螺杆钻具技术方案研究 螺杆钻具国内外研究现状
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：
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P层各元素相对C层的成对比较矩阵为：
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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
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将其归一化（采用规范列平均法），得：
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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：
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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：
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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：
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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，对那些局部打结，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，防止局部升温。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局部升温，进而造成局部橡胶老化，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C5LZ172×7.0 Ⅱ-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、耐油和耐化学药品性，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。
涡轮钻具技术方案研究~
3.3.1 超深孔涡轮钻具适应性研究
（1）涡轮钻具选用建议
对于目标井深为13000m的超深井，终孔直径≥152mm，最高井底温度预计在400℃以下，压力在150MPa左右，国内高温高压井主要集中在南海北部大陆架边缘的莺琼盆地、西南部的四川盆地，塔里木盆地，以及其他地区，但万米超深井的具体孔中温度状况与深部钻探选址有关，也与地层特性有关。
涡轮钻具是全金属部件，是目前能适应高温井施工唯一的动力钻具，从工作特性方面考虑，螺杆钻具属于容积式涡轮钻具，比较适合于钻井作业，因此，建议涡轮钻具只是在较深的井段，或者高温井段使用，可在8000m～10000m以深选用涡轮钻具。
涡轮钻具的规格，根据钻井井深结构设计和钻头大小进行选择，确定10000m以深使用涡轮钻具，根据万米深孔初步的井深设计情况，选择相应的钻头直径，并在此基础上选择的涡轮钻具规格与钻头的匹配关系如表3.8所示。
表3.8 涡轮钻具与钻头的匹配关系
涡轮钻具技术目前最先进的是美国和俄罗斯的涡轮钻具，国产涡轮钻具总体技术水平与国外还有一段差距，关键部件（如减速器、平衡装置）的设计、制造，以及可靠性与国外相比，还有不少差距，建议我国以万米深孔为契机，研究适合我国超深孔钻探需要的涡轮钻具，研究目标主要以168mm和127mm的涡轮钻具为主。如需选用国外产品，则可选择美国Smith和俄罗斯NGT的涡轮钻具，具有比较好的可靠性。另外，具体型号的选择应该结合钻头参数相匹配进行选择。
（2）叶型设计与优化技术
涡轮定子、转子的曲线形状是涡轮钻具最关键的技术，不同的叶型具有不同的水力性能，叶片的形状对与其制造成型也十分关键。通过叶片形状的优化设计、制造工艺的优化设计解决小直径带来的功率急剧下降的难题。
涡轮叶栅的叶型设计是涡轮钻具水力设计和开发的关键技术，通过流场的优化设计，以达到涡轮叶片水力效率的最大化。在涡轮叶片型线设计中，叶片断面形状的设计最重要，不同叶片型线具有不同水力性能，对涡轮钻具性能影响很大。涡轮钻具的水力设计方法主要包括涡轮钻具水力性能设计的理论方法、计算机建模与仿真，以及水力性能的实验分析3个方面，目前，本实验室已经编写了水力部件设计程序，完成了外径为127mm的涡轮钻具水力部件设计，并开始进行制造，同时，正开展涡轮叶片相关仿真研究。
（3）减速器设计技术
涡轮钻具减速器形式多样，其中常用的行星齿轮减速器主要由行星齿轮、止推轴承、密封系统等组成，其作用是降低马达的转速、增加扭矩，与钻头匹配。在有限井下动力钻具空间内，设计新型、稳定、可靠的减速器满足涡轮钻具与涡轮钻井工艺要求。解决转速高、扭矩小的难题。本实验室分别完成了行星齿轮减速器和少齿差减速器的设计，见图3.16。
图3.16 减速器三维图
（4）长寿命高可靠轴承技术
轴承是涡轮钻具中最薄弱的环节，轴向轴承支撑涡轮部件，承受轴向力；径向轴承则承受径向力，保证部件同心。超深井钻探中，长寿命的涡轮钻具专用轴承可减少辅助操作时间（图3.17）。
图3.17 设计的常规扶正轴承
设计主要从改善轴承的受力条件，提高轴承使用寿命，受力条件恶劣是轴向轴承损坏的主要原因，以及优选材料与结构，提高轴承本身强度和耐研磨能力。目前，实验室已经完成了扶正轴承设计，下一步开始开展PDC止推轴承设计，PDC止推轴承具有较高的耐研磨能力，可以在超高温下进行操作，并能承受较大的轴向载荷；同时，PDC材质具有较小的摩擦系数，不受钻井中存在的化学物质的影响。
3.3.2 涡轮配套钻井技术研究
涡轮钻具的一个重要特性是转速较高，一般空转转速达600～1200r/min，超深井在较深井段一般为较硬的结晶岩，在此硬塑性难钻地层中采用涡轮钻具配合孕镶金刚石钻头以犁削方式破碎岩石，在钻极硬的粗晶粒地层时表现为磨削破岩，高转速强化钻井大大提高了深井机械钻速，降低钻井综合成本。
全面钻进时，五开采用钟摆钻具+184mm涡轮马达驱动+269.9mm牙轮钻头进行10000～8000m施工，六开采用钟摆钻具+168mm涡轮马达驱动+215.9mm牙轮钻头进行13000～10000m施工，并备用钟摆钻具+127mm涡轮马达驱动+165.1mm牙轮钻头进行13000～10000m施工。
取心钻进时，五开采用184mm涡轮马达驱动+269.9mm孕镶金刚石钻头进行10000～8000m施工，六开采用168mm涡轮马达驱动+215.9mm孕镶金刚石钻头进行13000～10000m施工，并备用127mm涡轮马达驱动+165.1mm孕镶金刚石钻头进行13000～10000m施工。
万米超深井较深井段施工时，全面钻进用牙轮钻头配合涡轮钻具钻进，取心钻进用孕镶金刚石钻头配合涡轮钻具钻进，如经费允许，建议全部改成孕镶金刚石钻头配合涡轮钻具钻进，虽钻头增加了成本，但减少了综合成本，总体可取，但特别重要的是应该根据地层选择配合钻头，再根据钻头使用条件配合选择相应的涡轮钻具，以发挥涡轮钻具的最大功效。
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。
S形钻孔井筒地面预注浆技术研究?
答：S形钻孔井筒地面预注浆技术研究具体内容是什么，下面中达咨询为大家解答。风井井筒地面预注浆工程，设计注浆孔10个，其中5个直孔，圈径12m，孔深520m；5个S孔，圈径40m，520m处圈径12m，终孔深度712m.直孔完成岩帽及一、二段的注浆任务，由S孔完成岩帽、导斜段、三、四、五、六段的注浆任务。
隧道断面仪 大断面隧道钻爆法快速施工技术探讨
答：1.1 大断面钻爆掘进法的设计要求 大断面公路隧道采用钻爆掘进法施工时，为能够有效避免超挖或控制对断面周边围岩的严重扰动，综合研究围岩地质层结构情况、掘进断面大小、开挖进度情况、爆破设备性能、钻眼钻具和出渣能力等复杂因素，在此综合基础上设计为钻爆掘进施工方案。钻爆掘进施工方案的设计内容包括...
CFG桩施工方案
答：3.技术要求3.1 为检验CFG桩施工工艺、机械性能及质量控制,核对地质资料,在工程桩施工前,应先做不少于2根试验桩,并在竖向全长钻取芯样,检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度,根据发现的问题修订施工工艺。3.2 CFG桩的数量、布置形式及间距符合设计要求。3.3 桩长、桩顶标高及直径应符合设计要求。3.4 CFG桩...
钻具结构
答：超深井段针对高硬度的结晶岩地层进行碎岩方式设计,即使是全面钻进和扩孔钻进,首选也采用了涡轮马达驱动孕镶金刚石,因此,还可以将Φ269.9mm口径取心钻具作为该井段备选方案,供比较选择。13000m科学超深井取心技术方案设计见表2.1和表2.2。 表2.1 取心钻进技术方案(超前孔裸眼钻进方法) 表2.2 取心钻进技术方案(等...
大位移钻井技术
答：经论证此方案开发费用只需常规开发费用的38%～48%。 1996年中国海油成立大位移井钻井工程专家组,分别对油藏模拟、开发计划可行性、大位移井可行性等三大项14个专题进行深入细致的研究和评估。对综合钻井生产平台、钻机负荷、动力需求、摩阻、扭矩、测量技术要求、井眼稳定与清洗、钻井程序、水力参数等进行反复调研与...
我国实施m深超深钻孔方案选择
答：6.2.1 纯机械式超深孔侧壁取样技术方案 应用组合钻杆(内孔均设计过渡导斜面)+随钻偏心楔+绳索取心打捞技术+孔底涡轮马达+小直径侧壁取样钻具。 6.2.2 抗高温旋转侧壁取样技术方案 各种不同型号的旋转式侧壁取样器具整体结构组成基本类似,一般包括测井铠装电缆、马笼头、测井仪器、液压短节和机械装置,如图6.1所示。
求旋挖钻孔桩施工技术交底和施工方案一份,谢谢各路高人。joevid@163...
答：进行桩位放样,将钻机行驶到要施工的孔位,调整桅杆角度,操作卷扬机,将钻头中心与钻孔中心对准,并放入孔内,调整钻机垂直度参数,使钻杆垂直,同时稍微提升钻具,...2012-06-29 旋挖钻孔桩施工技术交底和施工方案 17 2013-06-20 深基坑抗拔旋挖钻孔灌注桩施工技术交底 2011-09-16 求超深抗滑桩(人工、机械旋挖)施工...
哪位有钻孔灌注桩的接桩施工方案?我着急用啊 谢谢
答：为了确保质量及进度,合理安排施工顺序,进一步优化施工方案,进行钻孔桩的施工。二、 施工工艺技术要求 本工程桩的施工应严格按照《地基基础设计规范》 《公路...⑸钻进过程中应切实计算好钻杆和钻具长度,以便丈量杆上余尺,正确计算孔深。加接钻杆应先将钻具稍提离孔底,待泥浆循环2~3分钟再拧卸钻具。⑹ 钻进中,...
灌注桩的具体施工技术方案
答：灌注桩的具体施工技术方案,要特别详细的那种?先谢谢了。... 灌注桩的具体施工技术方案,要特别详细的那种?先谢谢了。 展开 ...⑹成孔时应小心提杆不得碰撞孔壁,否则第1次清孔后在提钻具时碰撞孔避可能引起坍孔,这将可能造成第2次清孔也无法清除坍落的沉渣。在提出钻具后必须立即...
地质岩心钻探技术
答：2005年12月17日“中国大陆科学钻探工程新型钻井技术体系的研究与应用”科技成果通过了国土资源部的鉴定。该项目创造性地将“组合式钻探技术”、“灵活的双孔方案”和“超前孔小直径取心钻进方法”有机地结合起来,形成了独具中国特色的科学钻井技术体系。该新型钻井技术体系主要由井底动力驱动的冲击回转取心钻探技术、硬...
