螺桿鑽具
正文
一種漸進空腔型容積式孔底動力機，簡稱螺桿鑽。以泥漿、清水為動力介質，通過鑽桿中心孔輸送到孔底的螺桿鑽，實質上是把液體壓力能轉換為機械能的一種能量轉換裝置。鑽探時，螺桿鑽直接帶動連線在其孔底傳動軸上的岩心管和鑽頭迴轉，整個鑽桿柱僅作為輸送高壓工作介質的通道和支撐鑽頭反扭矩的桿件，不作迴轉運動。採用螺桿鑽鑽探與常規鑽探相比有許多優點，如鑽桿磨損大幅度下降，鑽速高。它是打定向孔的主要器具，在鑽探領域已發揮作用。1955年，美國克利斯坦森礦山鑽探製品公司根據莫因諾原理開始研究,於1964年首先取得成功,定名為“戴納鑽”;蘇聯於70年代初研究成功“凸”型螺桿鑽;中國地礦部勘探技術研究所於80年代初研製螺桿鑽成功。至今生產螺桿鑽的國家有美國、俄羅斯、中國、德國等。
螺桿鑽最早是用來打垂直孔，現在主要用來打各種定向孔和特種工程孔（如礦井凍結孔）。最大鑽孔深度達9023米。目前世界上螺桿鑽最小直徑為44.5毫米，最大直徑為304.8毫米。利用螺桿鑽進行岩心鑽探時,應在驅動軸與鑽頭間加上岩心管採取岩心。
螺桿鑽由旁通閥、螺桿馬達（轉子和定子）、萬向節、軸承和驅動軸幾部分組成，其核心是螺桿馬達。在螺桿馬達轉子、定子傳動副中,定子齒數Z1比轉子齒數Z2多一個:即Z1= Z2+1。它們的齒數比通常稱為傳動比i,設計時,i可任意選擇(1:2,2:3,...,9:10)。設計高轉速的螺桿鑽應採用小齒數比螺桿馬達，而設計低速大扭矩的螺桿鑽應採用大齒數比螺桿馬達。隨著轉子定子齒數比i的增大,其效率逐漸趨於下降；螺桿鑽的輸出扭矩取決於通過馬達的工作壓力降，輸出轉速取決於通過螺桿馬達工作介質的流量。
鑽探時，仍然需要鑽探機、泥漿泵、鑽桿和鑽塔等常規鑽探裝備。施工定向鑽孔時，要藉助定向儀給造斜工具定向。與螺桿鑽配套使用的造斜工具有彎接頭、彎外管和偏心塊等。採用螺桿鑽施工定向孔能提高鑽孔質量，提供精確地質資料，節約進尺，降低成本，解決許多無法施工的工程難題，因此，它是鑽探工程的一種特種工具。
螺桿鑽的使用壽命一般為150～200小時，其薄弱環節是定子橡膠耐高溫程度低，軸承易損壞。目前正加緊研製與開發用於製造定子的抗磨損耐高溫的彈性材料與可靠的軸承系統，從而使螺桿鑽的工作壽命得到顯著提高。並研製低速大扭矩螺桿以適用於鑽深孔和超深孔。
參考書目
М.Т．Гусман，ЗабοйНыеВгеНтсВыедыигатели для буpеНиясκВажиН,《Недра》，Москва，1981.
配圖
相關連線
螺桿鑽具結構總領
螺桿鑽具是一種把液體的壓力能轉換為機械能的能量轉換裝置,由旁通閥、馬達、TC軸承、推力軸承、萬向軸、傳動軸和防掉裝置等組成
當高壓液體進入鑽具時，迫使轉子在定子中轉動（定子和轉子組成了馬達），馬達產生的扭矩和轉速通過萬向軸傳遞到傳動軸和鑽頭上，達到鑽井的目的。螺桿鑽具作為井底動力裝置，具有低轉速、大扭矩、大排量等許多優點：
1．增加了鑽頭扭矩和功率，提高了進尺率。
2．減少了鑽桿和套管的磨損和損壞。
3．可準確地進行定向、造斜、糾偏。
4．廣泛套用於直井、水平井、叢式井和修井作業。
首先從旁通閥開始介紹
旁通閥由閥體、閥套、閥芯及彈簧等部件組成，在壓力作用下閥芯在閥套中滑動，閥芯的運動改變了液體的流向，使得旁通閥有旁通和關閉兩個狀態：在起、下鑽作業過程中，閥套與閥體通孔未閉和，旁通閥處於旁通狀態，使鑽柱中泥漿繞過馬達進入環空；當泥漿流量和壓力達到標準設定值時，閥芯下移，關閉旁通閥孔，此時泥漿流經馬達，把壓力能轉變成機械能。當泥漿流量值過小或停泵時，彈簧把閥芯頂起，旁通閥孔處於開啟位置--處於旁通狀態。
其次是馬達的構成。馬達由定子、轉子組成。定子是在鋼管內壁上壓注橡膠襯套而成，其內孔是具有一定幾何參數的螺鏇；轉子是一根有硬層的螺桿。
馬達是螺桿鑽具中的重要部分，針對螺桿鑽具的馬達做詳細介紹：
轉子與定子相互嚙合，用兩者的導程差而形成螺鏇密封腔，以完成能量轉換。
馬達轉子的螺鏇線有單頭和多頭之分。轉子的頭數越少，轉速越高，扭矩越小；頭數越多，轉速越低，扭矩越大。僅以轉子與定子嚙合頭數為5：6和9：10的截面參考。馬達中一個定子導程組成一個密封腔（一級）。每級額定工作壓降約0.8MPa～1.1MPa。壓降超過最大壓降值，馬達就會產生泄漏，轉速很快下降，對馬達也會造成損壞。
為了確保密封效果，轉子與定子之間的配合尺寸與不同井深、井溫有關。
在選擇鑽具時應按不同井況選用不同型號馬達。
現場使用的泥漿流量應在推薦的範圍之內，否則將影響馬達效率，甚至加快馬達磨損。
馬達的輸出扭矩與馬達的壓降成正比，輸出轉速與輸入泥漿量成正比，負載的增加，鑽具的轉速有所降低。
第三點就是螺桿鑽具的萬向軸簡介
萬向軸的作用是將馬達的行星運動轉變為傳動軸的定軸轉動，將馬達產生的扭矩及轉速傳遞給傳動軸至鑽頭。萬向軸多採用撓軸式。
傳動軸在螺桿鑽具中的介紹
傳動軸的作用是將馬達的鏇轉動力傳遞給鑽頭，同時承受鑽壓所產生的軸向和徑向負荷。我公司製造的鑽具傳動軸結構(如圖7所示)已申請國家專利，具有壽命更長、承載能力更高等諸多優點。
防掉裝置
當定子下部各個外殼螺紋鬆脫後，防掉裝置通過轉子防止下部殼體落入井眼中，並且φ120以上規格的鑽具都能夠防止傳動軸軸頭落入井中，具有極大的安全性。
