现代钻井机械概论

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1、1第五章　钻井井下动力钻具参考书：苏义脑．螺杆钻具研究及应用．石油工业出版社．20012井下动力钻具是指能把钻井液的能量转化为钻井破岩动力的井底钻具,由于井下动力钻具(井底马达)具有高转速,可以显著提高机械钻速,特别是与PDC钻头配合使用将大大地提高钻井速度。井下动力钻具接在钻杆下端，随钻杆一起下入井底，直接驱动钻头旋转破碎岩石进行钻井。3利用井下动力钻具钻井的优点：1）钻杆不转，只承受钻井的反扭矩。改善钻柱的受力状况，减少钻柱和套管的磨损和破坏；2）增加破碎岩石的有效功率，提高机械钻速，增加单只钻头进尺，减少钻井成本；

2、3）实现井身轨迹的定向控制和快速准确中靶井下动力钻具可分为液力驱动和电驱动两类，概括起来主要有电动钻具、涡轮钻具和螺杆钻具。41、电动钻具1）输出转速为1200r/min以上，多级减速器结构复杂，可靠性差；2）井下电动机的绝缘性和密封性能要求严格，电枢绕组失效后修复困难；3）三牙轮钻头的纵向振动厉害，电动钻具的工况恶劣，使用寿命仅有30~40h。20世纪40年代末，电动钻具随着涡轮钻具的发展而逐渐被淘汰。52、涡轮钻具靠高压液流通过涡轮，把液体能转变为中心轴上的机械能，带动钻头破碎岩石。由成百对串联地装在外壳内的涡轮定子

3、和转子以及轴承、中心轴等组成。涡轮定子和转子的叶片呈反向弯曲，高压泥浆沿定子叶片的偏斜方向流动,有力地冲击转子叶片,使转子带动中心轴旋转。与电动钻具相比有明显的优点：输出性能柔和，转速稍低（约800r/min左右），无特殊的绝缘和密封要求，制造精度容易保证，使用操作相对简单。6涡轮钻具也有致命弱点：1）输出转速高，超过了牙轮钻头的最佳额定工作转速范围（100~270r/min）；2）压降耗能大，降低了钻头的水马力，影响了井底清洗和钻头破岩效果；3）整机尺寸过长，不能满足定向井、大斜度井的钻井工艺要求；4）功率低。这些不足

4、限制了涡轮钻具在新的钻井技术中的推广和应用。73、螺杆钻具（定排量容积式马达PDM）其工作原理与螺杆泵相反，是把钻井液的液压能转换为机械能。靠高压泥浆通过定、转子通道，驱动转子在定子螺线形通道中旋转，产生扭矩，带动钻头破碎岩石。由装在外壳内的螺线形转子及带螺线形通道的橡胶定子衬套以及转轴、轴承等组成。其输出转速与泵排量成正比，扭矩与泵压、钻压成正比，通过泵压可间接指示钻压。因转速较低，使用牙轮钻头钻进比较有利。。克服了涡轮钻具的某些弱点。8性能上，具有低速大扭矩特征，压力降5.0MPa以下，单头螺杆钻具的输出钻速低于40

5、0r/min，多头螺杆钻具的输出转速为90~150r/min，适合与牙轮钻头配套钻井。结构上，零部件少，装配简单，维修工作量小，小尺寸规格的钻具也容易制造。在相同功率下螺杆钻具的长度短，且启动功率小，整机长度约4~8m，比较适合于定向井和水平井的钻井工艺要求。9一、国外螺杆钻具发展概况20世纪30年代，法国工程师R.莫依若根据对阿基米德螺旋泵的研究成果设计了单螺杆泵。1955年，美国戴纳公司在单螺杆泵的基础上研制开发单螺杆钻具，名为“戴纳钻”于1968年起开始生产出售，一时占领了世界市场。到80年代中期，美国的迪纳钻具已

6、发展成两个系列10种规格，纳维钻具有两个系列14种规格。§5.1国内外螺杆钻具的发展概况10前苏联1966年开始研制螺杆钻具，90年代Л型螺杆钻具在苏联得到发展，已将制造许可证转让给法国和英国公司（取名Drilex）。美国和西欧几乎90%的大、中曲率半径水平井的定向造斜和水平段都是由螺杆钻具完成的。§5.1国内外螺杆钻具的发展概况111、国外主要生产公司目前国外螺杆钻具的生产厂家主要集中在美国和加拿大。BakerHughse公司、Telco（美国）、DERCO（加拿大）、ANADRILL（美国），NationalOilw

7、ellInc（美国）、Nryrfor-WeirLtd（法英跨国联营）、Simth公司以及DANA-DRILL公司、DRILLMOTORSERVICES公司。另外还有许多研究机构像苏联VNIIBT、彼尔姆分院、法国石油研究院（IFP）。§5.1国内外螺杆钻具的发展概况122、主要产品及性能国外螺杆钻具寿命一般都在200h-300h以上，主要以美国的产品为代表，著名的品牌有Dyna-Drill、Navi-Drill、PowerPark、Speey-sun。1）Anadrill螺杆钻具Anadrill公司的螺杆钻具自1991年

8、问世以来，采用了先进技术，是当今最好的螺杆钻具，螺杆钻具的外径从73mm～287.5mm可选。§5.1国内外螺杆钻具的发展概况132）迪纳螺杆钻具（DynaDrill）迪纳钻具在原单瓣螺杆钻具的基础上做了很大的改动，向多瓣和多级马达发展，使产品进一步现代化，出现了了500、1000、F2000型三大系列产品，规格从4