【正文】 ～10%）通過軸承組件，起著冷卻和潤滑軸承的作用。此外，螺桿鉆具傳動軸總成還包括各種常規(guī)扶正器和可換扶正器。扶正器的扶正條形式多種多樣，可以起到較好的穩(wěn)定效果。中成—ERT預(yù)輪廓型螺桿鉆具，是所有中成螺桿鉆具中性能最強的。這種鉆具是為使有效機械鉆速最大化，并且提高造斜能力而設(shè)計的。與常規(guī)螺桿鉆具相比，在長度相等的條件下，ERT預(yù)輪廓型馬達的輸出功率和扭矩提高了近一倍，因而顯著地提高了機械鉆速。預(yù)輪廓馬達所具有的巨大的功率和扭矩，使之能夠更有效地將動力傳遞給鉆頭。此效率使較短　預(yù)輪廓馬達和長度為其兩倍的常規(guī)馬達所產(chǎn)生的機械鉆速相當(dāng)。功率和扭矩得到了極大的提高，歸因于內(nèi)部整體加工的定子輪廓具有均勻的橡膠壁厚。中成公司在螺桿鉆具定子設(shè)計、制造及應(yīng)用方面的大量經(jīng)驗，使之能夠開發(fā)出內(nèi)部輪廓被精密加工的預(yù)輪廓定子。這種定子的特點是具有優(yōu)良的耐用性和承受能力，最好地發(fā)揮出等壁厚技術(shù)的優(yōu)勢。ERT預(yù)輪廓螺桿鉆具的另一優(yōu)點是，能夠使用較短長度的定子，而輸出性能可以和較長的常規(guī)馬達媲美。這樣不但提高了馬達的定向能力，而且由于傳感器位置距離鉆頭更近，也提高了隨鉆測量儀(MWD)和隨鉆測井儀(LWD)的測量精度。該種馬達也是用于驅(qū)動儲層飽和度測井儀的完美選擇。螺桿鉆具是一種發(fā)展較快的井下動力鉆具，隨著鉆井和定向井市場的需要，我公司由原只生產(chǎn)直型鉆具和帶彎接頭的導(dǎo)向螺桿，發(fā)展到今天可生產(chǎn)各種組合的導(dǎo)向螺桿。不僅滿足了鉆井打普通定向井的需要，而且，適合打各類中、長、短水平井的需要，并伴隨開發(fā)了DTU、DKO、FAB三種類型的螺桿組合，這些螺桿組合的特點：a、DTU組合是在螺桿鉆具的萬向軸部分裝有反向雙彎的外殼。由于是反向雙彎，故鉆頭的偏移距較小，這種組合可以開動轉(zhuǎn)盤（低速）實現(xiàn)穩(wěn)斜及水平段鉆進?！∵@種組合既可用來打長曲率半徑的造斜段，也可用來打6176?！?0176。/30m造斜率的中曲率半徑的造斜段，還可用來打穩(wěn)斜段及水平段。它由MWD、DTU馬達及高效鉆頭組成導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的硬件部分，可以實現(xiàn)井眼軌跡的連續(xù)控制。如圖6。圖6 DTU組合b、DKO組合是在螺桿鉆具的萬向軸部分裝有同向雙彎外殼，這種組合的功能基本與DTU相同，但由于雙彎同向鉆頭偏移距稍大，可以有較大的造斜能力。如圖7。圖7 DKO組合c、FAB組合是在螺桿鉆具馬達的上部及下部（萬向軸部分）各裝有一單彎外殼，由于這種組合的鉆頭偏移距很大，因此有很強的造斜能力，是一種強造斜組合，正因為鉆頭偏移距很大，不能開動轉(zhuǎn)盤鉆井，故不能用FAB馬達組成導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。如圖8。圖8 FAB組合（AKO）我廠部分型號導(dǎo)向螺桿鉆具可以選配地面可調(diào)角度彎殼體（單彎殼體），方便顧客根據(jù)鉆井需要在現(xiàn)場改變彎殼體角度，具有較大的靈活性。如圖9。可調(diào)彎殼體的角度調(diào)整范圍為0～3176。（詳見附錄5）。圖9 可調(diào)角度螺桿鉆具（AKO）　導(dǎo)向螺桿鉆具與常規(guī)螺桿鉆具的另一個不同之處在于導(dǎo)向螺桿鉆具的傳動軸殼體上帶有不同形式的扶正器。常用的扶正器形式包括：a、螺旋型扶正器（三翼筋、四翼筋、五翼筋）；b、對稱直筋型扶正器（五翼筋、六翼筋、七翼筋均布）；c、非對稱直筋型扶正器（三筋巴掌式）d、單翼型扶正器螺旋型形扶正器直筋型扶正器　偏心扶型正器球型扶正器Globose Stabilizer非對稱直筋扶正器圖10 傳動軸殼體上的扶正器形式扶正器的形式和外徑尺寸對造斜或穩(wěn)斜的效果影響較大，用戶在選用導(dǎo)向螺桿鉆具時應(yīng)對此予以重視?！榱藵M足鉆井使用要求，有些規(guī)格的產(chǎn)品可以配備可換扶正器，顧客可以在井場根據(jù)情況隨時更換適宜的扶正器。a、 護套b、螺旋型c、對稱直筋型d、非對稱直筋圖11 可換扶正器的形式四、螺桿鉆具的工作條件和參數(shù)螺桿鉆具的使用效果和使用時間，與螺桿鉆具的選型、現(xiàn)場工況以及操作人員的使用密切相關(guān)。因此在螺桿鉆具使用前，井場技術(shù)人員和司鉆應(yīng)該首先了解螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)原理和使用參數(shù)，并按使用手冊的要求合理使用螺桿鉆具?！「鶕?jù)整個井眼的鉆井作業(yè)計劃，制定一個符合螺桿鉆具使用要求的詳細(xì)具體的鉆井作業(yè)計劃，即由鉆井工程師根據(jù)任務(wù)結(jié)合地層結(jié)構(gòu)、井眼孔徑、深度、機械鉆速確定所用鉆頭和螺桿型號，并設(shè)計一個適合的鉆具組合。螺桿鉆具是正容積式馬達，決定鉆具性能的因素是馬達的輸入流量和作用于兩端的壓力降，而不是鉆井液的類型，因而，使用各種類型的泥漿一般均能有效的工作。泥漿比重和粘度對鉆具性能的影響甚微，但對整個壓力有直接影響，s（50厘泊）。泥漿中所含的各種硬顆粒必須予以限制，推薦鉆井液中的含砂量應(yīng)低于1%，若含砂量高于5%，鉆具的壽命將大大縮短。使用油基泥漿或柴油基泥漿時，考慮到油基泥漿中芳香烴對定子橡膠的溶脹和氣　蝕，應(yīng)該控制芳香烴的含量，同時提高油基泥漿的苯胺點。苯胺點指的是油基泥漿中均勻混合的油和苯胺在冷卻時分離成兩相的溫度。普通情況油基泥漿的苯胺點應(yīng)高于70℃，井底溫度較高時苯胺點應(yīng)高于93℃或更高。泥漿中氯化物高時會因為腐蝕縮短馬達的壽命，這一點在井底溫度高時顯得更突出。如果螺桿已在高氯化物含量泥漿中使用，在起出后應(yīng)盡可能在井口沖洗，防止螺桿的腐蝕。中成公司生產(chǎn)的以空氣或泡沫為動力的螺桿鉆具采用了特殊的軸密封措施，并已經(jīng)成功的應(yīng)用于鉆井項目?？諝?泡沫鉆具的突出優(yōu)勢在于它可以在較低轉(zhuǎn)速的條件下進行高扭矩輸出?？諝忏@具不能采用旁通閥結(jié)構(gòu)，并且在使用過程中必須在定子和轉(zhuǎn)子之間添加必要的潤滑物質(zhì)。而且，由于在空氣中含有大量的氧氣，因此必須采取措施防止各個部件的氧化腐蝕。泡沫鉆井液實　際是一種兩相鉆井液，%~25%之間時，鉆井液呈現(xiàn)為泡沫形態(tài)。在這種形態(tài)下，鉆井液的氣相體積含量我們可以用泡沫特征值來衡量。無論是空氣鉆具，還是泡沫鉆具，在使用過程中必須嚴(yán)格遵守操作守則，并應(yīng)特別主意馬達的潤滑，空氣體積要求以及鉆壓數(shù)值要求。在空氣或泡沫鉆具的使用過程中，定子橡膠的應(yīng)變生熱而失效往往是造成鉆具報廢的關(guān)鍵因素。橡膠是一種熱傳導(dǎo)性能很差的材料，在應(yīng)力作用下，由于產(chǎn)生的熱量無法及時進行傳導(dǎo)，往往會導(dǎo)致局部橡膠溫度較高，力學(xué)性能下降。當(dāng)熱量積聚到一定程度時，橡膠的力學(xué)性能無法滿足鉆進的需要，那么就會發(fā)生諸如撕裂，掉塊等現(xiàn)象，從而使鉆具失效。由于空氣本身的傳熱性能很差，因此這個問題在空氣鉆具的應(yīng)用過程中就更加突出。 鉆頭的選擇，尤其是與螺桿鉆具一起使用的鉆頭的選擇是個十分重要的問題。這本是鉆井工程師工作內(nèi)容的一部分，這里所以強調(diào)一下是因為螺桿鉆具是否能成功的發(fā)揮作用的幾個因素中，鉆頭與鉆具的匹配是最重要的了。希望能引起現(xiàn)場使用人員的重視?！∵x擇鉆頭與螺桿鉆具配套使用的因素應(yīng)是： a．鉆井作業(yè)方案及計劃。 b．針對地層需用什么樣的刃部構(gòu)造。 c. 鉆井液流通通道的結(jié)構(gòu)。 d．預(yù)先計劃的機械鉆速。 e．使用該鉆頭，鉆井運轉(zhuǎn)時間的估計。 f．鉆頭水眼壓降的設(shè)計。什么地層結(jié)構(gòu)、地層軟硬使用哪類鉆頭，用什么樣的刃部設(shè)計，請參考有關(guān)鉆頭的專業(yè)書籍。這里僅就使用螺桿鉆具完成各種鉆井作業(yè)，對鉆頭的選擇作些說明。除鉆頭水眼造成的壓降外，希望泥漿流經(jīng)鉆頭底部時別再形成其他較大的壓力損失，因為這對傳動軸組件中的限流器十分不利。尤其當(dāng)鉆頭水眼壓降已達鉆具型號規(guī)定的壓降值，更應(yīng)注意。這對牙輪鉆頭一般不必?fù)?dān)心，但金剛石鉆頭端部液體通道的設(shè)計，就必須考　慮通道過流面積是否可能造成額外過多的壓力損失問題。同時并能保證巖屑及時排出及鉆頭冷卻問題。 牙輪鉆頭一般適用于鉆井周期不長的作業(yè)，如定向造斜、側(cè)鉆等。注意使用螺桿鉆具作業(yè)時，一般鉆頭轉(zhuǎn)數(shù)提高2～3倍，因此鉆頭軸承壽命要因之而縮短。這也提醒我們用牙輪鉆頭時，鉆壓不宜用很大，以維持牙輪鉆頭的壽命。根據(jù)經(jīng)驗，由于轉(zhuǎn)數(shù)提高2～3倍，牙輪鉆頭齒部可比用一般傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤鉆選硬一個等級。例如轉(zhuǎn)盤鉆時用“中硬”級鉆頭，而用螺桿鉆具時，就選“硬”級鉆頭。用螺桿鉆具為防止鉆頭側(cè)面的過速磨損，可在牙輪鉆頭側(cè)面外徑堆焊硬質(zhì)合金予以保護。 金剛石鉆頭不僅適用于定向造斜等，更適用于鉆井周期較長的作業(yè)，如打直井等。在較長周期鉆井作業(yè)中，最重要的因素就是鉆頭與鉆具作為一個整體，不要由于其中哪一部分出了問題，而造成不必要的起下鉆。大家已熟知：金剛石鉆頭較牙輪鉆頭壽命長，而且結(jié)構(gòu)是整體的，具有很多優(yōu)點。金剛石鉆頭與7Y型鉆具匹配是完全合適的。 進一步就是針對各種作業(yè)要求，合理選用什么樣的鉆頭冠部形狀、冠部表面的設(shè)計和布　置、金剛石的尺寸大小和質(zhì)量以及金剛石鉆頭端部泥漿通道系統(tǒng)的設(shè)計。當(dāng)然孤立地只著眼于鉆頭與螺桿是有些局限性，它終歸不是決定壽命和鉆井進尺的唯一因素。其他如改善傳動軸的穩(wěn)定性，例如加穩(wěn)定器對提高鉆具壽命發(fā)揮鉆頭性能都是很有幫助的。但無論如何應(yīng)該了解：合理的金剛石尺寸、金剛石布置的方位、每塊金剛石的鉆壓負(fù)荷這三者與井下鉆具轉(zhuǎn)數(shù)高和所要求的鉆壓小兩者是應(yīng)該考慮合理匹配的。總之，使用螺桿鉆具不對所匹配的鉆頭進行認(rèn)真選擇，要想取得滿意的結(jié)果是困難的，更有甚者，可能使螺桿鉆具過早地?fù)p壞。鉆頭水眼的大小將會影響到螺桿鉆具傳動軸總成的使用壽命。選擇鉆頭水眼大小要適宜，不能過大或過小。如果水眼太小，泵壓達到額定值時，排量可能相對過小，此時馬達不易發(fā)揮出最大效能。對于泥漿潤滑的傳動軸總成，水眼過小，而排量達到額定值時，系統(tǒng)壓力增高，即造成軸承上、下液流壓力過高，這將影響串軸承和徑向軸承壽命，外觀反映為鉆具懸空時，鉆具殼體下端與驅(qū)動接頭間隙增大（也就是驅(qū)動接頭向外竄出）；水眼過大，鉆具承受鉆壓能力降低，軸承得不到良好的潤滑。對于油密封傳動軸總成，水眼過小，　會使密封軸承的內(nèi)外壓差過大，從而損壞密封。溫度過高對螺桿馬達性能十分不利，會使所有不利影響因素加劇作用。使用油基泥漿，井底溫度低于95℃，馬達可進行正常工作。若溫度達到95℃～150℃時，苯胺點及其它不利因素均逐漸達到臨界危害點，而當(dāng)溫度超過150℃時，即使使用最佳的油基泥漿，甚至使用水基泥漿，馬達定子壽命都會大幅度的縮短。為使螺桿在較高溫度的油基泥漿下正常工作，可以采用分段下鉆，間歇循環(huán)，使用帶分流孔的空心轉(zhuǎn)子，以加速泥漿循環(huán)或改善泥漿散熱性及其它性能的方法，保證實際定子工作溫度低于極限值。我公司生產(chǎn)兩種類型的定子。一種是耐溫120℃的常規(guī)定子，其額定工作溫度95℃，最高工作溫度120℃。另一種是耐溫150℃的耐高溫定子，其額定工作溫度135℃，最高工作溫度150℃?！÷輻U鉆具特性之一，輸出轉(zhuǎn)速與輸入泥漿流量成正比。每一種鉆具都有一定的有效工作流量范圍。當(dāng)輸入泥漿流量超過最大流量值，轉(zhuǎn)子就會超速旋轉(zhuǎn)，定子的疲勞負(fù)載就會大大增加，導(dǎo)致定子提前損壞。如果輸入泥漿流量小于最小流量值，馬達的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩就會降低，從而影響其使用效果。因此建議按推薦參數(shù)進行操作，當(dāng)實際使用的泥漿排量超過推薦的最大流量時，可使用中空轉(zhuǎn)子以延長馬達的使用壽命。螺桿鉆具進行空運轉(zhuǎn)時，若保持泥漿流量不變，螺桿鉆具與鉆頭產(chǎn)生的壓降為一常數(shù)值，該值隨螺桿形式和規(guī)格的不同而有所不同。馬達工作時，隨著鉆壓逐漸增加，泥漿的循環(huán)壓力逐漸上升，該壓力的增量與鉆壓或鉆進所需的扭矩的增量成正比。當(dāng)達到最大推薦工作壓力降時，產(chǎn)生最佳扭矩。繼續(xù)增加鉆壓，當(dāng)循環(huán)泥漿在馬達兩端產(chǎn)生的壓降超過最大設(shè)計值時，螺桿將發(fā)生制動。正常工作時，表壓隨鉆壓的增減而升降。如果泵壓表突然增加了幾兆帕，繼續(xù)增加鉆　壓，泵壓不再增加這說明螺桿發(fā)生了制動。此時馬達定子與轉(zhuǎn)子間密封被沖開，泥漿通過不轉(zhuǎn)的馬達從鉆頭水眼流出。這是螺桿的緊急過載保護功能。當(dāng)鉆頭因故障遇卡時，鉆井液在螺桿制動情況下仍可以繼續(xù)循環(huán)流過螺桿。但一旦螺桿發(fā)生制動，應(yīng)迅速將其提離井底降低鉆壓，因為泥漿長時間流過不轉(zhuǎn)的馬達會使螺桿嚴(yán)重?fù)p壞。另外，要使鉆具獲得最佳工作效率和工作壽命，應(yīng)將螺桿兩端壓差控制在推薦參數(shù)范圍內(nèi)。螺桿的輸出扭矩與泥漿流過馬達產(chǎn)生的壓力降成正比，但對螺桿輸出轉(zhuǎn)速的變化幾乎不產(chǎn)生影響。實驗表明，螺桿從空載狀態(tài)到最大有效工作載荷區(qū)，速度降低一般不超過10%。螺桿進入工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)子驅(qū)動鉆頭作順時針轉(zhuǎn)動，同時在鉆具殼體上產(chǎn)生一反作用扭矩，該扭矩向上傳遞到整個鉆柱上，會引起螺桿以上各聯(lián)接絲扣緊扣或引起螺桿定子殼體以下聯(lián)接絲扣松扣。反扭矩隨鉆壓增加而增加，當(dāng)螺桿制動時，其值達到最大值。中成螺桿鉆具在工作中軸向上存在如下各力（如圖12）F:轉(zhuǎn)子、萬向軸、傳動軸及鉆頭重量F△pm：馬達兩端壓降產(chǎn)生的軸向液壓推力F△pb：鉆頭水眼壓降所產(chǎn)生的軸向力W：鉆壓設(shè)向下作用力：F+ F△pm + F△pb =C那么推力軸承負(fù)荷Lb=F+F△pm +F△pb W=CW圖12推力軸承設(shè)計用來承受軸向載荷的合力，并將其傳遞給螺桿殼體，理想狀態(tài)，合力為零，軸承不受載，此時軸承壽命最長，用這種方法平衡鉆壓，可延長軸壽命。 負(fù)載分析狀態(tài)：CW離井底推力軸承受載 C=W軸承不受載（平衡點）　 CW坐井底推力軸承受載如何確定合適的鉆壓，我們制定了一個水力推力和鉆壓平衡圖，供用戶在工作中參考。 現(xiàn)場經(jīng)常有這樣的情況，螺桿使用后，尚未回收經(jīng)過維修中心修復(fù)或現(xiàn)場使用認(rèn)為時間不長，想再次使用。可遵循下列步驟，以確定鉆具傳動軸總成的壽命是否能滿足不回修而再次使用的要求。螺桿在使用之后，將它放在鉆臺上，進行下列工作。 第一步：用吊卡將螺桿吊起來，仔細(xì)測量并記錄下短節(jié)和驅(qū)動接頭之間的間隙尺寸D1。第二步：將鉆具座在鉆臺上，用鉆具自身重量壓縮軸承總成，再次測量并記錄下短節(jié)和驅(qū)動接頭之間的間隙尺寸D2。表3為軸承所允許的間隙值，供用戶參考判斷螺桿可否重復(fù)使用。 表3 軸承間隙鉆具規(guī)格（外徑）間隙D1D280（31/8″）3mm89