螺桿鉆具基礎(chǔ)課件

大港中成螺桿鉆具技術(shù)介紹2008年5月28日大港中成螺桿鉆具技術(shù)─為鉆井工業(yè)提供強(qiáng)勁動力

報告提綱螺桿鉆具結(jié)構(gòu)與工作原理螺桿鉆具防掉設(shè)計特點螺桿鉆具技術(shù)研發(fā)特點螺桿鉆具選型與注意事項螺桿鉆具下一步發(fā)展方向一、中成-螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)與工作原理

2、螺桿鉆具的發(fā)展情況：1985年，國內(nèi)首家引進(jìn)美國Dyna鉆具技術(shù)和裝備；2003年，投資3800萬元資金進(jìn)行技術(shù)改造，力爭達(dá)到鉆具使用壽命穩(wěn)定在200小時以上；2005年，技改投資項目順利完成；2006年，集團(tuán)公司又投資3000多萬進(jìn)行二期改造擴(kuò)大產(chǎn)能，到2007年底實現(xiàn)3個億的年生產(chǎn)能力。

3、使用螺桿鉆具的優(yōu)點：提高鉆速，縮短周期，降低成本。減少鉆桿磨損和動力傳遞損耗。準(zhǔn)確造斜、定向、糾偏，提高工程質(zhì)量。用于水平井、叢式井，提高鉆井的經(jīng)濟(jì)效益。復(fù)合直井鉆進(jìn)，減少起下鉆次數(shù)。縮短鉆井周期，抑制對油氣層的污染。4、中成-螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)：(1)、旁通閥總成作用：通過旁通閥的閉合與開啟，控制馬達(dá)的啟動與停止以及下鉆時使鉆桿內(nèi)填充泥漿，起鉆時泄漏泥漿，防止污染井臺。中空馬達(dá)可不用旁通

閥總成，用過渡接頭代替。

(2)、馬達(dá)總成作用:轉(zhuǎn)子在壓力泥漿的驅(qū)動下，繞定子軸線旋轉(zhuǎn)，完成液體壓力能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，為鉆頭提供動力。馬達(dá)總成附帶有防掉結(jié)構(gòu)，用于防止因定子及以下部分?jǐn)嗔言斐傻穆渚鹿省ｑR達(dá)總成包括定子和轉(zhuǎn)子，定轉(zhuǎn)子是馬達(dá)總成的核心部件。為了適應(yīng)不同鉆井工況，開發(fā)了各種規(guī)格及性能的馬達(dá)總成，目前的規(guī)格型號涵蓋了從73－286各種規(guī)格尺寸，并且每種規(guī)格又包括不同扭矩和轉(zhuǎn)速的型號。

根據(jù)井溫要求：定子橡膠分普通定子和高溫定子兩種。適應(yīng)排量要求：轉(zhuǎn)子分實心轉(zhuǎn)子和中空轉(zhuǎn)子兩種。根據(jù)鉆井泥漿液要求：對轉(zhuǎn)子表面鍍鉻處理，適用于水基泥漿和油基泥漿；對轉(zhuǎn)子表面碳化鎢超音速噴涂，適用于飽和鹽水泥漿。(3)、萬向軸總成作用:將轉(zhuǎn)子的偏心運動轉(zhuǎn)化成傳動軸的定軸運動。萬向軸常用的除花瓣式萬向軸外，還有撓性軸、密封球鉸接式萬向軸；萬向軸殼體分為直殼體、固定角度彎殼體和可調(diào)彎殼體。可調(diào)彎殼體彎角具有可在鉆井平臺井口調(diào)整彎度的優(yōu)點，既可作直螺桿使用又可作彎螺桿使用?？烧{(diào)彎殼體主要配撓性軸使用。

常規(guī)花瓣式球鉸接式撓性軸萬向軸分類：

萬向軸殼體分類：直殼體固定角度彎殼體*單彎殼體*雙彎殼體：同向雙彎、異向雙彎可調(diào)角度彎殼體(配合撓性軸使用)

角度調(diào)整步驟

可調(diào)角度彎殼體調(diào)整彎度步驟：步驟一:分別卡住上殼體與調(diào)整滑套，轉(zhuǎn)動上殼體，施加扭矩松開連接，松扣最多一圈。步驟二:分別卡住調(diào)整滑套與下殼體，逆時針轉(zhuǎn)動下殼體至所要求的角度刻度線與調(diào)整滑套上刻度線對正。步驟三:分別卡住調(diào)整滑套與上殼體，轉(zhuǎn)動上殼體，施加扭矩上緊連接。步驟四:分別卡住調(diào)整滑套與下殼體，并施加100％的額定扭矩上緊，調(diào)整彎度完畢。(4)、傳動軸總成作用:傳動軸總成的作用是將馬達(dá)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(fù)荷。組成：基本上由串軸承、徑向軸承、傳動軸、殼體及其它零部件組成。

串軸承為多列向心推力球軸承，在鉆頭懸離井底空轉(zhuǎn)時，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；在鉆頭座于井底時承受工作狀態(tài)所施加的鉆壓合力。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。傳動軸總成組裝演示5、中成-螺桿鉆具整體組裝演示：二、中成-螺桿鉆具的防掉設(shè)計特點2、傳動軸防掉：

1）通過半環(huán)或銷釘防掉原理:如果傳動軸上部水帽螺紋連接處脫扣或斷裂時一種結(jié)構(gòu)是防掉半環(huán)下移掛在下短節(jié)內(nèi)部臺階上，防止傳動軸落井。另一種結(jié)構(gòu)是下短節(jié)上安排有銷釘孔，由四個防掉銷釘掛在傳動軸凹槽里，防止傳動軸脫落。2、傳動軸防掉：

2）反扣鎖緊套鎖緊原理:采用反扣螺紋防止傳動軸下短節(jié)脫扣，同時增加鎖緊套，反向鎖緊。這樣有效防止下短節(jié)脫落造成的傳動軸內(nèi)部零件脫落；另外水帽尺寸大于傳動軸殼體內(nèi)徑尺寸也起到雙重作用。3、加強(qiáng)螺桿鉆具兩端API扣型加工質(zhì)量管理，確保互換性、連接穩(wěn)固有效。三、中成-螺桿鉆具的技術(shù)研發(fā)特點（一）、先進(jìn)的設(shè)計技術(shù):

1、中成馬達(dá)線型設(shè)計軟件（一）、先進(jìn)的設(shè)計技術(shù):

2、定轉(zhuǎn)子模擬設(shè)計軟件（一）、先進(jìn)的設(shè)計技術(shù):3、定轉(zhuǎn)子模擬加工軟件（一）、先進(jìn)的設(shè)計技術(shù):4、可逆向轉(zhuǎn)子測量軟件（一）、先進(jìn)的設(shè)計技術(shù):5、螺桿鉆具動力學(xué)和現(xiàn)代CAE研究開展螺桿鉆具等井下鉆具的結(jié)構(gòu)安全性評價和最優(yōu)使用參數(shù)評價是預(yù)防井下安全事故的重要技術(shù)手段。特別是在深井、超深井和大位移井中，螺桿鉆具的綜合評價對井下安全作業(yè)尤為重要。立足三維井眼全井鉆柱系統(tǒng)動力學(xué)，結(jié)合不同井型（直井、水平井、大位移井、開窗側(cè)鉆井等），開展了鉆井參數(shù)、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合等對螺桿鉆具輸出性能及相關(guān)鉆井技術(shù)指標(biāo)的影響研究。鉆柱動力學(xué)的部分模型和輸出圖例

應(yīng)用多項先進(jìn)的ANSYS軟件技術(shù)，如靜力有限元分析、振動分析、流體動力學(xué)分析、疲勞壽命預(yù)測等技術(shù)，開展了螺桿鉆具的零部件力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，形成了較為完整的螺桿鉆具設(shè)計與分析體系，為新型螺桿鉆具開發(fā)提供了強(qiáng)有力的理論支撐。（一）、先進(jìn)的設(shè)計技術(shù):

有限元分析的部分輸出圖例（二）、先進(jìn)的加工設(shè)備:

奧地利數(shù)控轉(zhuǎn)子銑床

奧地利數(shù)控轉(zhuǎn)子拋光機(jī)

德國DESMA注膠機(jī)

美國SWF電加熱硫化罐

美國15U數(shù)控車床

美國15VC數(shù)控銑床（三）、可靠的質(zhì)量保證:1、定子橡膠加工檢測橡膠DIN磨耗機(jī)橡膠ASTM—D2632垂直彈性試驗機(jī)1L雙轉(zhuǎn)子實驗室密煉機(jī)炭黑分散儀2、定子橡膠內(nèi)窺鏡3、金屬探傷儀4、馬達(dá)、整機(jī)試驗臺架四、中成-螺桿鉆具的選型與注意事項1、螺桿鉆具規(guī)格型號選擇原則：作業(yè)安全原則：在滿足井眼環(huán)空要求的前提下盡量選用大規(guī)格螺桿鉆具，以增加其強(qiáng)度和提供足夠大的扭矩。排量合適原則：每種馬達(dá)都有一個合適的工作排量范圍，應(yīng)根據(jù)實際的泥漿排量來優(yōu)選螺桿馬達(dá)，使馬達(dá)發(fā)揮最佳狀態(tài)。如果排量超過推薦范圍，應(yīng)采用中空馬達(dá)分流。2、對井底溫度的要求：對于深井和超深井，井底溫度較高，會對常溫馬達(dá)總成產(chǎn)生不利影響。首先高溫會使定子常溫橡膠膨脹，導(dǎo)致定/轉(zhuǎn)子過盈量增大，定子磨損加快；其次高溫會導(dǎo)致定子常溫橡膠強(qiáng)度下降，馬達(dá)承受壓降降低、輸出扭矩減小。中成公司提供的最高工作溫度為150℃的高溫定子，同時通過設(shè)計特殊配合的馬達(dá)來滿足高溫井鉆井作業(yè)的要求。常溫井應(yīng)使用常溫馬達(dá),使用高溫馬達(dá)的效果并不是很好。3、對使用泥漿的要求：中成－螺桿鉆具在油基泥漿和水基泥漿中均可有效使用．由于油有引起定子橡膠溶脹的趨勢，因此，油基泥漿的苯胺點和井底的循環(huán)溫度必須考慮。低等級的柴油基泥漿應(yīng)該避免。推薦使用低芳香烴、低毒的油基泥漿。泥漿中氯化物的含量應(yīng)當(dāng)控制，以減少其對轉(zhuǎn)子及鉆具配件的腐蝕。嚴(yán)格四級凈化，控制泥漿中的含沙量，推薦不超過0.3%?？刂颇酀{性能的穩(wěn)定，保持適當(dāng)粘切，增強(qiáng)泥漿攜砂能力。避免使用粗劣的堵漏材料，防止堵塞或破壞螺桿鉆具。4、控制輸入泥漿排量和輸出轉(zhuǎn)速：螺桿輸出轉(zhuǎn)速與輸入泥漿排量成正比。每種規(guī)格的馬達(dá)都有其推薦的最大和最小排量值。螺桿的最佳使用排量是其最大允許使用排量的70%左右，既能獲得足夠的扭矩和轉(zhuǎn)速，也可以獲得較長的使用壽命。當(dāng)使用的排量接近或超過最大排量時，轉(zhuǎn)子會超速旋轉(zhuǎn)，定子的負(fù)載頻率會增加，這些都會導(dǎo)致馬達(dá)提前損壞。使用中空馬達(dá)分流，可以突破推薦排量上限，提高泥漿在環(huán)空的返速，以便于迅速清除被鉆頭破碎的巖屑。當(dāng)使用中空馬達(dá)時，應(yīng)根據(jù)實際排量、泥漿密度等參數(shù)，選用配帶有合適分流水眼的中空轉(zhuǎn)子。5、對泵壓和鉆壓的要求：每種規(guī)格的螺桿鉆具都給出了其所能承受的馬達(dá)負(fù)載壓力降與鉆壓的范圍，在鉆進(jìn)過程中，應(yīng)根據(jù)進(jìn)尺來優(yōu)選泵壓和鉆壓，從而獲得滿意的機(jī)械鉆速。螺桿鉆具在一定的排量前提下，鉆壓加到鉆頭，馬達(dá)產(chǎn)生一定范圍的壓差，從而作為判斷螺桿是否正常工作的重要依據(jù)之一。鉆壓的大小影響螺桿鉆具工作的壓差。加到螺桿上的鉆壓越大，馬達(dá)壓差就越大，過大的壓差會造成馬達(dá)滯動，甚至損壞螺桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)；鉆壓過小，鉆時變慢，不能充分發(fā)揮馬達(dá)效率。6、合理配用鉆頭及水眼：中成-螺桿鉆具與PDC鉆頭完全匹配，特別適用于周期較長的直井作業(yè)，可大幅提高機(jī)械鉆速，減少起下鉆時間和鉆具套管的磨損，降低鉆井成本，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。中成-螺桿鉆具也可與牙輪鉆頭配合使用，考慮到螺桿的轉(zhuǎn)速相對較高，應(yīng)選擇高硬度級別的牙輪鉆頭。中成-螺桿鉆具的軸承潤滑和冷卻主要依賴于鉆井液，而流經(jīng)軸承的泥漿大小取決于鉆頭水眼壓降。因此，為了保證軸承的壽命，鉆頭水眼壓降應(yīng)控制在給定的范圍內(nèi)。合理匹配鉆頭水眼，形成充分的井底不對稱流場，增強(qiáng)泥漿對井底及鉆頭的清潔、沖洗作用，有利于提高機(jī)械鉆速。7、下鉆時注意事項：在高溫井或壓力上升井段下鉆時，要低速泵入泥漿灌滿鉆柱并間斷進(jìn)行循環(huán)以防止鉆頭噴嘴堵塞或防止高溫造成定子的損壞。當(dāng)鉆頭下放至預(yù)定深度開始延伸鉆進(jìn)前，先上提鉆桿或緩慢轉(zhuǎn)動以防止損壞套管或劃出新眼。8、使用螺桿鉆具時注意事項：當(dāng)導(dǎo)向鉆進(jìn)時，轉(zhuǎn)盤（或頂驅(qū)）的轉(zhuǎn)速不得超過75rpm（轉(zhuǎn)/分）。當(dāng)螺桿鉆具彎殼體角度在1°30′以上時，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)盤（或頂驅(qū)）轉(zhuǎn)動。避免頓鉆或?qū)⒙輻U直接座入井