油田钻修井系列螺杆钻具.docx

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油田钻修井系列螺杆钻具

油田钻、修井系列螺杆钻具

使

用

说

明

书

盐城市友泰石油机械有限公司

一、前言：

本说明书主要介绍了螺杆钻具的工作原理、结构、机械性能和正确使用及维护保养，便于用户更好地根据钻井、修井的需要进行选用，使其发挥应有的机械及技术性能，提高钻井、修井的工作效率。

二、螺杆钻具的工作原理：

螺杆钻具是一种以钻井液为动力，把液压能量转为机械能的一种容积式井下动力钻具。

当泥浆泵泵出的压力泥浆流经旁通阀，流压使旁通阀关闭，进而流进马达，在马达的进出口形成一定的压力差，推动转子绕定子轴线公转和自转，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、修井作业。

三、螺杆钻具的组成：

螺杆钻具主要由：

旁通阀、液力马达、万向轴和传动轴等四大总成组成。

在马达上部和传动轴下部还装有防掉装置等辅助设施。

万向轴总成　　　　　　　　　　　　防掉总成

旁通阀总成

　　　传动轴总成　　　　　　　　　　　　　　马达总成　　　　　　　　

3.1旁通阀总成：

它是由：

阀体、阀套、阀芯、弹簧、Ｏ形密封圈、挡圈等零件组成。

它的作用是起下钻时，使钻柱和环空联通，泥浆不污染井台，当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时泥浆流量经马达，把压力能转变为机械能。

当泥浆流量压力过小或停泵时，所产生液体压力小于弹簧的弹力时，弹簧将阀芯顶起，旁通阀孔处于开启位置，钻柱与环空联通。

3.2液力马达总成：

它是由单螺杆转子和定子组成。

转子是一根经过机械加工，表面镀有抗腐耐磨镀层的Ｘ头螺杆。

定子外壳是合金钢内腔壁压注粘牢的Ｘ＋１头的内螺旋橡胶衬套组成的。

转子和定子的形状和尺寸应保证啮合关系，这些啮合点沿轴向导程形成马达的密封空腔，随着转子在定子中螺旋转动。

当具有一定能量的钻井液通过时，空腔沿着轴向下移，

上部入口不断产生、下部出口逐步消失，完成其能量转换，从而推动转子沿定子螺旋内壁作偏心公转和自转，完成马达的作用。

这就是螺杆马达的基本工作原理。

马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子螺旋头数比转子多１个）。

转子的头数越少，转速越高，扭矩越小；头数越多，转速越低，扭矩越大。

螺杆马达是钻具的重要部件，很多实践和理论分析，在现有条件下，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，（马达的一个导程为一级）最大压降为额定工作压力的1.3倍，如压降值超过此值则马达就有漏失，转速加快，磨损严重甚至发热胀死，造成马达损坏。

用户应特别注意，现场使用的泥浆流量应在推荐的使用范围内，否则会加大定子的磨损，将影响马达的使用效率和寿命。

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，输出转速与输入泥浆流量成正比，随着负荷的增加钻具转速降低，所以只有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。

3.3万向轴总成：

它是由花瓣套、中间接头、钢球等零件组成，上连接转子，下接传动轴。

它的作用是将马达的行星运动的机械性能传递给传动轴的一种专用连接件。

钻具使用后，应立即拆卸，检查万向轴的磨损情况，如超过维修标准要求，则应更换相关零件，否则会因万向轴的使用过度导致断裂使钻具无法正常工作。

3.4传动轴总成：

传动轴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而设置的部件，钻具传动轴总成有两种：

3.4.1钻头水眼压降为3.5Mpa，传动轴总成两端采用滚针轴承定向，中间推力球轴承承压的结构。

3.4.2钻头水眼压降为7.0Mpa，传动轴总成两端采用硬质合金的径向轴承定向，中间采用连串轴承组承压，提高了传动轴总成的耐磨性及承载能力，延长其使用寿命。

3.5防掉装置：

为避免由于异常因素导致的钻具壳体断裂或脱扣时防止部件落井，在钻具螺杆上端旁通阀下部加装防掉短节。

短节壳体在螺杆马达上部不易损坏，短节中间有圆形大螺母和与螺杆相联的吊杆。

正常工作时防掉装置不起作用（有点搅拌损失），一旦防掉短节以下壳体断、脱，带螺杆、吊杆下移，则短节中间大螺母落在短节壳体缩径上，即吊住螺杆等部件，又堵住泥浆通道，引起泥浆泵压升高，使地面及时发现问题，采取措施，避免扩大损失。

四、螺杆钻具的型号说明：

例：

5LZ165×7.0表示为转子头数与定子头数为5：

6的，外径为Φ165mm的螺杆钻具，钻头水眼压降为7.0Mpa。

五、螺杆钻具的主要性能参数：

钻具型号

外径

尺寸

ToolOD

Mmin

钻头

尺寸

BitSize

Mm　　In

两端连接螺纹

ConnectedThread

上端下端

updown

头数

Lobe

级数

Stage

排量

FlowRate

Ipmgpm

转速

Rotory

Speed

rpm

工作

压力降

Working

PressureLoss

MPaPsi

输出

扭矩

Output

Torque

N.mIb-ft

最大

压力降

Max

PressureLoss

MPaPsi

最大

扭矩

Max

Torque

N.mIb-ft

工作

钻压

Working

Pressure

KNIb

最大

钻压

Max

Pressure

KNIb

输出

功率

Output

Power

Kwhp

5LZ43×7.0-4

43111/16

48-76　　17/8-3

NC12NC12

5:

6

4

48-9613-26

435-870

3.2466

5642

4.52655

7958

3　660

61320

6.59

5LZ45×7.0-3

4513/4

48-76　　17/8-3

NC12NC12

5:

6

3

57-17015-45

228-680

2.4350

8562

3.39495

12590

3　660

61320

811

5LZ54×7.0-3

5421/8

60-89　　23/8-31/2

11/2REG11/2REG

5:

6

3

106-24028-64

282-638

2.4350

13096

3.39495

182135

4　880

81760

1115

5LZ60×7.0-3

6023/8

79-111　31/8-43/8

11/2REG11/2REG

5:

6

3

140-28038-75

298-595

2.4350

156115

3.39495

218160

5　1100

102200

1216

5LZ73×7.0-3

7327/8

95-181　33/4-43/4

23/8REG23/8REG

5:

6

3

162-57843-153

121-432

2.4350

460339

3.39495

650479

12　2640

255500

2736

7LZ79×7.0-4

7931/8

95-121　33/4-43/4

23/8REG23/8REG

7:

8

4

140-47937-126

138-413

3.2466

465342

4.52655

617455

12　2640

255500

2432

5LZ89×7.0-3

8931/2

114-149　41/2-57/8

23/8REG23/8REG

5:

6

3

255-76667-202

108-325

2.4350

810598

3.39495

1145845

22　4400

357700

3547

5LZ95×7.0-3

9533/4

118-149　45/8-57/8

27/8REG27/8REG

5:

6

3

320-80085-211

124-300

2.4350

833615

3.39495

1177868

30　6600

5512100

3243

9LZ95×7.0-4

9533/4

118-149　45/8-57/8

27/8REG27/8REG

9:

10

4

460-928120-245

139-280

3.2466

14261052

4.52655

18951320

30　6600

5512100

4864

5LZ100×7.0-4

100315/16

118-149　45/8-57/8

27/8REG27/8REG

5:

6

4

337-84289-222

124-300

3.2466

1169862

4.52655

16521218

30　6600

5512100

4560

9LZ100×7.0-4

100315/16

118-149　45/8-57/8

27/8REG27/8REG

9:

10

4

484-977126-258

139-280

3.2466

15011107

4.52655

19951852

30　6600

5512100

5067

9LZ105×7.0-4

10541/8

121-152　43/4-6

27/8REG27/8REG

9:

10

4

498-997131-263

132-265

3.2466

16301200

4.52655

21651597

30　6600

5512100

5168

5LZ120×7.0-3

12043/4

149-200　57/8-77/8

31/2REG31/2REG

5:

6

3

694-1388184-367

140-278

2.4350

16201195

3.39495

22881688

49　10803

10022000

5776

5LZ120×7.0-4

12043/4

149-200　57/8-77/8

31/2REG31/2REG

5:

6

4

694-1388184-367

140-278

3.2466

21601593

4.52655

28692116

49　10803

10022000

7195

7LZ120×7.0-4

12043/4

149-200　57/8-77/8

31/2REG31/2REG

7:

8

4

745-1487196-393

130-261

3.2466

24681819

4.52655

32772417

49　10803

10022000

75102

5LZ140×7.0-4

14051/2

171-222　63/4-83/4

41/2REG41/2REG

5:

6

4

718-1436190-379

111-202

3.2466

26131927

4.52655

34712560

49　10803

10022000

7398

5LZ165×7.0-4

16561/2

213-251　83/8-97/8

41/2REG41/2REG

5:

6

4

862-1724228-456

87-174

3.2466

36732709

4.52655

48783597

80　17600

16035200

88119

5LZ165×7.0-5

16561/2

213-251　83/8-97/8

41/2REG41/2REG

5:

6

5

862-1724228-456

87-174

4585

45903377

5.65824

64844783

80　17600

16035200

100135

5LZ165×7.0-6

16561/2

213-251　83/8-97/8

41/2REG41/2REG

5:

6

6

862-1724228-456

88-176

4.8700

55094063

6.78988

77815739

80　17600

16035200

121162

9LZ165×7.0-4

16561/2

213-251　83/8-97/8

41/2REG41/2REG

9:

10

4

990-1979262-523

93-187

3.2466

45793377

4.52655

60824485

80　17600

16035200

98132

5LZ172×7.0-4

17263/4

213-251　83/8-97/8

41/2REG　41/2REG

5:

6

4

947-1894250-500

78-154

3.2466

41603068

4.52655

55254075

10022000

17037400

126170

5LZ172×7.0-5

17263/4

213-251　83/8-97/8

41/2REG　41/2REG

5:

6

5

947-1894250-500

78-154

4585

52003835

5.65824

73455417

10022000

17037400

118159

5LZ172×7.0-6

17263/4

213-251　83/8-97/8

41/2REG　41/2REG

5:

6

6

947-1894250-500

78-154

4.8700

62404600

6.78988

88146500

10022000

17037400

142190

7LZ172×7.0-5

17263/4

213-251　83/8-97/8

41/2REG　41/2REG

7:

8

5

1183-2366312-625

84-168

4585

71765293

5.65824

101377476

10022000

17037400

150200

9LZ172×7.0-2

17263/4

213-251　83/8-97/8

41/2REG　41/2REG

9:

10

2

1110-2220293-586

48-96

1.6233

30932320

2.26330

44663279

10022000

17037400

6182

9LZ172×7.0-4

17263/4

213-251　83/8-97/8

41/2REG　41/2REG

9:

10

4

1110-2220293-586

84-169

3.2466

53553949

4.52655

71125245

10022000

17037400

78105

5LZ185×7.0-5

18571/4

222-251　83/4-97/8

41/2REG　65/8REG

5:

6

5

985-1970260-520

91-182

4585

55484090

5.65824

78365779

10022000

17037400

134180

5LZ197×7.0-4

19773/4

251-311　97/8-121/4

51/2REG　65/8REG

5:

6

4

1113-2225295-588

79-158

3.2466

50223704

4.52655

67004920

15033000

20044000

99133

5LZ197×7.0-5

19773/4

251-311　97/8-121/4

51/2REG　65/8REG

5:

6

5

1113-2225295-588

79-158

4585

62774629

5.65824

88666540

15033000

20044000

130176

5LZ197×7.0-6

19773/4

251-311　97/8-121/4

51/2REG　65/8REG

5:

6

6

1113-2225295-588

79-158

4.8700

75335555

6.78988

106407847

15033000

20044000

157210

7LZ197×7.0-5

19773/4

251-311　97/8-121/4

51/2REG　65/8REG

7:

8

5

1230-2460324-588

75-150

4585

72205324

5.65824

101977520

15534100

25055000

130176

9LZ197×7.0-4

19773/4

251-311　97/8-121/4

51/2REG　65/8REG

9:

10

4

1510-3028400-800

67-135

3.2466

90356655

4.52655

1274393986132

15033000

20044000

162217

5LZ203×7.0-4

2038

251-311　97/8-121/4

51/2REG　65/8REG

5:

6

4

1113-2225295-588

79-158

3.2466

50223704

4.52655

67004920

15534100

25055000

99133

5LZ203×7.0-5

2038

251-311　97/8-121/4

51/2REG　65/8REG

5:

6

5

1113-2225295-588

79-158

4585

62774629

5.65824

88666540

15534100

25055000

130176

7LZ203×7.0-5

2038

251-311　97/8-121/4

51/2REG　65/8REG

7:

8

5

1230-2460324-588

75-150

4585

72205324

5.65824

101977520

15534100

25055000

143194

9LZ203×7.0-4

2038

251-311　97/8-121/4

51/2REG　65/8REG

9:

10

4

1267-2534335-670

72-145

3.2466

62604617

4.52655

83156132

15033000

20044000

113152

5LZ210×7.0-5

21081/4

251-37597/8-143/4

65/8REG　65/8REG

5:

6

5

1228-2455325-650

75-150

4585

74815517

5.65824

105677793

18039600

30066000

149200

六、使用须知：

6.1井场修井、钻井技术人员和司钻必须了解钻具的结构原理和使用参数。

按使用说明书的要求合理使用钻具。

6.2对钻井液要求：

螺杆钻具的马达为容积式，决定钻具性能的因数是马达的输入流量和作用于两端的压力降，而不是钻井液的类型。

钻井液的物理化学性能除个别有损钻具的寿命外，一般不影响钻具的性能。

但钻井液所含的各种硬颗粒必须予以限制，因为它会加速轴承、定子马达的磨损，而降低钻具的使用寿命。

因此泥浆中含砂量必须控制在0.5%以下。

泥浆粘度和比重对钻具的影响很小，但对整个系统的压力有直接影响，如果推荐排量下的压力大于额定泵压值，就得减少泥浆排量，或者有必要降低通过钻具和钻头的压力降。

每种型号的钻具都有自身的输入流量范围，只有在此范围内钻具才能有较高的效率，一般应取输入流量范围的中间值为最佳输入流量值。

6.3泥浆压力要求：

钻具悬空时，排量不变，则通过钻具的泥浆压力降也不变，随着钻头接触井底钻压增加时，泥浆循环压力增加，泵压也增加，司钻可用以下公式来控制操作：

打钻泵压＝循环泵压＋钻具负载压降

循环泵压就是钻具没有接触井底时泵压，也叫离底泵压，钻具加大扭矩，泵压就要上升，这时压力表的读数就叫打钻泵压。

离底泵压不是一个常数，它随井深和泥浆的特性变化而变化，但实际操作中，无必要随时测取循环泵压的精度值，一般取每次接触后的离底泵压为近似值，这样做完全可以满足公式的精度要求。

钻具在工作中，打钻泵压达到最大推荐压力时，钻具产生最佳扭矩。

继续增加钻压，当超过最大设计压力时，马达可能会制动，此时应立即降低钻压，以防钻具内部损坏。

6.4扭矩：

钻具的扭矩与泥浆流经马达产生的压力降成正比，转速与输入排量成正比。

排量一定时，扭矩增加而转速基本保持不变，钻具从空载到满载速度降低一般不超过10%左右。

七、使用方法：

在选择钻具及其组合方案时，应制定修井、钻井的作业计划，充分考虑井眼轨迹、钻头类型、规格、地层结构和水力计算等细节。

螺杆钻具在出厂前，各部件之间的螺纹均已涂厌氧胶，并按规定力矩上紧，使用前不需要重新紧扣。

7.1钻具下井前的地面检查：

7.1.1钻具除提升短节与旁通阀连接外，其它部分的壳体均涂以厌氧胶。

7.1.2用钻头装卸器把钻头装上，只允许用链钳转动钻具的传动轴头，而且只能逆时针旋转以防内部螺纹松扣。

7.1.3吊起提升短节，将钻具放入转盘卡瓦内，使旁通阀位于转盘之上，装上安全卡瓦，卸去提升短节。

7.1.4检查旁通阀的灵活性：

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转盘以下开泵，旁通孔封闭，马达启动，驱动接头旋转；停泵后阀芯复位，泥浆从旁通阀孔泻出，钻具正常。

7.2钻具下放入井内：

7.2.1钻具下井时，严格控制下放速度，以防过快时马达倒转，使内部连接丝扣脱扣，同时防止在通过砂桥、套管鞋等处撞坏钻具。

防止操作中移扣，装卸过程中应牢记：

钻头接头相对于壳体的旋向为逆时针方向。

违反此项规定，如反向转动转盘或用转盘旋紧马达以上的扣等，就会造成钻具内部零件的松扣或脱扣，请用户注意。

7.2.3当下入深井段或遇到高温井段时，以及经过砂层井段时，应定期循环泥浆冷却钻具，保护定子橡胶，防止砂堵。

7.2.4钻具接近井底时要放慢速度，提前循环后再继续下钻，循环先小排量，待井口返出泥浆后，再加大排量。

7.2.5不允许顿钻或将钻具坐在井底。

7.3钻具开动：

7.3.1如果处于井底必须提起0.3-0.6m，开动钻井泵。

此时应记下压力表读数，与计算的压力值对比一下，如果超过水力计算的压力数值也是正常的，这是钻头侧钻引起的。

7.3.2清理井底，井底必须足够的“干净”，因为井底堆积或沉淀的岩屑影响转速。

7.4钻具的钻进：

7.4.1钻具钻进前应充分清洗井底，并测循环泵压。

7.4.2开始钻进时应缓慢加钻压，待正常钻进时，司钻可用下列公式控制操作：