斯伦贝谢的马达手册

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1、 Anadrill PowerPak Steerable Motor Handbook1.0 介绍1.1 钻井马达的发展1.2 PowerPak马达的设计和测试1.3 应用2.0 PowerPak马达描述2.1 顶部接头2.2 动力部分2.3 传动部分2.4 轴承部分和驱动轴2.5 弯壳部分和连接扣型3.0 作业3.1 常用参数3.2 狗腿严重度限制3.3 工作准备3.4 马达的现场操作3.5 空气钻井3.6 短半径钻井3.7 打捞马达4.0 地质导向系统5.0 操作参数6.0 司钻手册1。2 PowerPak 的设计和测试 PowerPak 马达是根据DD的要求而设计的，特别需要强调的是，粗

2、糙，朴素，已证明的技术已经转变为了在工作现场占优势的，可信赖的作业。 Anadrill 遵循使井底系统接近最小的噪音对MWD测量数据的干扰，以及确保PowerPak 马达不会限制排量和其它的钻井作业的原则。为期18个月的系统分析和部件测试计划开始于1990年。这项综合计划包括全尺寸的的功率计和钻机操作测试，利用位于Texas Sugar Land 的Anadrill的先进的测试设备。已设计一项工程维修计划，包括时间表和部件跟踪。 从早在1992年的采用开始，PowerPak马达已经连续地达到或接近设计目标，为了它的可靠性，操作和维修成本，而且，对于改进效率和降低钻井成本，已经建立了一个新的标准

3、。PowerPak马达特性l PowerPak 导向马达设计有标准组件，以使它们能够在对MWD干扰最小的情况下适应更广泛的定向井作业。可以通过马达部件的选择，优化其在任何一种钻井条件下的作业。l PowerPak 马达的泥浆润滑轴承特性适合恶劣的钻井环境。l 多种多样的定转子形状允许PowerPak 马达可用于低速高扭和高速低扭这两种情况。l 地面可调节弯壳体（SAB）改进了效率，增加了在现场的钻井控制能力。l 锻钢驱动轴提高了马达的强度。l 密封的传动组合阻止泥浆损害，从而提高了马达寿命。l 轴承部分更紧凑，可以放置接近钻头的弯壳体，从而进一步提高了定向作业能力。l 碳化钨镀层的径向轴承和多

4、层轴向轴承组成了一体化的轴承部分。l 为了优选旋转钻井参数和最小的钻头磨损，PowerPak 轴承可以装置在钻台上可换的套筒式稳定器，或者整体的翼式稳定器。1。3 应用 多种多样的PowerPak 马达使它们成为直井钻井和定向钻井的理想马达，它们同样在取心，划眼，磨铣，底盘钻井和其它的作业。直井钻井 在直井钻井中，PowerPak 马达起到了一种直井钻井工具的作用，用于提高机械钻速和减小由于钻柱旋转造成的套管磨损。定向钻井 结构紧密的设计和高扭矩的输出使PowerPak 马达对常规定向钻井和导向钻井而言都是非常理想的，对常规定向钻井，可以使油井轨迹沿着设计线钻进;对地质导向钻井而言，油井或泄油

5、孔被导向钻进，随着地质的，流体的，以及构造边界的判断，非常完美地钻达理想油层。 对常规定向钻井而言，在位于传动部分的可调弯壳体和位于轴承部分的稳定器允许PowerPak 马达既可以定向钻井（滑动），也可以旋转钻井。在旋转钻井方式下，钻头和钻柱同时转动，钻柱的转动抵消了弯壳体的影响，钻头可以钻出一条与弯壳体之上的钻柱的轴向平行的直线轨迹。 在滑动钻井方式下，只有钻头转动，马达使油井轨迹沿着弯壳体的方向钻进，而钻柱沿着钻头的方向向下滑动。在这种方式下，马达就如同常规定向钻井一样，利用它来造斜或纠方位。 PowerPak 马达使用一种钻具组合来完成整个井眼的钻井成为可能，且可以获得多种井眼尺寸组合和

6、造斜率。 在以上提到的应用中，PowerPak 马达的可调弯壳体能够在钻台快速地组装，弯壳体的角度在02度和3度的范围。PowerPak 特别的弯曲马达拥有04度的地面调节结构。 PowerPak 马达由以下三部分组成：l 动力部分：由定子和转子组成，其将水力能转换为机械的旋转能量l 传动部分：将由动力部分提供的旋转传输给由轴承部分和可调弯壳体组成的一体化部分。l 轴承部分：在钻进时，支撑来自径向的和轴向的负荷，并通过驱动轴将旋转驱动传输给钻头。2。0 PowerPak 马达描述 2。1 顶部接头 PowerPak 马达的顶部接头可以是一个转换接头，旁通阀，浮阀或柔性接头，过去，PowerPa

7、k 马达使用旁通阀作为顶部接头，然而，在大多数情况下，没必要使用旁通阀，虽然PowerPak 的旁通阀是可靠的，但是，如果没有要求，不推荐使用旁通阀，而使用转换接头。转换接头 对PowerPak 马达而言，转换接头是一个有常规母扣和与定子相连的非标的公扣的接头，对大多数作业而言，转换接头被用于作为马达的顶部接头，而旁通阀，浮阀接头，柔性接头只有在必须的时候才使用。旁通阀 旁通阀位于马达动力部分的顶部，在下钻时，旁通阀允许泥浆通过它而使钻杆灌满泥浆，起钻时，泄出泥浆。PowerPak 马达的旁通阀同样担当了转换接头的作用，与定子的母扣相连，形成一个标准API扣。 当循环排量较低或没有循环时，弹簧

8、在向上的位置阻止了活塞，保持阀孔打开，可使泥浆进出钻柱。对马达来说，当入口处的排量大于最小排量时，活塞向下移动，关闭阀孔，泥浆直接通过马达。当循环停止，活塞释放，阀孔重新打开。浮阀接头 PowerPak 马达的浮阀接头与浮阀是一体化的，它同时充当常规API扣Anadril 扣之间的转换接头。柔性接头 对恶劣的钻井条件而言，柔性接头被用来作为PowerPak 马达的顶部接头，同时起转换接头的作用，有可能包括浮阀。在下列情况下，柔性接头接头被用到：l 频繁的马达失速（制动）l “摆动”钻具组合以利于钻具滑动l 倒划眼l 较高的狗腿严重度（大于12/100ft）2。2 动力部分 动力部分将来自泥浆的

9、液力能转换为机械能去转动钻头。这是Moineau泵原理的相反应用。泥浆被泵入马达的动力部分，形成压力，压力导致在定子里的转子的转动，这个转动力，通过传动轴和驱动轴到达钻头。 PowerPak 马达的转子由防腐不锈钢制成，有一层0.010in(0.254mm)的镀铬层，以减小磨损和摩擦。碳化钨镀层对于磨损和腐蚀损害也是有效的，PowerPak 马达转子是中孔的，安装水眼用于更高的排量。 定子是由钢管和通过浇铸而挂在其内部的橡胶组成的，内挂的橡胶特别地设计用于抵抗磨损和由于烃基感应而老化。 定子和转子具有相同的螺旋状剖面，但是，转子比定子少一个螺旋，或瓣。这样组合形成的动力部分，定子和转子在它们的

10、接触点上，沿着一条直线形成了连续的密封，这样产生了数个独立的空穴。当流体（水，泥浆或空气）受力通过这些渐进的空穴时，引起转子在定子内连续松脱转动，转子在定子内的转动叫做变异，对每一次转子转动形成的变异，转子转动/松脱一瓣宽的距离。转子完成了每一瓣的松脱便完成了钻头的一周转动。一个有7：8瓣定子和转子的马达，具有100转/分钟（rpm）的转速，既，转子具有700次/分钟的变异。 井底马达的动力部分是通过它的定子和转子瓣头的组合而设计的，例如，4：5的动力部分具有四头的转子和五头的定子。一般来说，数量较高头数的马达会输出较高的扭矩和较低的速度。PowerPak 马达有1：2，3：4，4：5，5：6

11、和7：8头的组合。输出扭矩也取决于头数（一头既一条完整的定子螺旋曲线）。PowerPak 马达具有标准的动力部分长度，或加长的加强动力（XP）的动力部分。XP动力部分具有更多的头数，在不降低转速的情况下提供更大的扭矩。转子和定子瓣数的比例 转子和定子的瓣数关系就象一个轴承箱，对一个确定的马达，它们的数量增加，马达的输出扭矩一般会增加，输出的速度一般会降低。图2-3表示了动力部分的速度和扭矩及瓣数之间的一般关系。由于功率等于速度乘以扭矩，马达内更多数量的瓣数不会产生更多的功率。事实上，由于瓣数的增加，转子和定子之间密封面积的增加，降低了马达的效率。 马达的机械功率按下式计算： HP = Trpm

12、 / 5252 HP = 马达的额定功率（马力） rpm = 输出转速（转/分钟） T = 输出扭矩（英尺磅）转子和定子的装配公差 转子的平均直径（瓣的最低处到最高处）和定子的最小直径（最高处到最高处）之差被定义为转子和定子的装配公差。 马达经常由比定子稍大的转子和定子装配而成，这样产生一个强的正的过盈密封，称之为正配合。根据井底的情况，转子平均直径比定子的最小直径大0.022in（0.5588mm)组装的马达非常有力（产生较大压降的能力），但是，由于过早的大块产生，一般情况会降低马达的寿命。 如果预计的井底温度要增加，在马达装配时，应减小正配合的值，以允许定子内挂胶的膨胀。一个过尺寸的定子，

13、在200（ ）以上，一般需要获得正确的过盈值。如果预计的井底循环温度在225（ ）以上，则装配公差一定的是负配合，在车间装配时，转子的平均直径要等于或小于定子的最小直径。螺旋节的长度 一节定子的长度被定义为：在定子里，一瓣沿着自己的螺旋剖面转360所需要的轴的长度。然而，一节转子的长度并不等于和它一体的定子的长度，转子的长度短于定子的长度。下列等式表达了转子级数和定子级数的关系： 转子级数 = （n+1)/n 定子级数 n = 转子的头数 转子级数 = 转子的级数（转360） 定子级数 = 在定子内的级数（转360 ） 例如，对于A675型号的PowerPak 马达，具有4:5头，4.8级动力

14、部分，动力部分和定子分别有4.8级。然而，转子却大于4.8级，其级数是： 转子级数 = (n+1)/n) 定子级数，即 = （4+1）/4）4.8 = 6 因此，对4:5头，4.8级动力部分的转子，实际上一瓣有6级在转动。图2-5表示了转子一节的长度。动力部分的级数可以通过简单地数一下转子的级数，然后反算过来即可。 级的长度取决于螺旋线的倾斜角度，当倾斜角度增加时，螺旋线比较紧，级的长度较短，这样，分到转子径向上的垂直矢量分力和定子内的空穴的容积就会减小，结果是输出扭矩减小，马达转速增加。相反，减小螺旋线的倾斜角度，级的长度增加，结果是输出扭矩增加，马达转速减小。 长级马达一般比短级马达输出较

15、高的扭矩和较低的转速。就如前面提到的，长级马达的缺点是：随着级数的增加，沿着转子和定子的接触面的密封长度在增加，密封的效率和马达的转速都在降低。最初的长级马达是为空气钻井设计的。级数 使用多级马达是提高马达功率的唯一有效方法。增加XP马达动力部分的级数能够增加更高的扭矩或者扩大在马达上的负荷，并以比较低的压降运转每一级马达。比较低的压降运转马达可以延长马达的寿命。 XP多级马达也被用在极高温度的井中。在高温油井中，最初的宽的允许定子膨胀的装配公差意味着正规长度动力部分的马达在第一次下井时，由于没有时间去膨胀，以至功率太小而不能钻进。一个XP加长动力部分可以以足够宽的公差组装转子和定子，直到能产

16、生足够的功率来钻井。然而，当使用XP马达时，马达的总长和部件的成本会增加。每级压降 每级马达设计的最大压降是瓣的剖面和挂胶硬度的功能的一部分。改变挂胶的硬度不仅影响压降，同时影响挂胶弹力和寿命。 失效方式和预防 动力部分内的挂胶经常是最先失效的的部件。导致挂胶效的原因有：掉块，脱胶（粘胶失效），和金属落物损伤。l 掉块既定子内的橡胶明显地撕裂下来。当转子和定子之间的摩擦力超过定子挂胶的强度时就会发生掉块。 转子和定子之间的摩擦力的大小受泥浆的润滑，装配公差，变异速度和压降的影响。 多种原因导致的掉块造成大多数马达的失效。l 两种粘胶使用在定子中。一种粘接到钢管上，另一种粘接到橡胶上，然后两种粘

17、胶粘接到一块。脱胶（粘胶失效）取决于任何一种，两种或三种粘胶失效： 钢管对粘接剂 粘接剂对粘接剂 粘接剂对合成橡胶由于粘胶失效导致的定子失效，典型的是松弛的大块橡胶脱落，这些橡胶大块一般有平滑的背面，这一背面正是定子被浇铸到钢管上的这面。 PowerPak 马达由于粘胶失效导致的马达失效非常少。l 落物损害是由于将落物泵入了马达而导致的。定子将沿其螺旋轨迹遭受锋利的切削，转子也可能沿着同样的轨迹遭到损害。 脱胶（粘胶）失效的预防是很困难的，但幸运的是很少。采用一些措施可以预防掉块和落物损害，最明显的预防落物损害的技术是确保没有落物进入泥浆系统或钻柱。如果保证泥浆里没有金属落物颗粒或碎片，肯定不

18、会损害马达。掉块预防是一个综合技术，包括转子和定子装配公差，井底温度，泥浆选择，堵漏材料，中孔转子，合理操作，狗腿严重度和定子寿命跟踪技术。转子和定子的装配公差 转子和定子的装配公差是影响马达运行和定子橡胶的关键所在。有太紧公差的马达（转子比定子要更大一些），运转时会产生高压差，但是，在运转仅几个循环以后（大约68小时）就会过早的产生掉块。掉块有可能沿其螺旋轨迹形成并脱落。 转子和定子的装配公差如果太松，则输出功率太小，马达将会在低压差下失速（制动）。马达失速既需要转动钻头必须的扭矩大于马达输出的扭矩。 当马达失速时，转子被推到一边，泥浆穿过与转子相对的密封面。由于液体流过密封面，定子的螺旋剖

19、面肯定会变形。这样，流速非常高的流体穿过变形的螺旋切面的顶部，导致马达掉块。当定向钻进（没有地面转盘转动）时，由马达失速导致的掉块沿着定子的内壁会有一个直线轨迹的掉块，当全面钻进时，由马达失速导致的掉块可能是螺旋轨迹的掉块。 对于掉块，根据相关的井底温度来选择近似的装配公差可以预防。泥浆温度 在装配转子和定子时，循环温度指示了装配公差值的范围。预计的循环温度越高，转子和定子之间要求的压缩就越小。在马达组装时，减小装配公差以补偿由于循环温度和泥浆特性所造成的定子挂胶在井底的膨胀。作业时，如果有较大的装配公差，定子将有一个较大的剪切应力，结果导致疲劳破坏，疲劳破坏导致早期的掉块损害。 为补偿由于井

20、下高温造成的定子挂胶膨胀而使马达出现故障是马达失效的主要原因。钻井液 PowerPak 马达的设计，能有效地用于所有的油基泥浆和水基泥浆，如同用于混油泥浆（oil-emulsion），高粘和高密度的泥浆，空气，雾和泡沫钻井液。钻井液中含有多种添加剂，其中的一些对定子的橡胶和不锈钢/镀铬转子具有有害的影响。 众所周知，油基泥浆（OBM）一般情况下会导致定子膨胀。如果使用了油基泥浆，考虑井底循环温度和苯胺点对马达定子的影响是重要的，因为定子是由丁腈橡胶制成的。诸如苯胺一类的芳香族材料，能够膨胀，而且使丁腈橡胶老化。苯胺点是使同等容积的新鲜的蒸馏苯胺和油充分混合的最低温度。某种油基泥浆的苯胺点与泥浆

21、的循环温度相比，越低，对橡胶部件的损坏就越严重。因此，当使用油基泥浆时，推荐使用低芳香，低毒的泥浆（即苯胺点在200以上的），而且井底温度和苯胺点应该记录下来。 很多管材防腐剂的环烷基可造成定子挂胶的过度膨胀。特别是加重泥浆的时候，泥浆中的物质集中作用与挂胶。 泥浆中的氯根可以严重地腐蚀定子的镀层，在定子表面造成粗糙的磨损，定子的磨损降低了定子和转子的密封性，并造成了马达在较低的压差下失速。 对于过饱和的OBM和盐水泥浆，推荐使用碳化钨涂层转子。压差：理解马达操作曲线 钻进压力和循环压力的差值被定义为压差。压差是由马达中转子和定子部分产生的，压差越大，马达的输出扭矩就越高，输出转速就越低。 用

22、太高的压差运转马达，将会出现早期的掉块（在6小时的循环时间内），并以类似的方式对定子产生影响，这样使得转子和定子过紧的接触。定子将沿着螺旋轨迹形成掉块。以马达的最大压差或接近值运转马达会严重地缩短马达的寿命。 在第五章的PowerPak 马达操作曲线，“操作参数”，对优选Anadrill马达的压差和排量提供了一个有用的指南。然而，在任何一条曲线上，并没有一个最佳的点，马达可以在此点上运转。对PowerPak 马达，输出扭矩直线和马达转速曲线的交会点并不表明是马达运转的优选点。为了提高马达的寿命，对任一种给定的排量，推荐使用不超过其最大的输出功率的90，排量应该保持低于最大排量的90。以任何一种

23、参数（泵冲，钻压，马达压差，转盘转速）的最大值运转马达将降低马达的寿命，特别是定子的寿命。如果这些操作限制使马达的效率达不到预期水平，应考虑使用马达和中孔转子马达。堵漏材料（）当堵漏材料通过马达时可引起两个问题，有可能堵塞在马达的内部，如果使用了旁通阀，一般会堵在此，或者在输出轴的顶部，或径向轴承的顶部，引起定子的磨损。然而，如果确切遵循下列预防措施，可以用在PowerPak 马达中。均匀地加入，避免泵入大颗粒的材料尽可能少地使用硬的，锋利的材料，如硬果壳，粗云母，碳酸钙，因为这些材料导致定子的磨损。虽然这些指南有助于最小地减少与有关的堵塞问题，但不能完全消去可能的马达或轴承部分的堵塞。中孔转

24、子PowerPak 马达的转子设计是中孔的，这样部分流量可以通过水眼，以提高马达的能力，并拓宽了马达适应其它水力或井底情况的灵活性。通过的流量取决于水眼，在动力部分产生的压降和流体的密度。对大井眼井段钻井，增加中孔水眼可增加排量，以净化井眼并携带岩屑。在特殊的应用中，如开钻，扩眼或大井眼的裸眼井段，增加中孔转子在高排量下可以降低钻头的转速。下列简单的水力计算可用来决定中孔转子的尺寸：总的过流面积（水眼尺寸，平方英寸）通过中空水眼的排量（每分钟加仑）泥浆密度（每加仑磅）预计的钻井压差摩擦压力（每平方英寸帕），对及以上的马达摩擦压力是，对及以下的马达摩擦压力是。表列出了常用水眼的总的过流面积，表给

25、出了常用泥浆密度在不同的水眼下的排量。表中孔水眼尺寸和总的过流面积水眼尺寸（英寸）总的过流面积（平方英寸）水眼尺寸（英寸）总的过流面积（平方英寸） 当提离井底时，中孔转子马达一般是过量泵入的，流过转子的流量主要取决于动力部分产生的压降，当提离井底时，这个压降只有100150PSI，然而，计算水眼时，要假定动力部分的压降是300500PSI。 当提离井底循环时，中孔转子马达不应该用比正常排量（不装水眼的马达）高的排量去工作。狗腿 在狗腿较大的井段转动马达有可能损坏马达，井眼轨迹会导致马达弯曲，特别是马达带有弯壳体时。因为定子外壳是马达中最弱的部分，弯曲的最厉害，当定子外壳弯曲时，挂胶推动转子并弯

26、曲它，这样引起定子过度的挤压，然后导致掉块。2。3 传动部分 传动部分连接在转子的下边，将由动力部分产生的转速和扭矩传动到轴承和驱动轴上。它也能补偿转子的偏心运动并吸收向下的推力。 转动是通过传动轴传输的，在传动轴两端安装了万向节，以吸收转子产生的偏心运动。两个万向节都用润滑油密封以延长它们的寿命。 PowerPak 马达传动部分还包含Anadrill的地面可调弯壳体（SAB）， 大多数马达的传动部分允许的地面可调弯壳体的角度是03。然而，对XP马达允许的最大弯角是1.83，是因为高扭矩要求需要大直径的传动轴，使在传动部分的弯曲间隙变小。若设置大于1.83的弯壳，将引起XP马达的传动部分摩擦地

27、面可调弯壳体的内径。2。4轴承部分和驱动轴 轴承部分将钻进的下推力和来自传动轴的旋转动力传输到钻头。轴承部分由轴向和径向轴承支撑的锻钢驱动轴组成。由于井底马达的轴承部分是接触井底恶劣条件的主要部件，PowerPak 马达设计时通过考虑下列因素，如泥浆性能，钻压，侧向负荷，转速和流过钻头的压降等，来保证最大的工作效率。 根据定向的要求，轴承外壳可以安装现场可换式套筒稳定器或整体翼式稳定器，多种多样的稳定器可满足不同需要。 稳定器翼片的形状和表面硬度可根据要求调整。表2-3 优选稳定器马达马达直径（in）整体式稳定器可换式套筒稳定器套筒本体外径(in)A4755 7/866 1/46 3/86 1

28、/2YesNoNoNoNoYesYes YesYesYes5 3/85 3/85 3/85 3/85 3/8A6758 1/48 3/49 1/29 3/4YesYesNoNoYesYes Yes Yes7 1/27 1/27 1/27 1/2A8009 3/412 1/814 5/816 7/8YesNoNoNoNoYesYes YesNot applicable9 3/89 7/89 5/8A962 &A112512 1/813 3/814 5/815 3/415 7/817 1/417 3/821 7/825 3/427 3/4YesNoNoNoNoNoNoNoNoNoYesYesYes

29、YesYesYesYesYesYesYes10 5/811 1/211 7/811 7/811 7/811 7/811 7/8141414 轴向轴承由多级泥浆润滑滚珠组成，当钻井时支撑钻压，循环时，欠平衡钻进时，倒划眼时支撑向下的水力推力。 碳化钨径向滑动轴承安装在轴向轴承的上下，起到双重的目的：l 当钻进时抵消加在钻头上的侧向力l 限制通过轴承部分的流量，这样，只有少量的泥浆被用于润滑 轴承（径向和轴向） 通过轴承的泥浆流量取决于由钻头水眼产生的钻头压降和径向轴承的间隙，为了冷却轴承，钻头压降应在2501500PSI。如果水力要求钻头压降低于250PSI，则，马达应安装一个特别的低钻头压降径

30、向滑动轴承。轴承故障类型和预防钻压（WOB） PDC钻头进取的性质排斥高钻压，然而，牙轮钻头一般要求高钻压，而这加速了轴向轴承的支撑面和滚珠的磨损。 泥浆润滑轴向轴承的支撑面是预先硬化的，它们的磨损并不呈线状，一旦磨损量增加了，它们已磨过了硬化面，正是由于这个原因，经过长时间的运转后，马达虽然只有很小的磨损，但并不意味着轴承有能力继续钻同样的时间。 马达额定的最大钻压（WOB）列在第五章的“操作参数”中。XP动力部分的马达不具有比常规马达高的额定最大钻压，XP马达增加的输出扭矩不允许以高钻压运转马达。因为以最大钻压或接近最大钻压运转PowerPak 马达会缩短轴向轴承的寿命，推荐使用80%的最

31、大钻压运转马达以延长马达的寿命。钻头压降 钻头压降是一种充当推动泥浆通过轴向轴承和径向轴承的力。通过轴承的流量必须具有足够高的速度以冷却和润滑轴承，但是，太高的流量将会冲刷轴承。 由于轴承被设计以限制流量，径向轴承允许高压降（1500PSI），标准轴承的最小的钻头压降是250PSI，低钻头压降轴承是100PSI。 如果用太小的钻头压降，问题有可能存在，特别是马达不带钻头在地面进行测试时，由于实际上没有流体流过轴承，径向轴承会很快地过热。用最小100或250 PSI的钻头压降测试马达，时间不宜超过1分钟。Anadrill有一种钻头代用品，当地面测试PowerPak 马达时可以提供需要的钻头压降。

32、泥浆固相含量 轴承部分可以适应大多数泥浆体系，高研磨性的泥浆体系能够引起整个轴承部分过度的磨损（径向轴承和轴向轴承）。高研磨性的泥浆体系包括诸如含砂量超过2%的泥浆体系，和使用赤铁矿或类似的物质作为加重材料的泥浆体系。2。5 壳体和连接扣型 PowerPak 马达有几种不同的扣型，顶部和低部连接扣是标准的API扣，API扣的上扣，卸扣，返工（面和螺纹）和再切割是容易的，大多数油田设备商店都有必需的扣规以满足这项工作。Anadrill自设的连接定子的扣和马达的某些部件的扣要求特别的小心以避免导致马达损坏。转速 以大于80rpm的转速运转马达可能损坏定子内的橡胶，高的转速增加了由转子和传动部分产生

33、的离心力，结果导致了定子，传动部分，径向轴承，和内部连接丝扣的磨损。弯壳体的弯曲角度越大，马达越容易受损。另外，由地面转动钻柱提供给钻头的功率（内径和转速）必经通过定子传到马达动力部分的转子上。表2-4提供了一个根据相应的弯曲角度选择最大转速的指南。为了延长马达的寿命，运转马达时，推荐使用不超过最大转速80%的转速。表2-4 PowerPak 马达的最大转速（作为弯壳体弯曲角度的一个功能）03弯壳体最大转速03弯壳体最大转速0.000.390.781.151.501.832.122.382.602.772.902.973.002001601206040NRNRNRNRNRNRNRNR0.000

34、.260.520.771.001.221.411.591.731.851.931.982.0020017014012090604040NRNRNRNRNRNR=不推荐推荐转速=80%最大转速腐蚀 对于主要的应用，马达外表和内部元件的腐蚀，除了转子以外，是不成为问题的。只有少数的例外，腐蚀能够成为问题，特别是在定子母扣的扣根部。由于定子母扣的薄壁设计和它在马达中的位置，定子的母扣是易损坏的，而这两种因素都是不太容易改变的。 几种腐蚀问题存在于饱和盐水泥浆中，饱和盐水泥浆的腐蚀明显地是由于马达，钻铤的不同金属材料与导电泥浆之间电蚀作用产生的后果。当这种腐蚀成为问题时，马达作为阳极被利用去反应。钻进

35、中，当有腐蚀情况时，在马达之上使用一个柔性短接能够有助于减小在扣根部的应力。防松螺纹油 防松螺纹油推荐使用在下列情况 XP马达 A475以及更小尺寸的马达 任何一种PowerPak 马达在下列恶劣的情况下钻进: - 倒划眼 - 转盘转速大于150rpm - 连接在驱动轴下的任何有别于标准钻头的其它工具(转换接头,稳定器,取心筒等) - 较大的磨损和震动 由于防松螺纹油比钻杆铅油具有较高的摩擦效力,因此,用防松螺纹油紧扣时,上扣扭矩应是正常值的1.25倍才能达到同样的台肩密封效果。3。0作业 下列资料提供了一般的操作指南。3。1 马达参数 表3-1和3-2提供了PowerPak 马达常用的操作参

36、数，表中的参数基于下列假设：l 排量排量这一栏列出了通过定子的最小和最大排量，通过PowerPak 马达的总的排量可以由在转子上安装一个水眼，使流量通过马达的中间而提高，当使用了中孔转子时，总的排量不要超过列在使用水眼排量一栏的极限。l 转速所列出的最小和最大转速是指没有负荷的马达（也就是指马达自由转动的转速超过了它的排量范围）。l 井眼尺寸所列出的最小和最大钻头/井眼尺寸是最常用的，其它尺寸的钻头也可能使用。l 马达重量对一套马达而言，所列出的重量是一个估算值，随着XP动力部分的增加，重量会增加。l 马达长度PowerPak 马达的长度同样是随着动力部分而变化的，对一套马达而言，长度包括顶部

37、接头/旁通阀。l 最大钻压PowerPak 马达的最大钻压是由轴承部分决定的，动力部分的选择不受最大钻压的约束。当运转马达时，这是可以加在钻头上的最大负荷。l 工作拉力当马达被卡时，工作拉力是可以加在钻头上的最大负荷（下压或上提），且不会压碎轴承部分的部件，负荷要小于工作拉力，一旦解卡，马达可以重新运转。l 绝对拉力在被卡马达遭到大的损坏之前，绝对拉力是可加在马达上的最大负荷，但有可能造成落鱼。l 钻头压降要保持一定数量的流量冷却和润滑轴承，钻头必须有最小数量的压降。根据水力计算选择钻头水眼，以给钻头提供最小的钻头压降。使用最大的钻头压降不应该超过相应的较长时间，否则，马达的径向轴承和轴向轴承

38、有可能被冲刷坏。 3。2狗腿严重度限制 狗腿严重度是一个井眼弯曲程度的测量计算值。表3-3列出了最大的狗腿严重度，在此值之下，PowerPak 马达（不包括短半径马达）可以安全地以滑动方式运转，和马达的最大弯曲角度，在此值之上，马达不能够转动，除了用于定向目的。表3-3狗腿严重度限制马达 型号带有3弯壳的最大狗腿严重度（/100）带1.5弯壳的钻头的最大偏移（in.）带3弯壳的钻头的最大偏移（in.）可以转动的最大弯壳（）XP马达的绝对最大弯壳（）A213XPA238MA287MA350MA475MA675MA800MA962MA1125M5062513620191715130.760.971

39、.021.151.522.212.532.923.081.511.932.032.303.034.425.075.836.151.51.51.51.51.51.51.51.51.51.831.831.831.831.831.831.831.831.83 表3-4总结了两种典型的钻具组合的效果，仅用于现场指导：l 稳定器钻具组合预测是基于一个带稳定器的PowerPak 马达带有地面可调弯壳体，轴承壳体是由位于马达顶部的稳定器而扶正的，两个稳定器具有相同的 1/8 英寸直径的欠尺寸外径用于最大可到12 1/4英寸的井眼，和1/4英寸直径的欠尺寸外径用于17 1/2英寸的井眼。对大于12 1/4英寸

40、的井眼，稳定器可用1/8或1/4英寸的欠尺寸稳定器。l 光钻铤钻具组合预测是基于一个不带稳定器的PowerPak 马达带有地面可调弯壳体，光钻铤钻具组合位于马达的上部，没有稳定器。 钻具组合的特性主要取决于当地的情况，特别是井眼的扩大情况和地层的硬度。预测是对一种平衡速度，其要求一些已钻的资料去建立，这一点非常重要。 预测值是100%的基于重力工具面为零的滑动方式。其还取决于钻具组合的类型，狗腿严重度主要是由工具面的位置影响的。定向钻具组合以旋转方式的特性经常取决于第二个稳定器的位置和外径。3。3工作准备马达选择 马达的直径由井眼的直径和排量决定，一旦马达的直径决定了，就可以选择其它参数了。旁

41、通阀 旁通阀堵塞的可能可以通过在马达上安装一个浮阀来减小，如果使用了浮阀，而堵塞仍然是一个潜在的问题，则使用转换接头代替旁通阀。转子和定子的瓣数关系 在确定的排量下，转子和定子的瓣数关系决定着钻头的转速，缺省的标准是4：5（对PowerPak A962M马达或者是5：6）。其它的瓣数关系也可以获得。 当使用油基泥浆时，4：5的马达要比7：8的马达更有利于减小挂胶损坏的可能性。中孔转子 如果预计使用高排量，则使用中孔转子。弯壳体设置 弯壳体的角度取决于预计将要钻进井段的最大狗腿严重度。使用表3-4决定弯壳体角度时，请注意，其计算值是基于理想化的井眼情况和有限的几种钻具组合，当地的经验应被考虑，即

42、使使用不同的导向马达以获得，由于实际的数字为从设计软件得到的预测值提供了一个指南。 弯壳体角度的选择同样取决于稳定器的直径，弯壳体的角度要比较合适，以减小可能的稳定器悬挂问题。转动钻柱稳斜钻进要比连续的造斜钻进更容易钻压传递，但有可能导致马达轴承或壳体早期损坏。在井斜角较小或软地层（井径扩大存在）预计的造斜率要小。稳定器外径 如果下入光钻铤钻具组合，套筒式轴承壳体必须用护丝保护。当使用稳定器时，推荐使用1/8或1/4的欠尺寸稳定器，造斜率由第二个稳定器的外径和位置决定。连接扣型 顶部的连接扣型必须检查，考虑与BHA的兼容性。钻头选择 当选择与PowerPak 马达相匹配的钻头时，下列因素应被考

43、虑进去：l 定向控制l 预计的运转持续时间l 钻井程序l 要求的岩屑结构种类l *泥浆设计l 预计的机械钻速l 估计的旋转时间 笼统地讲，在同一个地层，定向时选择牙轮钻头，且其硬度级别要比选择用于旋转钻井高一个级别。另外应考虑钻头的保径，因为定向钻井同时承受径向和轴向的负荷，磨损钻头的保径排牙齿。流体的液流通道肯定有一个总的过流面积，但不会引起过大的对PowerPak 马达流量限制轴承的回压。水力计算 每一种PowerPak 马达均被设计在一定的排量范围内有效地工作，排量范围列在表3-1和3-2的一般参数中，个别的马达列表在第五章的“操作参数”中。 钻头压降在推荐值的范围上下变化（和相关的）有

44、可能导致马达效率和寿命的缩短。Anadrill使用一套特殊的水力计算软件来校验钻头压降，以使其保持在作业范围内。250PSI的最小极限保证轴承部分的冷却，1500PSI的最大极限阻止超前冲蚀。 钻井系统压降应该计算，考虑马达的失速压降（大约是作业压降的1.75倍），MWD压降也应被考虑进去。 总的压降应与钻机的能力比较，使用马达的失速压降和设计的最高泥浆比重来计算。 泥浆比重和塑性粘度影响系统的总压降，如果需要泵送的PowerPak 马达的推荐排量的压降大于泵的泵送能力，那么，降低通过工具和钻头的压降或排量可能是必须的。降低压降可通过减少钻铤的数量或其它影响钻压的钻具，也可以通过改变钻头水眼或

45、泥浆性能来达到。 Anadrill 提供软件以计算最优的水力参数。测斜考虑 Anadrill使用标准的方法来计算要求的马达上部的非磁材料的长度。3。4运转PowerPak 马达 当马达上下钻台和组合钻具紧扣时，应使用提升短节。只要马达被提升，DD就应在现场。 如果使用稳定器，当马达在井口吊起时，可以将可换套筒稳定器拧到马达上。拧上以后，根据马达的外径尺寸，按照表3-5提供的上扣扭矩紧扣。表3-5 稳定器套筒上扣扭矩马达型号上扣扭矩A475A675A800A962A11254,000ft-lbf(5,400N-m) 10,000ft-lbf(13,600N-m)23,000ft-lbf(31,2

46、00N-m) 37,000ft-lbf(50,200N-m)37,000ft-lbf(50,200N-m)注意：如果使用防松螺纹油，上扣扭矩要增加25%。地面检查 所有的PowerPak 马达在下钻之前都要进行系统的地面检查，地面检查包括目测，试运转和弯壳体调节。程序如下：目测1. 记录马达的系列号，对任何可能的PowerPak 马达的运输损坏都要检查。2. 在所有的工具连接在马达之上以前，进行试运转。安全卡瓦卡在顶部接头之下。如果试运转包括MWD系统，而且马达安装了泥浆润滑轴承，则在马达的底部安装一个Anadrill的钻头替代品，提供要求的钻头压降以阻止轴承干转。3. 安装钻头以前，通过测量

47、轴承部分的底部和钻头接头的顶部之间的距离来检查轴承间隙和马达的轴向间隙。测量这个距离两次，首先，用吊卡把马达提起，第二次，再用马达的全部重量把马达压在转盘上，这两次测量值之差就是轴向轴承的间隙值。记录下这两次的测量值，并与随马达提供的手册中的数值相比较。马达从井里起出后，重复这种测量检查，以确定在运转中造成的轴承磨损值。表3-6列出了马达允许的最大间隙值（运转前和运转后）。表3-6 允许最大的轴向轴承间隙马达型号间隙值A213A238A287A350A475A675A800A962A11250.12 in (3mm)0.12 in (3mm)0.16 in (4mm)0.16 in (4mm)

48、0.20 in (5mm)0.24 in (6mm)0.24 in (6mm)0.32 in (8mm)0.32 in (8mm)试运转1. 用提升短节提起PowerPak 马达，将它座在卡瓦上，在顶部接头的下边打上安全卡瓦。2. 如果有必要，在马达和方钻杆或顶部驱动之间接一个转换接头，拿去安全卡瓦，把马达从卡瓦中提起。3. 打开防喷器（BOP），把马达放入转盘面下，如果使用了旁通阀，要保证旁通阀的阀孔位于BOP的钟形导向短节之下，但还能看到。用大钳给马达和方钻杆紧扣。4. 现在开泵，慢慢地提高排量，如果使用泥浆，它会从旁通阀的阀孔喷出，直到排量足够大，能压下活塞关闭阀孔。阀孔关闭以后，不停泵

49、，上提马达，直到看到驱动轴。若安装了钻头，记录下当旁通阀关闭时的排量。5. 检查轴承壳体和驱动轴底部的区域，以确认泥浆流过了径向轴承，这种排泄设计是用来润滑和冷却轴承部件的，其流量应是总流量的4%到10%。取决于泥浆的性能和马达测试是否在把钻头连接到马达之前进行，泥浆的流量有可能是无效的或不存在的， 结果，没有回压穿过马达。如果是这一种情况，马达的测试时间应尽可能地短，以避免损坏轴承。如果没有使用用于提供钻头压降的钻头或模型钻头，测试时间不应连续超过1分钟。6. 不停泵将马达放入转盘下（如果马达在转盘之上停泵，旁通阀会打开，泥浆会喷到钻台上）。7. 旁通阀位于转盘面以下后，停泵。如果旁通阀没打

50、开，从立管上放掉泥浆。8. 如果试运转在安装稳定器套筒或钻头之前进行，应按照表3-5提供的正确的扭矩来紧扣。钻头安装到驱动轴的母扣上，根据上扣扭矩，用大钳上紧。弯壳体调节 Anadrill推荐用吊卡将马达提起进行弯壳体调节。如果使用卡瓦，卡瓦应座在弯壳上，司钻应该松扣，直到调节环能容易转动。 弯壳体角度设置程序如下（图3-2）：1. 把卸扣大钳打子定子的转换接头处，上扣大钳打在弯壳体上，然后卸扣。2. 旋转两周卸开扣，在调节环上部出现缝隙，它允许提起套筒并转动它到需要的位置上。3. 提起调节环，松开定位牙齿。4. 把卸扣大钳打在弯壳体上。这时，保持调节环位于上边的位置，转动它，直到上下刻度正好

51、对成一条线（也就是要求的刻度标记正对准另一边），然后，放下调节环，使它能逐渐地停留在(rest on)定位牙齿的上部，再开始慢慢地转动，直到调节环落到要求的位置。正常情况，调节环应使用链钳转动，对大直径的马达如果必要可以使用大钳。刻线上的刻度就是要求的角度。工具面或用划线器划的线与MWD短节上的刻线通过了刚调节完的两条刻线的中间。5. 现在将大钳反打上，按正确的扭矩将接头紧扣。一旦接头按表3-7提供的扭矩被紧好扣，检查设置，以确认在紧扣时它没有错过一条刻线。表3-7调节弯壳体时的上扣扭矩马达型号上扣扭矩A213A238A287A350A475A675A800A962A1125650 ft-lb

52、f (875 N-m)890 ft-lbf (1200 N-m)1650 ft-lbf (2250 N-m)3500 ft-lbf (4750 N-m)10000 ft-lbf (13600 N-m)25000 ft-lbf (33900 N-m)35000 ft-lbf (47500 N-m)60000 ft-lbf (81300 N-m)85000 ft-lbf (115000 N-m)下钻 当下大角度的弯壳体马达时，要格外小心，特别是当通过封井器，井口设备，隔水管，水泥环，套管封隔器，和尾管悬挂器等时。 当把PowerPak 马达下到深井，高温油井或泥浆中含有水泥块或铁屑（如，磨铣开窗之

53、后）的泥浆时，下钻应停止一会，给钻杆灌泥浆，然后循环几分钟。钻进l 下钻到底以后，马达应离井底几米，开泵循环直到排量达到设计值。应该避免使用超出表3-1和3-2列出的转速和排量要求，因为它有可能增加马达部件的磨损。l 提离井底的立管压力和泵冲数应记录。当下放钻具时，立管压力的增加表明已在钻进，同样地，由转子和定子产生的压差也表明了钻头扭矩的增加。l 开始时，应注意着泵压的变化，慢慢地加钻压，司钻应根据对地层和钻头磨合的感觉逐渐地钻进，直到某一段井深被钻完。l PowerPak 马达钻井是由要求的钻压和由马达动力部分产生的压差（即：钻进泵压和循环泵压之差）决定的。压差的值直接显示了钻头的扭矩，随

54、着钻压增加，压差在增加，而压差减小，是由于试钻的原因。l 当最优的机械钻速达到后，应保持一定的立管压力，以给钻头稳定的扭矩。l 许多司钻慢慢地增加WOB以优选机械钻速，然而，WOB应非常小心地增加，别让压差超过推荐的操作值，否则，马达会失速（制动）。l 马达一旦制动，司钻要立即停泵，避免损坏定子和其它部件。集中在钻柱上的扭矩应慢慢地通过使用转盘刹车或离合器使方钻杆/转子向左转来释放。慢慢地释放集中的扭矩，以减小井下倒开扣的风险。那么钻井可以照上述的程序继续进行。如果在正常钻井情况下，马达经常制动，它的操作压降应被修正。l 多注意泥浆压力变化，以提供较为常见的井下问题的早期预报。看表3-8“故障

55、检查”的有关资料，在导致费用昂贵的起钻之前，帮助辨别和解除问题。l 坚固的PowerPak 马达设计有可能在卡钻时承受较大的上提拉力。起钻及钻井后的地面检查 起钻（POOH）没有特别的要求。l 如果钻机安装了顶部驱动，司钻有可能在遇阻井段倒划眼，若钻柱再通过倒划眼井段时，小心保持循环以避免侧钻出新眼。l PowerPak 马达传动轴转动的自由间隙可以在地面检查，不卸钻头，检查驱动轴和转子之间的自由间隙。l 测量轴向轴承的间隙，并与上一次的测量值对比，以决定轴承的磨损值。l 马达以前，用清水冲洗。使用水龙带时，用卸扣大钳打住马达本体，钻头在钻头盒里旋转，当清水从径向轴承的下边滴出后，钻头就可以卸

56、掉了。l 如果将地面可调弯壳体设置到较高的度数，则壳体接头应被卸掉。环境保护 对PowerPak 马达没有“材料安全数据表”（MSDS）的风险，操作马达时，没有特别的环境保护措施需要提供，然而，任何在工作结束后遗留在马达内的泥浆必须被安全地收集以再循环或处理。Anadrill基地装备了空转系统来管理所有泥浆的处理。故障检查 仔细观察泥浆压力的变化，在费用昂贵的起钻成为必须之前，它有可能观察到在钻进或纠方位过程中存在的许多常见的井下问题。辨别和解决问题的资料列在表3-8中。3。5空气钻井 PowerPak 马达可以用空气或泡沫钻井。特别是长级马达更有效的适合这种应用。然而，当空气或泡沫作为循环媒

57、介时，标准的多头马达也提供了较高的可靠性。 在使用空气时，多级动力部分的设计提供了俩个关键的特征。在地面泵入相同的容积和相同的压力的情况下，由于多级动力部分产生了比标准的动力部分更高的扭矩，而要求更少的地面压力。同样，多级动力部分也在转子和定子之间产生了更大的空穴，这减小了马达的速度，当提离井底时，有助于阻止“马达失控”。 标准马达和多级动力部分马达都需要往干燥的空气里加入一些泡沫作为润滑剂。我们推荐最少2%的表面活行剂（肥皂）加入到空气气流中。增加这个值，以保证马达作业。 对PowerPak 马达，要求的空气容积的变化取决于系统压力。一般地，允许最大的地面空气容积（ft3/min）等于： （

58、最大排量 * 立管压力）/110 （3-1） 排量单位是每分钟加仑（gpm），立管压力的单位是(psi)。随着地面压力的减小，空气的最大容积也在减小。 使用空气钻进时的马达制动（失速），不会象使用水基或油基泥浆那样在立管上压力突然升高。当马达制动时，由于空气的压缩性和钻杆的容积导致空气压力逐渐增高。这个影响是随着测量深度和钻杆尺寸而增加的。空气钻井时，机械钻速（ROP）的突然降低是比较好的马达制动的信号。 使用PowerPak 马达空气钻井时，应在转子上安装一个小的中孔水眼，这有助于在接单根前和接单根时切断空气压力，减少马达“失控”倒转的圈数。3。6短半径钻井 短半径应用于老井侧钻（已钻井）和多底水平井（分支井）钻井，要求在复杂层位之下，套管鞋之下，或已完井之内造斜。为了达到在油层内既要有曲率又要有一定的水平井段，因此一口短半径井需要较少的钻井总进尺和对独立的封隔器和尾管的最小需求。 PowerPak XF（超级柔性）马达 PowerPak （XF）马达在较短的动力部分的上下设有铰接连接，其用