螺杆钻具结构及功能

,*,螺杆钻具结构及功能,2013.8,培训提纲,培训内容,螺杆钻具简介,螺杆钻具结构及功能,其他组件及功能,培训提纲,培训内容,螺杆钻具简介,螺杆钻具结构及功能,其他组件及功能,螺杆钻具产品简介,螺杆钻具简介,螺杆钻具,+PDC,钻头、螺杆钻具,+,牙轮钻头进行钻井提速在全国各油田全面展开,螺杆钻具对,ROP,提速效果普遍在,30%,以上，甚至超过,100%,最普遍使用的导向工具,螺杆钻具产品简介,螺杆钻具简介,螺杆钻具，又称定排量马达，是一种以钻井液为动力液的井下动力钻具，为容积式马达。,泥浆泵泵出的钻井液从钻柱进入螺杆钻具的马达，在马达的两端形成一定压力差，推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。,工作原理,螺杆钻具产品简介,直螺杆钻具主要用于直井钻井提速，导向螺杆钻具主要用于定向井、水平井的造斜、稳斜或复合钻提速等。,螺杆钻具可分为常规直钻具和导向螺杆钻具两大类。,螺杆钻具简介,螺杆钻具产品简介,导向螺杆钻具,导向螺杆钻具,-,为了钻出一定斜度和方位的井眼，控制井眼的轨迹，螺杆钻具带有一定的弯度，螺杆钻具的万向轴壳体设计为弯壳体，一般为,03,的弯度，来达到一定的造斜率要求。,单弯导向螺杆钻具,万向轴弯壳体,单弯螺杆钻具,-,弯壳体的角度是固定的，即每一根螺杆钻具具有一定的结构弯角，通常完成一定曲率半径的某一井段的钻井作业。而不同井段曲率半径变化较大时，需更换螺杆钻具，达到不同的造斜率要求。,螺杆钻具产品简介,可调弯螺杆钻具,-,可以在钻井平台上随意调整，从而获得满意的造斜、纠偏及直井钻进的能力。减少工具的储备量、提高螺杆钻具的使用率、缩短钻井周期、降低作业成本。,可调弯导向,螺杆钻具,目前可调弯壳体的调整角度一般为,03,，可以满足钻井造斜率要求。,导向螺杆钻具,北京国际石油展上展出的螺杆钻具,螺杆钻具产品简介,培训提纲,培训内容,螺杆钻具简介,螺杆钻具结构及功能,其他组件及功能,旁通阀,流向,变化,马达,输出,动力,万向轴,改变,方向,传动轴,传递,载荷,螺杆钻具基本结构,防掉总成,0,旁通阀总成,螺杆钻具的主要结构,旁通阀,*,螺杆对外接口,钻井液流向改变,旁通阀,*,是螺杆钻具最上部的部件，是与外部的沟通与转换的部件,旁通阀,旁通阀总成,主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、阀口、密封件、孔用挡圈组成。,阀芯,阀套,阀体,阀口,密封件,弹簧,孔用挡圈,旁通阀总成,弹簧,弹簧精密计算，反复试验确保阀的动作灵敏可靠,旁通阀总成,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，此时泥浆流经马达，使其转变成机械能。,泥浆,泥浆,泥浆,泥浆,泥浆,当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。,旁通阀总成,功能,：,有旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，使钻柱中泥浆循环绕过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。,正常钻进时，旁通阀会自动关闭。此时泥浆流经马达，把压力能转换为机械能。,阀 体,阀 芯,阀 口,弹 簧,阀 套,旁通阀总成结构,阀关闭,阀旁通,马达总成,螺杆钻具的主要结构,马达总成,螺杆钻具心脏,决定动力性能,马达总成决定一台螺杆钻具能输出怎样的扭矩和转速。,马达决定性能,耐油,耐温,耐腐蚀,大扭矩,大流量,油基,钻井液,高温,超高温,卤水,饱和盐水,可钻性,ROP,需求,携砂要求,动力需求,马达总成,定子是在钢管内壁上压注并粘结牢固的橡胶衬套。橡胶内孔具有螺旋曲面的形状。,转子是一根经过机械加工并经高硬度表面处理的螺杆，其上端是自由端，下端与万向轴相连。,转子轴线和定子轴线间有一距离，称为偏心距，一般以,e,表示。,定子壳体,橡胶,转子,马达总成,根据钻井泥浆液要求：对转子表面镀铬处理，适用于水基泥浆和油基泥浆；对转子表面喷涂碳化钨，适用于饱和盐水泥浆。,根据井温要求：定子橡胶分,普通定子,和,高温定子,两种。,适应排量要求：转子分,实心转子,和,中空转子,两种。,定子,转子,马达总成,定子,橡胶工艺,控制步骤如下图所示,全检,泥浆浸泡试验,返炼,快检,预热,粘接,喷砂,密炼,成分检验,注胶,清洗,硫化,冷却,拆模,马达总成,马达转子的螺旋线有,单头,和,多头,之分（定子的螺旋线头数比转子多,1,）。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。,1:2,3:4,5:6,7:8,9:10,可根据用户需求，制造转子头数与定子头数比为,1:2,、,3:4,、,5:6,、,7:8,、,9:10,的马达，下图是几种,典型,马达配合的截面轮廊：,马达总成,根据马达线型理论研究结论可知，转子线型和定子线型是一对摆线类共轭曲线副，常用的马达转子若为,N,头摆线线型，则定子为,N+1,摆线线型；转子和定子曲面的螺距相同，导程之比为,N/,（,N+1,）。,1,2,马达总成,马达中转子与定子相互啮合，用两者的导程差而形成螺旋密封腔，以完成能量转换。为了确保密封效果，转子与定子之间的配合尺寸与不同井深、井温有关，在选择钻具时应按不同井况选用不同型号马达。,马达总成,转子,-,带喷嘴的中空转子；,马达的总流量应等于流经马达密封腔流量和流经转子喷嘴流量的总和；,流量,过大,，转子会,超速,运转，定子和转子会出现提前损坏，流量,过小,，马达将,停止转动,；,选择转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封腔流量始终,保持或高于,最小推荐流量值，这样才能使马达正常运转。,中空转子,中空转子马达,-,增加钻头的水马力和泥浆的上返速度,马达总成,功能,：,当具有一定能量的压力液进入转、定子形成的密封腔时，,转子在压力泥浆的驱动下，绕定子轴线旋转，完成液体压力能向机械能的转化，为钻头提供动力。,液压能,机械能,万向轴总成,螺杆钻具的主要结构,万向轴总成,运动转换,控制造斜定向,万向轴总成是螺杆钻具实现造斜导向的关键部件。,球铰式,活瓣式,挠轴式,万向轴总成,壳体,轴体,万向轴总成由两个元件组成：,壳体,和万向轴,轴体,。壳体通过上、下螺纹分别和马达定子壳体下端及传动轴壳体上端连接。,普通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则是一个带有结构弯角的,弯壳体,。,可被弯壳体或可调弯壳体代替,万向轴总成,活瓣式,万向轴,活瓣,外球座,内球座,连接杆,活瓣式万向轴,主要由活瓣、外球座、内球座、连接杆组成。,活瓣式万向轴,作为一种常见的型式，其工作寿命主要受活瓣瓣齿切割形态及表面处理工艺的影响。,万向轴总成,采用数控火焰切割机床,精确控制,瓣齿齿形；,活瓣式,万向轴,通过,理化分析,、,晶向分析,、,产品试验,，提高瓣齿,热处理层,质量、厚度及硬度。,万向轴总成,球铰,式万向轴,球铰式,万向轴与活瓣式万向轴工作时均属于研磨磨损，球铰式的特点是将研磨件保护在油密封中，避免泥浆中固相物质的附加磨蚀。,球铰式万向轴采用优质钢球、球窝表面处理工艺提高其耐磨性；优质橡胶提供良好的密封油套。,万向轴总成,钛金属,具有与优质合金结构钢相当的机械性能，同时具有较低的弹性模量，因此可在较小的尺度实现挠动。,钛合金万向轴,采用进口优质钛合金制造的,钛合金挠轴,，在完美实现动力传递的同时，完全不存在磨损问题，具有极长的使用寿命。,万向轴总成,功能,：将做行星运动的,转子,和做定轴转动的,传动轴,连接起来，把马达转子的,平面行星,运动转化为传动轴的,定轴,转动，同时把马达的输出扭矩及转速通过传动轴传递到钻头。,传动轴总成,螺杆钻具的主要结构,传动轴总成,动力钻压载荷,改变钻井液流向,传动轴总成是螺杆钻具主要承载部件。,型式结构,泥浆润滑传动轴,油密封传动轴,常规钻井,低重度泥浆,高钻头压降,欠平衡钻井,高重度泥浆,低钻头压降,传动轴总成,传动轴总成一般由壳体、水帽、传动轴、推力轴承、径向轴承及其他辅助零件组成。,推力轴承,用来承受钻具在各种工况下产生的,轴向力,。,径向轴承组,则用于对传动轴进行,扶正,，保证其正常工作位置。,水帽,径向轴承,推力轴承组,传动轴,传动轴壳体,传动轴总成,传动轴总成的组成,壳体,下,TC,动圈,下,TC,静圈,下锁紧机构,上,TC,静圈,上,TC,动圈,推力轴承组,轴垫,水帽,传动轴,传动轴总成,传动轴总成的组装,传动轴总成,传动轴是螺杆钻具的关键部件之一，静载荷较大，交变载荷频繁，工况恶劣,传动轴不仅采用高强度合金结构钢，而且通过理论计算、有限元分析，减少危险截面数，降低危险截面应力分布，提高轴的安全系数，有效保证了传动轴的作业安全。,防掉总成,定子过渡接头,防掉总成的组成及组装,卡盘,承拉接头,锁母,防掉总成,过渡接头,锁母和卡盘,承拉接头,泥浆,泥浆,作用：由于异常原因造成壳体断裂、脱扣时，起到防掉的作用；同时使泵压升高，使地面及时发现问题避免造成事故。,防掉总成,BPM,螺杆钻具拥有可靠的,3,层防掉结构，为客户提供坚固的安全底线,第一层，转子上端，保护转子以下各壳体安全,第二层，水帽部位，保护水帽以上各轴体安全,第三层，传动轴处，保护传动轴危险截面安全,防掉总成,BPM,防掉结构，反馈灵敏，一旦发生井下事故，立管压力急剧上升，警示操作者，甚至切断泥浆泵安全销，避免落井事故,培训提纲,培训内容,螺杆钻具简介,螺杆钻具结构及功能,其他组件及功能,代用接头,水平井段及泥浆净化不好的情况下推荐使用代用接头，避免泥浆杂质堵卡旁通阀造成不必要的螺杆失效。,过渡接头,浮阀,代用接头,-,替代旁通阀,其他组件及功能,代用接头,万向轴弯壳体,可调弯壳体,可换稳定器,万向轴弯壳体,单弯壳体,弯点的位置可以按用户要求设置在弯壳体的上部或者下部。对于同样的角度，下部弯点的偏移距小，造斜率高。,万向轴弯壳体,-,单弯壳体、同向双弯、异向双弯,其他组件及功能,代用接头,万向轴弯壳体,可调弯壳体,可换稳定器,万向轴弯壳体（上弯）,万向轴弯壳体（下弯）,万向轴弯壳体,万向轴弯壳体,-,单弯壳体、同向双弯、异向双弯,同向双弯,万向轴壳体上具有两个方向相同的共面弯角。,异向双弯,万向轴壳体具有方向相反的两个共面角度，通常下部弯角的度数是上部弯角度数的两倍。这种结构具有弯角大而偏移距小的特点，造斜率高。,其他组件及功能,代用接头,万向轴弯壳体,可调弯壳体,可换稳定器,可调弯壳体,BPM,可调弯壳体规格,95mm(3 3/4inch),100mm(3 7/8inch),120mm(4 3/4inch),127mm(5 inch),165mm(6 1/2inch),172mm(6 3/4inch),197mm(7 3/4inch),203mm(8 inch),216mm(8 1/2inch),244mm(9 5/8inch),BPM,可调弯壳体有,螺纹联接,和,齿式连接,两种形式。,可调弯角可以根据钻井工艺调整，但小规格螺杆可调范围大，大规格螺杆可调范围小。,其他组件及功能,代用接头,万向轴弯壳体,可调弯壳体,可换稳定器,可调弯壳体,其他组件及功能,代用接头,万向轴弯壳体,可调弯壳体,可换稳定器,可调弯壳体主要由上接头、滑套、内部弯头、下接头组成。,可调弯壳体内部结构,上接头,滑 套,内部弯头,下接头,一般可调弯壳体出厂时角度调为,0,，用户可根据需要现场调节。,可调弯壳体滑套上的角度分级为,0.25,一级，实际可在,0-3,之间选定任意角度。,可调弯壳体,可调弯壳体动画演示,角度标记,工具面,标记槽,上接头,滑套,下接头,可调弯壳体的角度调整范围为,0,3,其他组件及功能,代用接头,万向轴弯壳体,可调弯壳体,可换稳定器,可换稳定器,为了满足钻井使用要求，有些规格的产品可以配备可换稳定器，顾客可以在井场根据钻井情况随时更换适宜的稳定器。,稳定器的形式和外径尺寸对造斜或稳斜的效果影响较大，用户在选用导向螺杆钻具时，应对此予以重视。,直条稳定器,三翼片稳定器,三翼片、五翼片螺旋稳定器,其他组件及功能,代用接头,万向轴弯壳体,可调弯壳体,可换稳定器,可换稳定器,可换稳定器通过螺纹连接在传动轴壳体上，可在钻