张明岐,程小元,潘志福

(北京航空制造工程研究所,北京100024)

螺杆钻具又称容积式马达,是油水井修井中常用的一种容积式井下动力钻铣工具,它以液体压力为动力来驱动井下钻具旋转。螺杆钻具的工作原理是通过转子和定子将高压液体的能量转变成机械能。当高压液体通过钻具内孔进入钻具后,在马达的进出口形成一定的压力差。液体在转子与定子形成的多个密封腔中的压力差推动转子沿定子的螺旋方向转动。转子外表面和定子内表面均布置螺旋型槽,转子沿自身的轴线转动,同时还绕定子中心线(与转子的中心线平行)公转,即呈行星运动。转子绕定子为逆时针公转,同时以自身轴线作顺时针自转,以此带动钻头旋转(图1)。其中的螺杆钻具定子结构复杂,制造难度大。

图1 螺杆钻具结构图

螺杆钻具整体长度约为4～8 m,具有低转速、大扭矩、大排量等优点,可用来进行钻进、磨铣、侧钻等作业,是石油钻采工业中广泛应用的一种井下动力钻具,适于钻采直井、水平井、丛式井和修井等。作为钻探工程的特种工具,采用螺杆钻具施工定向孔可有效提高钻孔质量,有效地解决常规方法造成的进尺量大、成本高昂等难题。

1 螺杆钻具定子的结构

常规螺杆钻具定子结构是在金属圆管内壁浇铸具有螺旋曲面型槽的橡胶层(一般为氢化腈材料)(图2),此种结构称为非等壁厚螺杆钻具定子。非等壁厚定子橡胶衬套厚度相差很大,其强度低、承压小、沿程长、受力不均、磨损快,因而在工作中易造成螺杆钻具定子衬套脱落、溶涨、磨损等采油故障,导致螺杆钻具效率低、寿命短,在深井、高密度钻井及小曲率半径水平井的应用中受到了制约。……