螺杆钻具课件.ppt
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- 螺杆 课件
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1、螺杆钻具螺杆钻具l螺杆钻具:螺杆钻具:根据根据诺依莫诺依莫(Rene Moineau)原理制造的,)原理制造的,容积式容积式井下动力机械,井下动力机械,。l作用:作用:把钻井液的水力能转化为机械能供给钻头。把钻井液的水力能转化为机械能供给钻头。l应用领域:应用领域:主要用于定向井、水平井的定向造斜及扭方位主要用于定向井、水平井的定向造斜及扭方位施工,也用于直井反扣或侧钻作业中,是目前使用最广泛施工,也用于直井反扣或侧钻作业中,是目前使用最广泛的一种井下动力钻具。的一种井下动力钻具。l生产商:生产商:Smith公司:迪纳钻具(公司:迪纳钻具(Dyna系列);系列);Christensen公司:纳
2、维钻具(公司:纳维钻具(Navi系列);系列);北京石油机械厂、大港中成石油机械厂、天津立林公司。北京石油机械厂、大港中成石油机械厂、天津立林公司。l 由四部分组成,从上至下依次为:由四部分组成,从上至下依次为:旁通阀总成;旁通阀总成;马达总成;马达总成;万向轴总成;万向轴总成;传动轴总成。传动轴总成。作用:作用:停泵时使钻柱内空间与停泵时使钻柱内空间与环空沟通,避免起下钻和接单根环空沟通,避免起下钻和接单根时钻柱内钻井液溢出污染钻台,时钻柱内钻井液溢出污染钻台,影响正常工作。影响正常工作。旁通阀是螺杆旁通阀是螺杆钻具的辅助部钻具的辅助部件。件。结构:结构:由阀体、阀芯、弹簧、筛由阀体、阀芯、
3、弹簧、筛板等组成。板等组成。6-2 6-2 螺杆钻螺杆钻l工作原理:工作原理:a.a.,钻井液压力迫使阀芯,钻井液压力迫使阀芯向下运动,造成弹簧压缩并关向下运动,造成弹簧压缩并关闭阀体上的通道(内装筛板过闭阀体上的通道(内装筛板过滤异物),此时螺杆钻具可循滤异物),此时螺杆钻具可循环钻井液或正常钻进。环钻井液或正常钻进。b.b.,钻井液压力消失,被压缩的弹簧上举阀芯,旁通阀开启,钻井液压力消失,被压缩的弹簧上举阀芯,旁通阀开启,使钻柱内空间与环空沟通。使钻柱内空间与环空沟通。l 作用:作用:把钻井液的水力能转化为机械能。把钻井液的水力能转化为机械能。l 结构:结构:由转子和定子两部分组成。由转
4、子和定子两部分组成。l 转子是一根表面镀有耐磨材料的钢制螺杆,其上端是自由端,转子是一根表面镀有耐磨材料的钢制螺杆,其上端是自由端,下端与万向轴相连。下端与万向轴相连。l 定子包括钢制外筒和硫化在外筒内壁的橡胶衬套,橡胶衬套内定子包括钢制外筒和硫化在外筒内壁的橡胶衬套,橡胶衬套内孔为一个螺旋曲面的型腔。孔为一个螺旋曲面的型腔。马达是螺杆钻马达是螺杆钻具的动力部件。具的动力部件。工作原理:工作原理:万向轴约束了转子的轴向运动,所以高压钻井液在流万向轴约束了转子的轴向运动,所以高压钻井液在流过马达副时,不平衡的水压力驱动转子作平面行星运动,转子的自转过马达副时,不平衡的水压力驱动转子作平面行星运动
5、,转子的自转转速和力矩经万向轴传给传动轴和钻头。转速和力矩经万向轴传给传动轴和钻头。l作用:作用:将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动,将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动,将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴和钻头。将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴和钻头。l结构及工作原理:结构及工作原理:壳体和万向轴。壳体和万向轴。a)a)直螺杆钻具的万向轴壳体无结构弯角,而弯壳直螺杆钻具的万向轴壳体无结构弯角,而弯壳体螺杆钻具的万向轴壳体带有结构弯角。体螺杆钻具的万向轴壳体带有结构弯角。b)b)万向轴有几种不同的结构形式,普遍采用瓣型万向轴有几种不同的结构形式,普遍采用瓣型连接轴和挠性连接轴。连接轴和
6、挠性连接轴。l作用:作用:传动轴的作用是将马达的旋转动力传递传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头,同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。给钻头,同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。l结构及工作原理:结构及工作原理:a)a)由壳体、传动轴、上部推力轴承、下部推由壳体、传动轴、上部推力轴承、下部推力轴承、径向扶正轴承组及其它辅助零件力轴承、径向扶正轴承组及其它辅助零件总装组成。总装组成。b)b)上、下推力轴承用来承受钻具在各种工况上、下推力轴承用来承受钻具在各种工况下产生的轴向力。径向扶正轴承组用于对下产生的轴向力。径向扶正轴承组用于对传动轴进行扶正,保证其正常工作位置。传动轴进行扶正,保证其正
7、常工作位置。l结构及工作原理:结构及工作原理:c)传动轴总成的推力轴承是螺杆钻具最易损传动轴总成的推力轴承是螺杆钻具最易损坏的部位坏的部位(上部推力轴承)。(上部推力轴承)。d)常规螺杆钻具的传动轴外壳上不带稳定器常规螺杆钻具的传动轴外壳上不带稳定器(水平井用的螺杆钻具除外)。(水平井用的螺杆钻具除外)。e)对干中曲率造斜用的螺杆钻具,为了保证对干中曲率造斜用的螺杆钻具,为了保证有足够的造斜率,要求压缩万向轴壳体弯有足够的造斜率,要求压缩万向轴壳体弯点至钻头的距离,需要设计轴向尺寸较小点至钻头的距离,需要设计轴向尺寸较小的传动轴总成。的传动轴总成。l当高压流体从钻柱内孔进入螺杆钻具时,当高压流
8、体从钻柱内孔进入螺杆钻具时,液体迫使旁通阀活塞下行并密封旁通阀筛液体迫使旁通阀活塞下行并密封旁通阀筛孔,整个钻具变形成了一个高压密封系统;孔,整个钻具变形成了一个高压密封系统;l当液体通过转子和定子间组成的连续密封当液体通过转子和定子间组成的连续密封腔时推动转子转动,经万向轴的转换把行腔时推动转子转动,经万向轴的转换把行星转动变为轴心转动,带动钻头旋转,即星转动变为轴心转动,带动钻头旋转,即把钻井液的液力能通过螺杆转换成机械能。把钻井液的液力能通过螺杆转换成机械能。以以“5LZ1657.0B”5LZ1657.0B”为例为例:55马达转子为马达转子为5 5头;头;LZLZ螺杆钻具;螺杆钻具;16
9、5165外径为外径为165mm165mm(61/2in61/2in););7.07.0许用的最大钻头水眼压降许用的最大钻头水眼压降为为7.0MPa7.0MPa;BB第二次改进(为中空转子)第二次改进(为中空转子)。(1)(1)按螺杆马达的结构特征分类按螺杆马达的结构特征分类a)a)按螺杆马达转子端面线型的按螺杆马达转子端面线型的“头数头数”N N(LobeLobe,又称波瓣数),又称波瓣数),可分为单头钻具(可分为单头钻具(N=1N=1)和多头钻具()和多头钻具(N N 2 2)。)。单头马达具有高单头马达具有高转速、小扭矩特性。多头马达具有低转速、大扭矩特性。转速、小扭矩特性。多头马达具有低
10、转速、大扭矩特性。b)b)按马达转子与定子头数的关系进行分类。按马达转子与定子头数的关系进行分类。原理上讲,只要二者头原理上讲,只要二者头数相差数相差1 1均可构成螺杆马达,可分为均可构成螺杆马达,可分为N/N/(N+1N+1)型)型N/N/(N N1 1)型)型两种。两种。目前油气井作业中普遍采用目前油气井作业中普遍采用N/N/(N+1N+1)型螺杆钻具。)型螺杆钻具。c)c)按马达按马达“级数级数”进行分类。进行分类。螺杆马达的定子转子运动副的长度螺杆马达的定子转子运动副的长度与定子导程长度的比值,即定子转子运动副所包含的定子导程与定子导程长度的比值,即定子转子运动副所包含的定子导程的整倍
11、数,称为螺杆马达的级数(的整倍数,称为螺杆马达的级数(StageStage)。实际用于钻井作业)。实际用于钻井作业的螺杆钻具马达,单头的多在的螺杆钻具马达,单头的多在3 3级以上,多头的多在级以上,多头的多在2 2级以上。级级以上。级数越多,马达可输出的工作力矩值越大。数越多,马达可输出的工作力矩值越大。根据螺杆马达的结构特征及其结构参数进行分类。(2)按螺杆钻具(马达)的公称外径分类按螺杆钻具(马达)的公称外径分类 便于使用者根据所钻井眼尺寸来选择相应直径的螺杆钻具,或生产便于使用者根据所钻井眼尺寸来选择相应直径的螺杆钻具,或生产者根据井眼尺寸系列来开发螺杆钻具的系列与规格。者根据井眼尺寸系
12、列来开发螺杆钻具的系列与规格。l 216mm井眼:井眼:165mm、172mm;l 244mm311mm井眼:井眼:197mm、203mm;l 311mm以上井眼:以上井眼:244mm。l 152mm以下井眼(小井眼):以下井眼(小井眼):120mm、100mm、95mm、89mm、54mm等。多用于套管开窗侧钻和修井等。多用于套管开窗侧钻和修井作业,及地质勘探和其他地下工程的钻小孔作业。作业,及地质勘探和其他地下工程的钻小孔作业。(3)按螺杆钻具万向轴壳体结构特征分类按螺杆钻具万向轴壳体结构特征分类 根据万向轴壳体是否带有结构弯角,将螺杆钻具划分为常规的根据万向轴壳体是否带有结构弯角,将螺杆
13、钻具划分为常规的直螺直螺杆钻具杆钻具(无结构弯角)和(无结构弯角)和弯壳体螺杆钻具弯壳体螺杆钻具(带结构弯角)。(带结构弯角)。l 直螺杆钻具上方加配弯接头主要用于钻常规定向井。直螺杆钻具上方加配弯接头主要用于钻常规定向井。l 弯壳体螺杆钻具主要用于钻水平井、大位移井、多分支井等。弯壳体螺杆钻具主要用于钻水平井、大位移井、多分支井等。随着钻井技术发展及弯壳体螺杆钻具品种规格的增加,弯壳体螺随着钻井技术发展及弯壳体螺杆钻具品种规格的增加,弯壳体螺杆钻具的应用更加普遍。杆钻具的应用更加普遍。l结构特点:结构特点:弯壳体稳定器中空转子弯壳体稳定器中空转子l类型:类型:单弯、同向双弯、异向双弯单弯、同
14、向双弯、异向双弯l用途:用途:配合配合PDCPDC钻头(或牙轮钻头)组成导向钻具组合,完成定向钻头(或牙轮钻头)组成导向钻具组合,完成定向造斜,在不更换钻具组合情况下实现稳斜段及水平井段的钻井。造斜,在不更换钻具组合情况下实现稳斜段及水平井段的钻井。单弯、同向双弯钻具造斜率高、造斜效果好,是水平井钻井必备单弯、同向双弯钻具造斜率高、造斜效果好,是水平井钻井必备工具之一;工具之一;异向双弯钻具常用于水平段钻进,有微增、降斜的功能,稳斜、异向双弯钻具常用于水平段钻进,有微增、降斜的功能,稳斜、稳平效果好,可配合旋转方式钻进,控制轨迹方便。稳平效果好,可配合旋转方式钻进,控制轨迹方便。l技术关键:技
15、术关键:各弯点的选择及弯角加工精度的控制各弯点的选择及弯角加工精度的控制 (1)(1)理论工作特性:理论工作特性:包括理论工作包括理论工作特性和实际工特性和实际工作特性作特性螺杆钻具为容积式马达,马达的输入流量和作用于两端的压力降螺杆钻具为容积式马达,马达的输入流量和作用于两端的压力降差决定了钻具的基本性能。差决定了钻具的基本性能。制动工况对螺杆制动工况对螺杆钻具危害甚大,钻具危害甚大,应予避免应予避免!在操作时应缓慢施加钻压,一旦发生制动工况(泵压表数值突增),应立即将钻在操作时应缓慢施加钻压,一旦发生制动工况(泵压表数值突增),应立即将钻具提离井底循环钻井液,待泵压表的数值下降后再下放钻具
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