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螺杆钻具简介

人气:920 发表时间:2019-12-28

      螺杆钻具(PDM drill),是一种以钻井液为动力,把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达,在马达的进、出口形成一定的压力差,推动转子绕定子的轴线旋转,并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头,从而实现钻井作业。

一种渐进空腔型容积式孔底动力机,简称螺杆钻。以泥浆、清水为动力介质,通过钻杆中心孔输送到孔底的螺杆钻,实质上是把液体压力能转换为机械能的一种能量转换装置。钻探时,螺杆钻直接带动连接在其孔底传动轴上的岩心管和钻头回转,整个钻杆柱仅作为输送高压工作介质的通道和支撑钻头反扭矩的杆件,不作回转运动。采用螺杆钻钻探与常规钻探相比有许多优点,如钻杆磨损大幅度下降,钻速高。它是打定向孔的主要器具,在钻探领域已发挥作用。

       螺杆钻具最早是用来打垂直孔,主要用来打各种定向孔和特种工程孔(如矿井冻结孔)。更大钻孔深度达9023米。目前世界上螺杆钻最小直径为44.5毫米,更大直径为304.8毫米。利用螺杆钻进行岩心钻探时,应在驱动轴与钻头间加上岩心管采取岩心。


       螺杆钻具由旁通阀、螺杆马达(转子和定子)、万向节、轴承和驱动轴几部分组成,其核心是螺杆马达。在螺杆马达转子、定子传动副中,定子齿数Z1比转子齿数Z2多一个:即Z1= Z2+1。它们的齿数比通常称为传动比,设计时,可任意选择(1:2,2:3,...,9:10)。设计高转速的螺杆钻应采用小齿数比螺杆马达,而设计低速大扭矩的螺杆钻应采用大齿数比螺杆马达。随着转子定子齿数比的增大,其效率逐渐趋于下降;螺杆钻的输出扭矩取决于通过马达的工作压力降,输出转速取决于通过螺杆马达工作介质的流量。


       钻探时,仍然需要钻探机、泥浆泵、钻杆和钻塔等常规钻探装备。施工定向钻孔时,要借助定向仪给造斜工具定向。与螺杆钻配套使用的造斜工具有弯接头、弯外管和偏心块等。采用螺杆钻施工定向孔能提高钻孔质量,提供地质资料,节约进尺,降低成本,解决许多无法施工的工程难题,因此,它是钻探工程的一种特种工具。


       螺杆钻具的使用寿命一般为150~200小时,其薄弱环节是定子橡胶耐高温程度低,轴承易损坏。加紧研制与开发用于制造定子的抗磨损耐高温的弹性材料与可靠的轴承系统,从而使螺杆钻的工作寿命得到显著提高。并研制低速大扭矩螺杆以适用于钻深孔和超深孔。


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