螺杆马达部分.ppt

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1、井下千米定向钻进装备与工艺螺杆马达部分煤炭科学研究总院西安研究院研发中心2021年8月28日煤炭科学研究总院西安研究院培训提纲3螺杆马达结构原理4螺杆马达定向成孔工艺5螺杆马达定向钻进试验1国内研究应用现状2螺杆马达与稳定组合钻具优缺点对比6螺杆马达使用注意事项7螺杆马达故障分析煤科院西安研究院率先用螺杆马达组合进行煤矿井下近水平定向孔施工，在大同局四台矿用于探测地质异常体，孔深达302.5m亚美大宁、寺河、白芨沟等矿先后引进澳大利亚VLD定向钻机和螺杆马达配套机具，在国外专家指导下，于2005年和2007年分别施工超过1000m主孔的定向孔两个，孔深为1005m和

2、1023m，并在主孔中进行多个分支钻孔施工煤科院西安研究院承担国家级两大井下定向钻进项目，2008年5月现场试验阶段应用螺杆马达配套机具和随钻测量系统，完成了目前为止国内最深的1046m近水平受控定向钻孔，并侧钻进行多个定向分支孔，真正实现了国产近水平钻进技术和设备机具的配套先后引进9套千米钻机和螺杆马达配套机具用于井下近水平孔定向施工，最深钻孔仅432.15m，孔径96mm90年代中期90年代初期2003年起2005年起90年代中期1国内研究应用现状稳定组合钻具结构示意图2螺杆马达与稳定组合钻具优缺点对比主要由钻杆(普通钻杆、细钻杆、加重钻杆)、钻头(造斜钻头、稳

3、斜钻头、阶梯钻头)和稳定器组成不同定向效果的稳定器结构:螺杆马达组合结构示意图测斜仪无磁钻杆旁通阀马达万向轴传动轴钻头名称稳定组合钻具螺杆马达优点成本低、结构简单、易于操作、对冲洗液性能要求较低对倾角、方位角均能调节、实时随钻测量精确高、定向效果好、对设备能力要求较低缺点不能控制钻孔方位角，倾角只能在一定范围内调节，对设备机具能力要求较高、钻工劳动强度相对较大结构较为复杂、价格相对昂贵、对钻工整体素质要求较高应用范畴定向精度要求不高的较稳定地层较大口径长钻孔定向精度较高的较稳定地层瓦斯抽采长钻孔、地质异常条件探测钻孔优缺点对比:3螺杆马达结构原理螺杆马达分类3.13

4、.2螺杆马达结构组成3.3螺杆马达特性分析3.4螺杆马达工作原理螺杆马达性能测试3.53.1螺杆马达分类按结构特征分类按马达转子端面线型的“头”数分类，螺杆马达可分为单头和多头螺杆马达。多头具有低转速、大扭矩特征。按马达转子与定子头数的关系分类，目前井下常用的为3/4、4/5、5/6等型螺杆马达。按马达的“级”数即定子—转子运动副所包含的定子导程的正倍数进行分类，单头多在3级以上，多头多在2级以上。级数越多，马达可输出的工作力矩值越大。3.1螺杆马达分类此分类方法便于设计制造部门和使用者根据钻孔外径要求选择相应直径的螺杆马达，煤矿井下常用的小口径螺杆马达主要有φ95

5、（33/4）、φ89（31/2）、φ73（27/8）和φ54（21/8）等。按公称直径分类按万向轴壳体结构分类可分为直螺杆马达（无结构弯角）和弯壳体螺杆马达（带结构弯角），直螺杆马达上方加配弯接头主要用于常规定向钻孔，弯壳体螺杆马达主要用于近水平孔、多分支孔、大位移孔等施工。进口φ73螺杆钻具按不同分类方式的主要技术参数表外径mm钻头尺寸mm头数级数长度m排量lpm转速rpm上紧扭矩Nm输出扭矩Nm最大过载拉力kN最大钻压kN7382-1145:633.2113-350140-375162025789273.1螺杆马达分类螺杆马达是一种把液体的压力能转换为机械能的能

6、量容积式正排量动力转换装置，主要由旁通阀总成、螺杆马达（定子、转子）总成、万向轴总成、传动轴总成四大部分组成。采用螺杆马达进行钻进，不需要钻杆旋转，泥浆泵输出冲洗液经旁通阀（或代用接头）进入螺杆马达，在马达进出口形成一定压差，推动马达转子旋转，通过万向轴和传动轴将转速和扭矩传递给钻头，从而达到碎岩的目的。3.2螺杆马达工作原理3.3螺杆马达结构组成螺杆马达结构特征示意图旁通阀在马达的上端，是螺杆马达的辅助部分，有旁通和关闭两个位置。其作用是在起下钻（停泵）时处于旁通位置，由旁通口提供钻柱内外冲洗液的通道，使钻柱中冲洗液不经过马达直接流入环空；当冲洗液流量和压力达到标

7、准设定值时，阀芯下移，旁通口关闭，压力冲洗液全部进入马达，把压力能转化为机械能而正常工作。煤矿井下近水平钻进时，常用代用接头代替旁通阀。冲洗液冲洗液3.3.1旁通阀总成它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成。阀芯阀套筛板阀体隔板隔板密封件弹簧挡圈挡圈3.3.1旁通阀总成防掉接头防掉锁母防掉连杆泥浆泥浆它的作用是防止螺杆由于异常原因造成壳体断裂或脱扣避免落井事故,同时使泵压升高,使地面发现问题及时起钻。3.3.2防掉总成防掉接头防掉锁母防掉连杆3.3.2防掉总成由定子和转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，橡胶内孔是具有一定几何参数的螺