螺桿鉆具產(chǎn)品介紹

螺桿鉆具產(chǎn)品介紹

一、螺桿鉆具的介紹

螺旋鉆具是一種漸進(jìn)空腔型容積式孔底動(dòng)力機(jī)，簡(jiǎn)稱螺桿鉆。以泥漿、清水為動(dòng)力介質(zhì)，通過鉆桿中心孔輸送到孔底的螺桿鉆，實(shí)質(zhì)上是把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。鉆探時(shí)，螺桿鉆直接帶動(dòng)連接在其孔底傳動(dòng)軸上的巖心管和鉆頭回轉(zhuǎn)，整個(gè)鉆桿柱僅作為輸送高壓工作介質(zhì)的通道和支撐鉆頭反扭矩的桿件，不作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 采用螺桿鉆鉆探與常規(guī)鉆探相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如鉆桿磨損大幅度下降，鉆速高。它是打定向孔的主要器具，在鉆探領(lǐng)域已發(fā)揮作用。

1955年，美國(guó)克利斯坦森礦山鉆探制品公司根據(jù)莫因諾原理開始研究,于1964年首先取得成功,定名為“戴納鉆”;蘇聯(lián)于70年代初研究成功“凸”型螺桿鉆;中國(guó)地礦部勘探技術(shù)研究所于80年代初研制螺桿鉆成功。至今生產(chǎn)螺桿鉆的國(guó)家有美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)、德國(guó)等。

螺桿鉆最早是用來打垂直孔，現(xiàn)在主要用來打各種定向孔和特種工程孔（如礦井凍結(jié)孔）。最大鉆孔深度達(dá)9023米。目前世界上螺桿鉆最小直徑為44.5毫米，最大直徑為304.8毫米。利用螺桿鉆進(jìn)行巖心鉆探時(shí),應(yīng)在驅(qū)動(dòng)軸與鉆頭間加上巖心管采取巖心。

螺桿鉆由旁通閥、螺桿馬達(dá)（轉(zhuǎn)子和定子）、萬向節(jié)、軸承和驅(qū)動(dòng)軸幾部分組成，其核心是螺桿馬達(dá)。在螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子、定子傳動(dòng)副中,定子齒數(shù)Z1比轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z2多一個(gè):即Z1= Z2+1。它們的齒數(shù)比通常稱為傳動(dòng)比,設(shè)計(jì)時(shí),可任意選擇(1:2,2:3,...,9:10)。設(shè)計(jì)高轉(zhuǎn)速的螺桿鉆應(yīng)采用小齒數(shù)比螺桿馬達(dá)，而設(shè)計(jì)低速大扭矩的螺桿鉆應(yīng)采用大齒數(shù)比螺桿馬達(dá)。隨著轉(zhuǎn)子定子齒數(shù)比的增大,其效率逐漸趨于下降；螺桿鉆的輸出扭矩取決于通過馬達(dá)的工作壓力降，輸出轉(zhuǎn)速取決于通過螺桿馬達(dá)工作介質(zhì)的流量。

鉆探時(shí)，仍然需要鉆探機(jī)、泥漿泵、鉆桿和鉆塔等常規(guī)鉆探裝備。施工定向鉆孔時(shí)，要借助定向儀給造斜工具定向。與螺桿鉆配套使用的造斜工具有彎接頭、彎外管和偏心塊等。采用螺桿鉆施工定向孔能提高鉆孔質(zhì)量，提供精確地質(zhì)資料，節(jié)約進(jìn)尺，降低成本，解決許多無法施工的工程難題，因此，它是鉆探工程的一種特種工具。

螺桿鉆的使用壽命一般為150～200小時(shí)，其薄弱環(huán)節(jié)是定子橡膠耐高溫程度低，軸承易損壞。目前正加緊研制與開發(fā)用于制造定子的抗磨損耐高溫的彈性材料與可靠的軸承系統(tǒng)，從而使螺桿鉆的工作壽命得到顯著提高。并研制低速大扭矩螺桿以適用于鉆深孔和超深孔。

二、螺桿鉆具的組成

螺桿鉆具主要由旁通閥、液馬達(dá)、萬向軸和傳動(dòng)軸等四大總成組成。

螺桿馬達(dá)是鉆具的主要部件，很多實(shí)踐和理論分析結(jié)果表明，如欲使馬達(dá)正常有效地工作，每級(jí)馬達(dá)所能承受的壓降以不超過0.8Mpa為宜,否則馬達(dá)就有漏失。轉(zhuǎn)速很快降低，嚴(yán)重時(shí)則完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)，馬達(dá)損壞。 （馬達(dá)的一個(gè)導(dǎo)程為一級(jí)）

現(xiàn)場(chǎng)使用的泥漿流量應(yīng)在推薦的使用范圍內(nèi)，否則將影響馬達(dá)效率，甚至加大磨損。

螺桿馬達(dá)的性能參數(shù)是螺桿鉆具的主要性能參數(shù)。馬達(dá)的理論輸出扭矩和馬達(dá)壓降成正比，輸出轉(zhuǎn)數(shù)與輸入泥漿流量成正比，隨著負(fù)荷的增加鉆具轉(zhuǎn)數(shù)降低，所以只要控制地面上的壓力表的讀數(shù)和泵的流量，就能控制井下鉆具的扭矩和轉(zhuǎn)速。

三、螺桿鉆具的工作原理

螺桿鉆具是一種以鉆井液為動(dòng)力，把液體壓力能轉(zhuǎn)為機(jī)械能的容積式井下動(dòng)力鉆具。

當(dāng)泥漿泵泵出的泥漿流經(jīng)旁通閥進(jìn)入馬達(dá)，在馬達(dá)的進(jìn)出口形成一定的壓力差，推動(dòng)轉(zhuǎn)子繞定子的軸線旋轉(zhuǎn)，并將轉(zhuǎn)速和扭矩通過萬向軸和傳動(dòng)軸傳遞給鉆頭，從而實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)。

四、螺桿鉆具的使用

螺桿鉆具在出廠前，各部件之間的連接螺紋均已涂厭氧膠，并按規(guī)定力矩上緊，使用前不需要重新緊扣。

（一）、下井前地面檢查

用提升短節(jié)將鉆具提起，入轉(zhuǎn)盤卡瓦內(nèi)，使旁通閥位于轉(zhuǎn)盤之上，裝上安全卡瓦，卸去提升短節(jié)，檢查旁通閥的靈活性，方法是用木棒壓下閥芯，然后松開，閥芯在彈簧力的作用下，恢復(fù)正常，反復(fù)壓下3-5次，閥芯無卡阻，運(yùn)動(dòng)靈活，接著將鉆具旁通孔部位下到鉆盤以下開泵，旁通孔封閉，馬達(dá)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)接頭旋轉(zhuǎn)，停泵后，閥芯復(fù)位，泥漿從旁通孔瀉出，鉆具正常。

（二）、鉆具下入井內(nèi)

1. 鉆具下井時(shí)，嚴(yán)格控制下放速度，以防過快時(shí)馬達(dá)倒轉(zhuǎn)，使內(nèi)部連接絲扣脫扣，同時(shí)防止在通過砂橋、套管鞋等處撞壞鉆具。
2. 當(dāng)下入深井段或遇到高溫井段時(shí)，以及經(jīng)過流砂層井段時(shí)，應(yīng)定期循環(huán)泥漿冷卻鉆具，保護(hù)定子橡膠，防止砂堵。
3. 鉆具接近井底時(shí)要放慢速度，提前循環(huán)后再繼續(xù)下鉆，循環(huán)先小排量，待井口返出泥漿后，再加大排量。
4. 不允許頓鉆或?qū)@具座在井底。

 （三）、鉆具鉆進(jìn)

1. 鉆具鉆進(jìn)前應(yīng)充分清洗井底，并測(cè)循環(huán)泵壓。
2. 開始鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)緩慢加鉆壓，待正常鉆進(jìn)時(shí)，司鉆可用下列公式控制操作： 打鉆泵壓=循環(huán)泵壓+鉆具負(fù)載壓降
3. 開始鉆進(jìn)，鉆進(jìn)速度不宜太快，此時(shí)鉆具和鉆頭都很緊，井底尚未 清洗，易產(chǎn)生鉆頭泥包。
4. 鉆具產(chǎn)生的扭矩與馬達(dá)的壓力降成正比，因此增大鉆壓就能增大扭矩。
5. 均勻送鉆能保證井段的曲線光滑和定向精度。

 （四）、從井眼中起出并檢查鉆具

1. 用清水沖洗旁通閥，用木棒上、下活動(dòng)閥芯，使其能關(guān)閉靈活為止。
2. 用管鉗咬住鉆具，用鏈鉗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)接頭，從旁通閥上部注入清水清洗鉆具內(nèi)部，最后向馬達(dá)內(nèi)注入少量礦物油。
3. 起鉆應(yīng)注意起鉆速度，以防卡鉆損壞鉆具。
4. 測(cè)量鉆具的軸承間隙,如軸承間隙超過最大允差，應(yīng)對(duì)鉆 具進(jìn)行維修，更換新軸承(對(duì)于修井鉆則應(yīng)調(diào)整軸承的軸向間隙)。

 五、螺桿鉆具的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）、優(yōu)點(diǎn)

1. 沖擊和剪切雙重作用破巖，既有牙齒的沖擊又有滑動(dòng)引起的剪切，破巖效率高。
2. 適應(yīng)地層范圍廣，適合在所有地層中鉆進(jìn)。
3. 鉆頭自洗效果好，不容易泥包。
4. 鉆頭成本較低。

（二）、缺點(diǎn)：

1. 由于軸承的壽命和牙齒耐磨性的限制，鉆頭壽命相對(duì)較低；
2. 由于存在薄弱環(huán)節(jié)（如軸承密封與鎖緊部位），經(jīng)常會(huì)造成牙輪脫落，造成鉆井事故；
3. 由于軸承在高轉(zhuǎn)速下壽命較低，因此牙輪鉆頭不適合高轉(zhuǎn)速，一般適合在200轉(zhuǎn)/分以下。
4. 在高溫條件下，鉆頭密封和潤(rùn)滑系統(tǒng)容易損壞，因而不適合高溫地層。
5. 在小井眼中由于牙輪尺寸受到限制，壽命很低，因此不適合小井眼鉆井。
6. 所需鉆壓相對(duì)較高，不適合在易斜地層使用。