渤海中成螺杆钻具中文钻具手册最新版(ERT)

1序言在近几十年中，螺杆钻具作为一种井下动力工具获得了迅速发展，其优势在于：1．井底直接提供动力，减少了井下钻具的磨损和损坏。2．增加钻头的转速和扭矩，提高了进尺率。3．可准确地定向、造斜、纠偏。4．可用于水平井、开窗侧钻、扩眼、取芯等作业，显著提高钻井的经济效益。5．与转盘同时使用用于直井全面钻进，大幅提高机械钻速。在这本手册中主要介绍了中成牌螺杆钻具的工作原理、性能、使用要求及注意事项，从而使用户能够安全、高效的使用我们的产品。操作人员必须具有一定的专业素质以及实际经验，并需要对本说明书进行仔细阅读。但是，本手册绝不能作为操作人员进行作业的唯一依据。随着技术的进步，我们将不断推出更多新产品以满足市场需要，因此，请及时参考我们最新的参数手册。如果在使用过程中发现关于钻具操作，生产安全以及本手册提供信息的不明之处等问题，请及时联系我们，我们会尽力帮你解决。2008.8版权所有：未经许可，本出版物的任何部分都不得以任何的形式手段，如电子、机械、照相、录制等进行复制、资料检索或播送。2一、企业简介渤海装备中成机械制造有限公司螺杆钻具制造厂是中国石油天然气集团公司确认的定点生产厂，螺杆钻具产品采用从美国史密斯公司引进的全套设计制造技术和专用设备而生产，包括生产制造与整机装配生产线、热处理可控气氛生产线以及定子橡胶生产线，具有当代国际先进水平。公司生产的螺杆钻具，经过十多年对国外技术的消化、吸收和改进，已生产出直径60~286mm，16种规格，3.5Mpa、7Mpa、14Mpa三种水眼压降系列，单头与多头，单弯、双弯以及可调弯壳体，配合各种形式扶正器使用的400多个品种的螺杆钻具，而且能够独立开发和生产适用于各种用途的各种规格系列的螺杆钻具。近年来为适应市场需求开发了一系列大扭矩、大功率、耐高温、长寿命螺杆钻具，并研制出应用于小井眼井、连续油管钻井及修井作业的小直径螺杆钻具、应用于空气欠平衡钻井的空气泡沫螺杆钻具及应用在钾酸盐等特殊钻井液中钻井的螺杆钻具，其中多项技术获得国家专利证书。2008年，我公司开发出最新一代的具有专利技术的等壁厚（预轮廓）定子。这种马达定子采用了一种新的制造工艺，保证了在长度不变的情况下，具有两倍于常规马达的功率和扭矩，从而显著提高了机械钻速。同时，在不降低机械转速的前提下可将马达长度缩短，提高钻具定向能力，提高随钻测量仪（MWD）/随钻测井仪（LWD）的测量精度，增加旋转导向工具的机械钻速。中成ERT预轮廓型螺杆钻具是机械钻速的革命。在质量体系保障上，是国内螺杆钻具生产厂家最先通过IS0900l标准的企业，也是同行业中唯一通过中国计量局IS0l00l2计量检测体系认证的企业。2003年，螺杆钻具产品通过API认证。我公司的螺杆钻具产品从设计到检测均采用配套齐全的计算机系统，其主要零配件都是采用数控机床加工，从而保证了加工质量和精度。目前，我公司螺杆钻具产品已销往国内20多个油田及美国、印度、泰国、菲律宾、伊朗、卡塔尔、委内瑞拉等国家和地区，国内市场覆盖率98％左右，市场占有率名列前茅。地址：天津市，大港区，川港路联系电话：[phone]传真：[phone]公司网站：二、产品型号规格说明本手册列举了我公司生产制造的所有规格的螺杆钻具。用户如有特殊要求，我公司可为用户单独设计您所需要的特殊用途的异型螺杆钻具。本手册提供的参数，是保证您正确使用好该工具的重要依据，请用户在工作中认真对待。中成-螺杆钻具标牌说明：□LZ□×□□―□□―□H:可换扶正器G:高温定子T:可调弯壳体C:长寿命螺杆钻具M:油密封传动轴总成AD:空气/泡沫螺杆钻具ERT:等壁厚（预轮廓）定子0:中空转子3:单弯壳体4:双弯壳体或弯接头5:扶正器6:扶正器加单弯接头7:扶正器加双弯接头或弯接头Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ:改进型C:径向轴承是船用橡胶轴承Y:径向轴承是硬质合金轴承.J:径向轴承是CC合金轴承钻头最大水眼压降(bar)钻具公称直径(mm)螺杆钻具标志马达转子头数（单头省略）4三、螺杆钻具的结构与工作原理螺杆钻具是以油基泥浆、浮化泥浆及粘土泥浆等作动力液，是一种把液体压力能转换为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵产生的高压泥浆流经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。大港－钻具主要由四部分组成：·旁通阀总成·马达总成·万向轴总成·传动轴总成3.1.旁通阀总成它的部件主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、阀口总成组成，它的作用是在下钻时，允许环空（钻杆与井壁的环形空间）的泥浆由旁通阀阀体侧面的阀口孔流向钻杆内孔，起钻时使钻杆内孔的泥浆从阀体侧面的阀口流入环空。使起、下钻时不致使泥浆溢于井台上，以及保护马达的作用。旁通阀总成的工作原理是在泥浆流量达到说明书推荐最小流量以前的某个流量时该流量经阀芯内孔，在孔两端产生压力差，上端压力大于下端压力，此压力差克服弹簧力把阀芯压下，旁通孔被关闭。此时泥浆流经马达，把压力能转换为机械能。地面停泵或流值过小，压力差不足以按住阀芯，弹簧把阀芯顶起，旁通孔导通（参考图1）。总之，正常情况下旁通阀的启闭完全由流量大小决定的。3.2.马达总成它由转子和定子两部分组成（参考图2）。转子是一根经过加工并有耐磨抗腐蚀镀层的左旋螺杆。定子是在经过机械加工的钢管上有用特制的压胶芯轴压铸并粘牢的丁晴橡胶，它耐磨并抗碳氢化合物。定子的头数比转子多一个，在转子装入定子后，任意截取一个垂直于轴线的截面，两者均是共轭啮合的。因此，绕轴线的左旋螺杆上有一系列啮合点，这些啮合点封闭起来的容腔组成一个密封腔，而且此容腔体积是一定的。随着螺杆在定子中的运动，密封腔逐步沿轴线移动，把完成能量转换的泥浆由低压腔排出马达。这就是螺杆马达的基本工作原理。图15根据设计，不同马达的头数有不同的配合。总的来说，马达的头数越少，转速越高，扭矩越小；马达的头数越多，转速越低，扭矩越高。各种螺杆马达头数配合的截面轮廓如图3。螺杆钻具以马达中一个定子导程组成密封腔为一级，也就是说，马达如果是三级的，在轴向上存在三个连续而互不相通的密封腔，在工作中，如欲使马达正常有效地工作，马达每级所能承受的压降以不超过0.8Mpa(8bar)为宜，如以三级马达为例，则其马达压降不超过2.4Mpa最好。否则，马达就要漏损，转数降低。严重时则完全停止转动，致使马达损坏。这一点现场操作时用户应非常注意。为了保证马达密封腔的密封，以确保能承受的压降，所以定转子间的配合尺寸都需经过选配测试，使其不宜过紧或过松，让马达发挥最大的效率。另外，定子的容腔是由橡胶形成的，因此定子内腔的尺寸是受到井底温度影响的，用户可根据实际的井温情况要求厂家选配适合的马达配合，如地层井温较高，可选配较松的马达；如地层较浅或使用的环境温度较低，可选配较紧的马达等。现场使用的泥浆流量希望在推荐的范围内，否则将影响马达效率，甚至使磨损加大。螺杆马达的性能参数是螺杆钻具的主要性能参数，螺杆输出扭矩与马达压降成正比；输出转数与输入泥浆流量成正比，随着负荷的增加，螺杆输出转数降低很少，地面控制容易。所以，通过控制地面上的压力表的读数及泵的流量就控制住了井下螺杆的扭矩及转速。为了增加钻头的水马力和泥浆的上返速度，将转子加工成带喷嘴的中空转子。此时马达的总流量应等于流经马达密封容腔的流量和流经转子喷嘴流量的总和。每种规格的马达都有其推荐的最大和最小流量值。如果超过最大流量值，转子可能超速旋转，定子和转子会出现提前损坏。如果输入流量小于最小流量值，马达的输出转速和扭矩就会降低，从而影响其使用效果。因此，在选择转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封容腔的流量始终保持或高于最小推荐流量值，这样，才能使马达正常运转。在泥浆密度、喷嘴尺寸和马达总流量给定时，流经转子喷嘴的流量和流经马达密封腔的流量总是在变化中的。当钻头离开井底，螺杆马达无负荷，此时流经转子喷嘴流量最小，而此时的流经马达密封腔的流量最大。钻头开始进尺工作，螺杆马达部分的压差不断增加，使流经转子喷嘴流量增加，而此时流经马达密封容腔流量减少。流经转子喷嘴水眼所产生压力差ΔP的计算公式：图2图36ΔP＝ΔP1＋ΔP2＝14.086.4520420vPD10Q1.676.6697QLd其中ΔP：马达两端压力差（PSI）ΔP1：转子喷嘴所消耗的压力降（PSI）ΔP2：转子长孔所消耗的压力降（PSI）ρ：泥浆密度（lb/gal）Q。：流经转子水眼的流量（gal/min）D：转子长孔直径（in）d：喷嘴直径（in）Pν：泥浆粘度（cp）L：转子长孔长度（ft）在上述计算公式中，ΔP、ΔP1、ΔP2、ρ、D、Pν、L在给定井况和螺杆钻具规格后都是定值，因此，只要改变d,就可以得到一个相应的Q。值。再根据相应井况的总流量和螺杆钻具马达推荐的最大流量和最小流量值，最终确定Q。值和d值。表1喷嘴直径(in)泥浆密度(ppg)马达两端压降(PSI)100200300400流经转子水眼流量(GPM)12/328.344056698010.003651637312.003347586614.003143536218/328.349012715517910.008211614216412.007510612915014.006998120138表2中空转子所配的喷嘴尺寸喷嘴号喷嘴直径喷嘴号喷嘴直经InMmInMm077/325.561616/3212.70088/326.351818/3214.27099/327.142020/3215.881010/327.942222/3217.481111/328.742424/3219.051212/329.532828/3222.231313/3210.313030/3223.81414/3211.113232/3225.41515/3211.913.3.万向轴总成它位于转子下端，其作用是把马达产生的扭矩和转速传递到传动轴上。它所起到的作用7要求它具有较好的挠性功能，才能实现把转子的偏心运动转换成传动轴的定轴转动。因此，一般万向轴采用万向瓣形和柔性轴形式，如图4。从整个螺杆钻具寿命的角度上来看，万向轴总成部分寿命相对是最短的，在螺杆使用后，应及时拆卸修理和检查。3.4.传动轴总成它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。3.4.1按润滑方式分类，分为泥浆润滑传动轴总成和油密封传动轴总成两种：a、泥浆润滑传动轴总成：（图5）该总成采用钻井泥浆作为润滑液，对传动轴总成中的串轴承和径向轴承进行润滑和冷却。由于结构比较简单，其具有最短的弯点到钻头的距离。同时，该结构中的上径向轴承又称限流器，对流经轴承组件的泥浆流量进行限制。b、油密封传动轴总成：该总成采用密封组件将串轴承和部分径向轴承进行密封并注入高温润滑油进行润滑。由于降低了轴承的磨损，大大延长了轴承的寿命。3.4.2按钻头承受水眼压降分类，分为3.5C、7Y、14J三种：a、水眼压降为3.5Mpa，该结构上、下轴承是推力球轴承，径向轴承有两组硬质合金轴承或两组橡胶轴承两种。b、水眼压降为7Mpa，该结构上、下轴承有多组向心推力球轴承或多列推力球轴承两种，径向轴承是上、下各多组硬质合金轴承。c、水眼压降为14Mpa，该结构上、下轴承有多组镶嵌PDC复合片的平面推力摩擦轴承，径向轴承是上、下各一组CC合金轴承。3.4.3传动轴总成中的轴承按所承受的负载形式分类，分为串轴承和径向轴承两种：图4运动原理图58a、串轴承串轴承为多列向心推力球轴承，在钻头悬离井底空转时，该轴承主要承受整个液柱的向下推力和转子、万向轴、传动轴及钻头的重量；钻头座井底时承受工作状态为所施加的钻压。b、径向轴承径向轴承为滑动轴承，上、下各有一组。主要用来承受转子作行星运动引起的弯曲载荷和钻头的侧向力。对于泥浆润滑的传动轴总成来说，上径向轴承又称限流器，它允许马达流出的部分泥浆（在最大水眼压