动力机，简称螺杆钻。以泥浆、清水为动力介质，通过钻杆中心孔输送到孔底的螺杆钻，实质上是把液体压力能转换为机械能的一种能量转换装置。钻探时，螺杆钻直接带动连接在其孔底传动轴上的岩心管和钻头回转，整个钻杆柱仅作为输送高压工作介质的通道和支撑钻头反扭矩的杆件，不作回转运动。 采用螺杆钻钻探与常规钻探相比有许多优点，如钻杆磨损大幅度下降，钻速高。它是打定向孔的主要器具，在钻探领域已发挥作用。 1955年，美国克利斯坦森矿山钻探制品公司根据莫因诺原理开始研究,于1964年首先取得成功,定名为“戴纳钻”;苏联于70年代初研究成功“凸”型螺杆钻;中国地矿部勘探技术研究所于80年代初研制螺杆钻成功。至今生产螺杆钻的国家有美国、俄罗斯、中国、德国等。 螺杆钻最早是用来打垂直孔，现在主要用来打各种定向孔和特种工程孔（如矿井冻结孔）。最大钻孔深度达9023米。目前世界上螺杆钻最小直径为44.5毫米，最大直径为304.8毫米。利用螺杆钻进行岩心钻探时,应在驱动轴与钻头间加上岩心管采取岩心。
二、螺杆钻具的组成 螺杆钻由旁通阀、螺杆马达（转子和定子）、万向节、轴承和驱动轴几部分组成，其核心是螺杆马达。在螺杆马达转子、定子传动副中,定子齿数Z1比转子齿数Z2多一个:即Z1=Z2+1。它们的齿数比通常称为传动比,设计时,可任意选择(1:2,2:3,...,9:10)。设计高转速的螺杆钻应采用小齿数比螺杆马达，而设计低速大扭矩的螺杆钻应采用大齿数比螺杆马达。随着转子定子齿数比的增大,其效率逐渐趋于下降；螺杆钻的输出扭矩取决于通过马达的工作压力降，输出转速取决于通过螺杆马达工作介质的流量。 钻探时，仍然需要钻探机、泥浆泵、钻杆和钻塔等常规钻探装备。施工定向钻孔时，要借助定向仪给造斜工具定向。与螺杆钻配套使用的造斜工具有弯接头、弯外管和偏心块等。采用螺杆钻施工定向孔能提高钻孔质量，提供精确地质资料节约进尺，降低成本，解决许多无法施工的工程难题，因此它是钻探工程的一种特种工具。 螺杆钻的使用寿命一般为150～200小时，其薄弱环节是定子橡胶耐高温程度低，轴承易损坏。目前正加紧研制与开发用于制造定子的抗磨损耐高温的弹性材料与可靠的轴承系统，从而使螺杆钻的工作寿命得到显著提高。并研制低速大扭矩螺杆以适用于钻深孔和超深孔。 二、螺杆钻具的组成 螺杆钻具主要由旁通阀、液马达、万向轴和传动轴等四大总成组成。 螺杆马达是钻具的主要部件，很多实践和理论分析结果表明，如欲使马达正常有效地工作，每级马达所能承受的压降以不超过0.8Mpa为宜,否则马达就有漏失。转速很快降低，严重时则完全停止转动，马达损坏。（马达的一个导程为一级） 现场使用的泥浆流量应在推荐的使用范围内，否则将影响马达效率，甚至加大磨损。
螺杆马达的性能参数是螺杆钻具的主要性能参数。马达的理论输出扭矩和马达压降成正比，输出转数与输入泥浆流量成正比，随着负荷的增加钻具转数降低，所以只要控制地面上的压力表的读数和泵的流量，就能控制井下钻具的扭矩和转速。
三、螺杆钻具的工作原理
螺杆钻具是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。 当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。
四、螺杆钻具的使用
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)。
五、螺杆钻具的优缺点
1、优点
①冲击和剪切双重作用破岩，既有牙齿的冲击又有滑动引起的剪切，破岩效率高。 ②适应地层范围广，适合在所有地层中钻进。③钻头自洗效果好，不容易泥包。④钻头成本较低。
2、缺点： ①由于轴承的寿命和牙齿耐磨性的限制，钻头寿命相对较低；②由于存在薄弱环节（如轴承密封与锁紧部位），经常会造成牙轮脱落，造成钻井事故；③由于轴承在高转速下寿命较低，因此牙轮钻头不适合高转速，一般适合在200转/分以下。④在高温条件下，钻头密封和润滑系统容易损坏，因而不适合高温地层。 ⑤在小井眼中由于牙轮尺寸受到限制，寿命很低，因此不适合小井眼钻井。 ⑥所需钻压相对较高，不适合在易斜地层使用。

螺杆钻具的组成
螺杆钻具主要由旁通阀、液马达、万向轴和传动轴等四大总成组成. 螺杆马达是钻具的主要部件，很多实践和理论分析结果表明，如欲使马达正常有效地工作，每级马达所能承受的压降以不超过0.8Mpa为宜,否则马达就有漏失。转速很快降低，严重时则完全停止转动，马达损坏。（马达的一个导程为一级） 现场使用的泥浆流量应在推荐的使用范围内，否则将影响马达效率，甚至加大磨损。螺杆马达的性能参数是螺杆钻具的主要性能参数。马达的理论输出扭矩和马达压降成正比，输出转数与输入泥浆流量成正比，随着负荷的增加钻具转数降低，所以只要控制地面上的压力表的读数和泵的流量，就能控制井下钻具的扭矩和转速。
螺杆钻具的工作原理
螺杆钻具是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进科马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。

资料来源：中国石油工具网

静力学防斜打直技术
答：2）双稳定钻具组合：钻头+钻铤（9～27m）+稳定器+钻铤（9m）+稳定器+钻铤+钻杆。该技术能成功地用于不易井斜地区，在使用大钻铤的条件下可保证在较高钻压下钻出几乎垂直的井眼。但应严格控制钻压，避免因加压过大使钟摆失效，还应与处理地层交界面和加强划眼结合起来。钟摆钻具是国内外石油钻井应用...

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螺杆泵与井下螺杆钻具图书目录
答：螺杆泵技术详解 1. 螺杆泵的优势 第1章详细介绍了螺杆泵的优点，包括高效能、长寿命和适应各种工作环境的特点。2. 泵的分类 第二章将螺杆泵分为地面类型、井下泵和井下钻具三类，分别阐述它们的特性和应用场合。3. 水动力核心原理第3章深入解析转子与定子的协作机制，探讨其工作原理。4. 几何形状和...

翻译,谢谢
答：同时，也有一些理论方法对螺杆桩[ 9]。然而，螺杆桩基本上表明不同的渗透模式没有去除土壤。根据过去的考虑，一些性能的螺杆被证实通过一些实验分析[ 1]。但这些研究结果的基础上，只是实验，从而详细的机制仍然是未知的或几何优化。因此，本文试图引入动力学模型的锥形螺杆钻具。图2显示了图的基本螺旋...

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弱弱的问下,Φ172mm导向马达(1.25°)括号里的1.25°是什么角度?求教了...
答：其系列范围选在 0.75～2°之内，级差为 0.25°，精度公差＜ 0.1°。 （2）近钻头稳定器位置的确定 对动力钻具近钻头稳定器的设计考虑，前面已作过论述。近钻头稳定器的位置，直接影响到 29 单弯动力钻具组合的造斜能力，本设计是根据“七·五”期间有关定向井技术研究的成果，并参 考国外部分...

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单弯螺杆钻具近钻头扶正器离钻头最佳距离是多少?理论依据?谢谢
答：首先，你这个问题问的就不对！近钻头这个稳定器，你是想要什么效果呢？增斜还是稳斜？当然，降斜肯定不是了。每一种效果就有一种对应的最佳距离 你这个问题就相当于求一种包治百病的药，你入行多久？

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