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。

PowerPak马达特性●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。

●PowerPak马达的泥浆润滑轴承特性适合恶劣的钻井环境。

●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。

●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。

●锻钢驱动轴提高了马达的强度。

●密封的传动组合阻止泥浆污染，从而提高了马达寿命。

●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。

●碳化钨镀层的径向轴承和多层轴向轴承组成了一体化的轴承部分。

●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0~2度和~3度的范围。

PowerPak特别的弯曲马达拥有0~4度的地面调节结构。

PowerPak马达由以下三部分组成：●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●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。

●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，PowerPak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：●频繁的马达失速（制动）●“摆动”钻具组合以利于钻具滑动●倒划眼●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 = T·rpm / 5252HP = 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，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。