螺桿鉆最早是用來打垂直孔,主要用來打各種定向孔和特種工程孔(如礦井凍結(jié)孔)。最大鉆孔深度達(dá)9023米。目前世界上螺桿鉆最小直徑為44.5毫米,最大直徑為304.8毫米。利用螺桿鉆進(jìn)行巖心鉆探時,應(yīng)在驅(qū)動軸與鉆頭間加上巖心管采取巖心。
螺桿鉆由旁通閥、螺桿馬達(dá)(轉(zhuǎn)子和定子)、萬向節(jié)、軸承和驅(qū)動軸幾部分組成,其核心是螺桿馬達(dá)。在螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子、定子傳動副中,定子齒數(shù)Z1比轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z2多一個:即Z1= Z2+1。它們的齒數(shù)比通常稱為傳動比,設(shè)計時,可任意選擇(1:2,2:3,...,9:10)。設(shè)計高轉(zhuǎn)速的螺桿鉆應(yīng)采用小齒數(shù)比螺桿馬達(dá),而設(shè)計低速大扭矩的螺桿鉆應(yīng)采用大齒數(shù)比螺桿馬達(dá)。隨著轉(zhuǎn)子定子齒數(shù)比的增大,其效率逐漸趨于下降;螺桿鉆的輸出扭矩取決于通過馬達(dá)的工作壓力降,輸出轉(zhuǎn)速取決于通過螺桿馬達(dá)工作介質(zhì)的流量。
鉆探時,仍然需要鉆探機(jī)、泥漿泵、鉆桿和鉆塔等常規(guī)鉆探裝備。施工定向鉆孔時,要借助定向儀給造斜工具定向。與螺桿鉆配套使用的造斜工具有彎接頭、彎外管和偏心塊等。采用螺桿鉆施工定向孔能提高鉆孔質(zhì)量,提供精確地質(zhì)資料,節(jié)約進(jìn)尺,降低成本,解決許多無法施工的工程難題,因此,它是鉆探工程的一種特種工具。
螺桿鉆的使用壽命一般為150~200小時,其薄弱環(huán)節(jié)是定子橡膠耐高溫程度低,軸承易損壞。加緊研制與開發(fā)用于制造定子的抗磨損耐高溫的彈性材料與可靠的軸承系統(tǒng),從而使螺桿鉆的工作壽命得到顯著提高。并研制低速大扭矩螺桿以適用于鉆深孔和超深孔。
1、鉆井液要求:螺桿鉆具對于各種泥漿都能有效地工作,包括油基泥漿、乳化泥漿和粘土泥漿,甚至清水等。泥漿粘度和比重對鉆具的影響很小,但對整個系統(tǒng)的壓力有直接影響,如果推薦排量下的壓力大于額定泵壓值,就得減少泥漿排量,或者有必要降低通過鉆具和鉆頭的壓力降。泥漿中的砂粒等雜質(zhì)會影響鉆具性能,加速軸承和馬達(dá)定子的磨損,因此泥漿中含砂量必須控制在1%以下。每種型號的鉆具都有自身的輸入流量范圍,只有在此范圍內(nèi)鉆具才能有較高的效率,一般應(yīng)取輸入流量范圍的中間值為最佳輸入流量值。
2、泥漿壓力要求: 鉆具懸空時,排量不變,則通過鉆具的泥漿壓力降也不變,隨著鉆頭 接觸井底鉆壓增加時,泥漿循環(huán)壓力增加,泵壓也增加,司鉆可用以下公式來控制操作: 打鉆泵壓=循環(huán)泵壓+鉆具負(fù)載壓降 循環(huán)泵壓就是鉆具沒有接觸井底時泵壓,也叫離底泵壓,鉆具加大扭矩,泵壓就要上升,這時壓力表的讀數(shù)就叫打鉆泵壓。離底泵壓不是一個常數(shù),它隨井深和泥漿的特性變化而變化,但實際操作中,無必要隨時測取循環(huán)泵壓的精度值,一般取每次接單根后的離底泵壓為近似值,這樣做完全可以滿足公式的精度要求。鉆具在工作中,打鉆泵壓達(dá)到最大推薦壓力時,鉆具產(chǎn)生最佳扭矩繼續(xù)增加鉆壓將增加泵壓,當(dāng)超過最大設(shè)計壓力時,馬達(dá)可能會制動,此時應(yīng)立即降低鉆壓,以防鉆具內(nèi)部損壞。