螺杆钻具结构原理.doc

1、螺杆钻具结构
螺杆钻具是一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置,由旁通阀、马达、TC轴承、推力轴承、万向轴、传动轴和防掉装置等组成(如图1所示)。
当高压液体进入钻具时，迫使转子在定子中转动（定子和转子组成了马达），马达产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴和钻头上，达到钻井的目的。螺杆钻具作为井底动力装置，具有低转速、大扭矩、大排量等许多优点：
增加了钻头扭矩和功率，提高了进尺率。
减少了钻杆和套管的磨损和损坏。
可准确地进行定向、造斜、纠偏。
广泛应用于直井、水平井、丛式井和修井作业。

旁通阀由阀体、阀套、阀芯及弹簧等部件组成(如图2所示)。在压力作用下阀芯在阀套中滑动，阀芯的运动改变了液体的流向，使得旁通阀有旁通和关闭两个状态：在起、下钻作业过程中，阀套与阀体通孔未闭和，旁通阀处于旁通状态，使钻柱中泥浆绕过马达进入环空；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，把压力能转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔处于开启位置--处于旁通状态。

马达由定子、转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，其内孔是具有一定几何参数的螺旋；转子是一根有硬层的螺杆 (如图3所示) 。
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。
马达转子的螺旋线有单头和多头之分。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。仅以转子与定子啮合头数为5：6和9：10的截面参考。(如图4、图5所示)。


马达中一个定子导程组成一个密封腔（一级）。～。压降超过最大压降值，马达就会产生泄漏，转速很快下降，对马达也会造成损坏。
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。
现场使用的泥浆流量应在推荐的范围之内，否则将影响马达效率，甚至加快马达磨损。
马达的输出扭矩与马达的压降成正比，输出转速与输入泥浆量成正比，负载的增加，钻具的转速有所降低。

中空转子可增加钻头液压动力和泥浆上返速度，马达的总流量等于流经马达及转子喷嘴的总和，流经该马达的液体流量过大，马达将停止转动。因此选择中空转子马达时，应确保马达密封腔流量在正常工况。

在泥浆密度、喷嘴尺寸和马达流量一定时，起钻时马达负载近似为零，流经转子喷嘴流量最小，而流经马达密封腔的流量最大。相反，钻头钻进，马达压差不断增加，流经转子喷嘴流量增加，同时，流经马达密封腔流量减少。流经马达密封腔的流量为Q1，通过马达喷嘴的流量Q2，Q总=Q1+Q2。用户可依据使用需要随时更换不同直径喷嘴，从而达到理想的效果。
表1：
喷嘴直径
（ in）
泥浆密度
马达两端压力降(psi)
1
流经转子水眼流量
12/32

40
56
69
80

36
51
63
73

33
47
58
66

31
43
53
62
18/32

90
127
155
179
10.
64
12.
50
14.
8
表2： 中空转子所配喷嘴尺寸
喷嘴号
喷嘴直径
喷嘴号
喷嘴直径
in
mm
in
mm
07
7/32

16
16/32

08
8/32

17
17/32

09
9/32

18
18/32

10
10/32

19
22/32

11
11/32

20
24/32

12
12/32

21
28/32

13
13/32

22
30/32

14
14/32

23
32/32

15
15/32

24
万向轴总成
万向轴的作用是将