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无磁钻具概况


       无磁钻具,是一种以钻井液为动力,把液体压力能转为机械能(mechanical energy)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(rotor)绕定子的 轴线旋转,并将转速和扭矩通过(tōng guò)万向轴和传动轴传递给钻头,从而实现钻井作业。
      概况
       一种渐进空腔型容积式孔底动力机,简称无磁钻具。无磁钻具在螺杆钻具提出到旁通阀位置后,卸下旁通阀口上各部件,用清水从旁通阀顶部进行冲洗,然后使用木棒或锤柄等将阀芯按下、松开使其移动无阻。清洗完毕,拧上提升短节,提出螺杆钻具。以泥浆、清水为动力介质(起决定作用的物质),通过钻杆中心孔输送到孔底的 无磁钻具,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,无磁钻具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。采用无磁钻具钻探与常规钻探相比有许多优点,如钻杆磨损(零部件失效的一种基本类型)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。

      1955年,美国克利斯坦森矿山钻探制品企业(Company)根据莫因诺原理开始研究(research),于1964年首先取得成功,定名为“戴纳钻”;苏联于70年代初研究成功“凸”型无磁钻具;中国地矿部勘探技术研究所于80年代初研制无磁钻具成功。至今生产无磁钻具的 有美国、俄罗斯、中国、德国等。

       无磁钻具早是用来打垂直孔,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。目前世界上无磁钻具小直径为44。5毫米,更大直径为304。8毫米。利用无磁钻具进行岩心钻探时,应在驱动轴与钻头间加上岩心管采取岩心。

       无磁钻具由旁通阀、螺杆马达(转子(rotor)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。导斜器现场使用的泥浆流量应在推荐的使用范围内,否则将影响马达效率,甚至加大磨损。螺杆马达的性能参数是螺杆钻具的主要性能参数。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 无磁钻具应采用小齿数比螺杆马达,而设计低速大扭矩的 无磁钻具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;无磁钻具的 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(起决定作用的物质)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。无磁钻具在螺杆钻具提出到旁通阀位置后,卸下旁通阀口上各部件,用清水从旁通阀顶部进行冲洗,然后使用木棒或锤柄等将阀芯按下、松开使其移动无阻。清洗完毕,拧上提升短节,提出螺杆钻具。施工定向钻孔时,要借助定向仪给造斜工具定向。与无磁钻具配套使用的 造斜工具有弯接头、弯外管和偏心块等。采用无磁钻具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。

       无磁钻具的 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,抗腐蚀耐高温的 弹性材料与可靠的 轴承系统,从而使无磁钻具的 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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