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空气螺杆钻具在气体钻井中的应用

王春阳1,任宪可，于振祥，李良君，王永，汤娟
（中国石油渤海装备中成机械制造公司）
摘要：专为空气钻井用的空气螺杆钻具在国内已经研制成功并逐渐得到应用。空气螺杆
钻具拥有特殊线型的马达和密封传动轴及万向轴。在使用中应该注意避免“飞车”，润滑定
转子，增加浮阀、防止氮气爆炸性解压。目前国产空气螺杆钻具还存在寿命短、动力差、飞
车、操作控制难的弱点，提出改进马达设计、增大气体排量等建议。
关键词：空气螺杆钻具；马达；飞车；扭矩
ApplicationsoftheAirPositivedisplacementMotorinAirDrilling
Wangchun-yang,Renxian-ke
(ZhongchengMachineryManufacutringCompanyofBohaiEquipment,CNPC)
Abstract:TheairPositivedisplacementMotor(PDM)specializedfortheairdrillingis
developedsuccessfullyathome,whichisgraduallyused.TheairPositivedisplacementMotoris
possessedofmotorthatisSpeciallinear,sealeddriveshaftassemblyandUniversalshaftassembly.
Weshouldbetakentoavoid"runaway"inuse,lubricatestatorandrotor,mountthefloatvalve,
preventedthenitrogenexplosivedecompression.AtpresentdomesticairPositivedisplacement
Motorhavemanyshortsomeingsincludeshortlifespan,weakpowerspeeddriving,difficult
operationalcontrol,Wesuggestthatimprovingthedesignofmotor,increasingthevolumeofgas
andsoon.

Keywords:AirPositivedisplacementMotor；Motor；Runaway；Torque
近年来随着钻井技术的发展，气体钻井作为欠平衡钻井的一种，得到发展和
应用，气体钻井由于其能够很好的保护油气藏、提高机械钻速、明显缩短钻井周
期、防止井漏井塌事故，因此越来越受到人们的重视，并在逐步推广应用。与空
气钻井相配套的钻完井工艺及工具也得到了完善和发展。在钻井工艺方面空气钻
直井、定向井、水平井工艺技术得到很好的应用，同时制氮装置、空压机、空气
锤、空气螺杆钻具等配套工具也不断地改进和完善[1]。
空气螺杆钻具是用气体、泡沫等可压缩流体作为介质驱动，为井下提供动力，
驱动钻头破岩。在钻定向井、水平井及各类特殊工艺井方面起到重要的作用。国
外在1960年就开始了进行空气螺杆的研制，进入本世纪才开始形成规格φ80～
φ244规格的空气螺杆钻具，主要公司为BakerHughes、National、Schlumberger、
Roper、Wertherford、Dyna-drillRobbins&Myers等，国内空气螺杆钻具的研制在
近几年来也得到长足的发展，中石油下属的渤海石油装备中成机械制造分公司、
北京石油机械厂都开发出从φ95～φ244规格的空气螺杆钻具并得到了现场应
用。
一、空气泡沫螺杆钻具的结构特点
普通泥浆驱动螺杆钻具有四部分结构组成，包括旁通阀总成、马达总成、万
向轴总成和传动轴总成组成，而空气螺杆钻具与其有所不同，主要区别在于作为
空气介质驱动的螺杆钻具没有旁通阀总成，因为气体流不足以引起旁通阀关闭，
取而代之的只是一个中空接头。
马达总成由定子和转子组成，转子是一根表面镀铬的钢制螺旋杆，其上端悬
空，下端接万向轴，定子包括钢制外筒和内壁衬螺旋橡胶套，橡胶套头数比转子
多一头，与转子形成螺旋曲面的型腔[2]。转子在空气压力的驱动下，绕定子轴线
左行星运动，将压力能转化为机械能，如图1。
万向轴总成的作
用:将转子的偏心运
动转化成传动轴的定
轴运动，如图2。
传动轴总成作
用：传动轴总成的作
用是将马达的旋转动
力传递给钻头，同时
承受钻压所产生的轴图1马达总成
向和径向负荷。
部分螺杆钻具还
要在顶部加一个气动限速阀，作为动力装置的马达是专用的空气马达，万向轴和
传动轴是采用全密封的。这主要是因为空气作为螺杆钻具的驱动的介质其润滑性
差，携带热量的能力弱。
下面介绍空气螺杆钻具的结构特点：
1、用于空