局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置，這種局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置包括上部鉆桿、鉆鋌、上短接、局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置、下短接、鉆頭，局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置通過(guò)螺紋與上下短接連接；局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置的中心軸從內(nèi)筒穿過(guò)，旋轉(zhuǎn)外筒套置在內(nèi)筒外，內(nèi)筒與旋轉(zhuǎn)外筒之間有連接銷，內(nèi)筒中從上到下依次安裝軸流式水力發(fā)電機(jī)、上儲(chǔ)電器、馬達(dá)、下儲(chǔ)電器、壓電轉(zhuǎn)換器、承壓裝置，軸流式水力發(fā)電機(jī)、上儲(chǔ)電器、馬達(dá)依次連接，下儲(chǔ)電器也連接馬達(dá)，馬達(dá)分別連接中心軸和內(nèi)筒，承壓裝置連接壓電轉(zhuǎn)換器，壓電轉(zhuǎn)換器連接下儲(chǔ)電器。本發(fā)明將流體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行存儲(chǔ)，帶動(dòng)底部鉆具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鉆進(jìn)，充分地利用了鉆井液的動(dòng)能和壓能，提高了鉆速。
【專利說(shuō)明】局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置
[0001]一、【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及的是石油鉆井工程中破巖工藝領(lǐng)域中的鉆井裝置，具體涉及的是局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置。
[0002]二、【背景技術(shù)】:
隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井工藝和鉆井工具也得到了迅猛發(fā)展。特別是隨著水平井、大位移井等特殊井的數(shù)量增多，加快了新的鉆井技術(shù)以及新的井下工具研發(fā)速度。鉆井方式從頓鉆到目前常用的旋轉(zhuǎn)鉆井、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井、地質(zhì)導(dǎo)向鉆井、再到套管鉆井、激光鉆井等新的鉆井方式。
[0003]目前，鉆井技術(shù)的主要技術(shù)難點(diǎn)主要包括:(I)深部地層大位移水平井安全高效鉆進(jìn)存在技術(shù)瓶頸；(2)復(fù)雜油氣層、難鉆地層所占比例逐年增加，需要新的鉆井方式來(lái)不斷補(bǔ)充現(xiàn)在的鉆井技術(shù)。針對(duì)我國(guó)目前的鉆井工程實(shí)際情況及長(zhǎng)水平段水平井鉆井的技術(shù)難點(diǎn)，急需發(fā)展新型、高效的鉆井技術(shù)。
[0004]現(xiàn)代鉆井技術(shù)是在頓鉆、旋轉(zhuǎn)鉆井、水力射流的旋轉(zhuǎn)鉆井鉆井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是應(yīng)用最為廣泛的鉆井技術(shù)手段。然而，對(duì)于一些復(fù)雜井型的鉆進(jìn)，如大位移水平井、長(zhǎng)水平段水平井鉆井等，旋轉(zhuǎn)鉆井存在許多弊端，如受鉆具強(qiáng)度以及井身結(jié)構(gòu)等方面的限制，鉆井事故頻發(fā)、鉆井成本高。
[0005]三、
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置，它用于現(xiàn)有鉆井裝置機(jī)械鉆速低、井下工具摩阻扭矩大解決的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:這種局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置包括上部鉆桿、鉆鋌、上短接、局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置、下短接、鉆頭，局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置通過(guò)螺紋與上下短接連接；局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置包括上螺紋、軸流式水力發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)外筒、上儲(chǔ)電器、馬達(dá)、中心軸、連接銷、內(nèi)筒、下儲(chǔ)電器、壓電轉(zhuǎn)換器、承壓裝置、下螺紋，上螺紋與上鉆具連接，下螺紋與下鉆具連接，中心軸從內(nèi)筒穿過(guò)，旋轉(zhuǎn)外筒套置在內(nèi)筒外，內(nèi)筒與旋轉(zhuǎn)外筒之間有連接銷，內(nèi)筒中從上到下依次安裝軸流式水力發(fā)電機(jī)、上儲(chǔ)電器、馬達(dá)、下儲(chǔ)電器、壓電轉(zhuǎn)換器、承壓裝置，軸流式水力發(fā)電機(jī)、上儲(chǔ)電器、馬達(dá)依次連接，下儲(chǔ)電器也連接馬達(dá)，馬達(dá)分別連接中心軸和內(nèi)筒，承壓裝置連接壓電轉(zhuǎn)換器，壓電轉(zhuǎn)換器連接下儲(chǔ)電器。
[0007]上述方案中軸流式水力發(fā)電機(jī)包括勵(lì)磁系統(tǒng)、機(jī)座、發(fā)電機(jī)、上軸承座、轉(zhuǎn)軸、下軸承座、水輪機(jī)；轉(zhuǎn)軸一端通過(guò)上軸承座與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，轉(zhuǎn)軸另一端通過(guò)下軸承座與水輪機(jī)連接；發(fā)電機(jī)上端面安裝機(jī)座，機(jī)座上設(shè)置勵(lì)磁系統(tǒng)。
[0008]有益效果:
(I)在以往的鉆井中，主要是通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉆柱，或是通過(guò)高速流動(dòng)的鉆井液帶動(dòng)底部動(dòng)力鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)，并對(duì)鉆頭施加一定鉆壓進(jìn)行鉆進(jìn)的；本發(fā)明將通過(guò)局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置將流體的部分動(dòng)能通過(guò)該裝置轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行存儲(chǔ)，帶動(dòng)底部鉆具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鉆進(jìn)，充分地利用了鉆井液的動(dòng)能和壓能，提高了鉆速。
[0009](2)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤鉆井相比，局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井客服了以往轉(zhuǎn)盤鉆井的一些缺點(diǎn)，如井口施加扭矩，傳遞到井底鉆頭處扭矩?fù)p失大；
(3)電動(dòng)控制精密，可以為井下隨鉆測(cè)量裝置提供電能；
(4)可以利用鉆具的振動(dòng)沖擊能，將其轉(zhuǎn)化為可以利用的電能，既能防止鉆具振動(dòng)帶來(lái)的危害，同時(shí)也能繼續(xù)鉆進(jìn)提供電能；
(5)局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)外筒降低井下鉆柱的摩擦阻力，提高水平井及大位移水平井極限延伸能力；
(6)工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作性能安全、可靠，便于與現(xiàn)有鉆具配合使用；
(7)該局部鉆井工具及鉆井方式使得鉆井效率得到提聞，進(jìn)而提聞?dòng)蜌鉁p的聞效開(kāi)發(fā)。
[0010]四、【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明中軸流式水力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]I鉆桿 2鉆鋌 3上短接 4局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置5下短接6鉆頭 7上螺紋 8軸流式水力發(fā)電機(jī) 9旋轉(zhuǎn)外筒 10上儲(chǔ)電器 11馬達(dá)12中心軸13連接銷 14內(nèi)筒 15下儲(chǔ)電器 16壓電轉(zhuǎn)換器 17承壓裝置 18下螺紋 19勵(lì)磁系統(tǒng) 20機(jī)座 21發(fā)電機(jī) 22上軸承座 23轉(zhuǎn)軸 24下軸承座 25導(dǎo)水罩 26水輪機(jī)。
[0012]五、【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明:
如圖1所示，這種局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置包括上部鉆桿1、鉆鋌2、上短接3、局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置4、下短接5、鉆頭6，鉆鋌2通過(guò)螺紋與上部鉆桿I連接，局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置4通過(guò)螺紋與上下短接連接，下短接5與底部鉆頭6連接。鉆具為通用標(biāo)準(zhǔn)各尺寸，在實(shí)現(xiàn)各自功能基礎(chǔ)上，能夠方便、快捷的進(jìn)行順利連接。
[0013]如圖2所示，局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置4包括上螺紋7、軸流式水力發(fā)電機(jī)8、旋轉(zhuǎn)外筒9、上儲(chǔ)電器10、馬達(dá)11、中心軸12、連接銷13、內(nèi)筒14、下儲(chǔ)電器15、壓電轉(zhuǎn)換器16、承壓裝置17、下螺紋18，上螺紋7與上鉆具連接，下螺紋18與下鉆具連接，中心軸12從內(nèi)筒14穿過(guò)，旋轉(zhuǎn)外筒9套置在內(nèi)筒14外，內(nèi)筒14與旋轉(zhuǎn)外筒9之間有連接銷13，內(nèi)筒14中從上到下依次安裝軸流式水力發(fā)電機(jī)8、上儲(chǔ)電器10、馬達(dá)11、下儲(chǔ)電器15、壓電轉(zhuǎn)換器16、承壓裝置17，軸流式水力發(fā)電機(jī)8、上儲(chǔ)電器10、馬達(dá)11依次連接，下儲(chǔ)電器15也連接馬達(dá)11，馬達(dá)11分別連接中心軸12和內(nèi)筒14，承壓裝置17連接壓電轉(zhuǎn)換器16，壓電轉(zhuǎn)換器16連接下儲(chǔ)電器15。壓電轉(zhuǎn)換器16為電陶瓷片或磁致伸縮材料。上螺紋7為內(nèi)螺紋，設(shè)置在上部連接頭的內(nèi)壁上，下螺紋18為外螺紋，設(shè)置在下部連接頭的外壁上。
[0014]如圖3所示，軸流式水力發(fā)電機(jī)8包括勵(lì)磁系統(tǒng)19、機(jī)座20、發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子、上軸承座22、轉(zhuǎn)軸23、下軸承座24、導(dǎo)水罩25、水輪機(jī)26 ;轉(zhuǎn)軸23 —端通過(guò)上軸承座22與發(fā)電機(jī)21轉(zhuǎn)子連接，轉(zhuǎn)軸23另一端通過(guò)下軸承座24與水輪機(jī)26連接，導(dǎo)水罩25設(shè)置在水輪機(jī)26上；發(fā)電機(jī)21內(nèi)安裝定子和轉(zhuǎn)子，發(fā)電機(jī)21上端面安裝機(jī)座20，機(jī)座20上設(shè)置勵(lì)磁系統(tǒng)19。水輪機(jī)26在內(nèi)部鉆井液帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)工作，轉(zhuǎn)軸23帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁系統(tǒng)19控制發(fā)電機(jī)定子的電壓使其產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電，并將電能存儲(chǔ)在上儲(chǔ)電器10中，上儲(chǔ)電器10連接的馬達(dá)11帶動(dòng)中心軸12和內(nèi)筒13共同旋轉(zhuǎn)，為底部鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)提供電能。內(nèi)部中心軸12在局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置4內(nèi)部鉆井液帶動(dòng)連接銷13旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)外筒9旋轉(zhuǎn)，起到降低鉆柱摩阻力的作用。底部鉆具振動(dòng)的動(dòng)能通過(guò)承壓裝置17接收，并將振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，不但具有減震功效，同時(shí)將這部分能力儲(chǔ)存到下儲(chǔ)電器15中，為局部電動(dòng)系統(tǒng)提供電能。
[0015]本發(fā)明的工作原理:鉆柱內(nèi)高速流動(dòng)的鉆井液流入底部鉆具上的局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置4，帶動(dòng)井下軸流式水力發(fā)電機(jī)8，產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存在該裝置的內(nèi)部蓄電裝置，同時(shí)，鉆柱縱向振動(dòng)的動(dòng)能通過(guò)壓電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)化為電能也儲(chǔ)存在內(nèi)部蓄電裝置(上儲(chǔ)電器和下儲(chǔ)電器)之中。蓄電裝置中的電能帶動(dòng)內(nèi)部中心軸12推動(dòng)底部鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，外部的旋轉(zhuǎn)外筒9也可以實(shí)現(xiàn)同步反向旋轉(zhuǎn)，變滑動(dòng)摩擦為轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，為底部鉆具的導(dǎo)向鉆進(jìn)降低阻力。
[0016]本發(fā)明的鉆井方法:
(1)檢查局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置4工作是否正常，檢查該裝置連接的密封性，并將上述各部件依次連接，下入井下；
(2)循環(huán)鉆井液，通過(guò)調(diào)整大鉤載荷并給鉆頭施加鉆壓；
(3)鉆井液的壓能、動(dòng)能通過(guò)局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置4，將鉆井液的壓能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行儲(chǔ)存；
(4)承壓墊塊接收鉆柱縱向振動(dòng)的能量，并將振動(dòng)產(chǎn)生的壓能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置中的上、下儲(chǔ)電器之中；
(5)上、下儲(chǔ)電器內(nèi)的電能帶動(dòng)局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置4的旋轉(zhuǎn)外筒9進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，可以降低局部井段的摩阻力；
(6)局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置4內(nèi)部的軸承帶動(dòng)底部鉆具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并將軸力和扭矩傳遞到底部鉆頭，鉆頭旋轉(zhuǎn)擠壓破碎巖石。
【權(quán)利要求】
1.一種局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置，其特征在于:這種局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置包括上部鉆桿(I)、鉆鋌(2)、上短接(3)、局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置(4)、下短接(5)、鉆頭(6)，局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置(4)通過(guò)螺紋與上下短接連接；局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置(4)包括上螺紋(7)、軸流式水力發(fā)電機(jī)(8)、旋轉(zhuǎn)外筒(9)、上儲(chǔ)電器(10)、馬達(dá)(11)、中心軸(12)、連接銷(13)、內(nèi)筒(14)、下儲(chǔ)電器(15)、壓電轉(zhuǎn)換器(16)、承壓裝置(17)、下螺紋(18)，上螺紋(7)與上鉆具連接，下螺紋(18)與下鉆具連接，中心軸(12)從內(nèi)筒(14)穿過(guò)，旋轉(zhuǎn)外筒(9)套置在內(nèi)筒(14)外，內(nèi)筒(14)與旋轉(zhuǎn)外筒(9)之間有連接銷(13)，內(nèi)筒(14)中從上到下依次安裝軸流式水力發(fā)電機(jī)(8)、上儲(chǔ)電器(10)、馬達(dá)(11)、下儲(chǔ)電器(15)、壓電轉(zhuǎn)換器(16)、承壓裝置(17)，軸流式水力發(fā)電機(jī)(8)、上儲(chǔ)電器(10)、馬達(dá)(11)依次連接，下儲(chǔ)電器(15)也連接馬達(dá)(11)，馬達(dá)(11)分別連接中心軸(12)和內(nèi)筒(14)，承壓裝置(17)連接壓電轉(zhuǎn)換器(16)，壓電轉(zhuǎn)換器(16)連接下儲(chǔ)電器(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆井裝置，其特征在于:所述的軸流式水力發(fā)電機(jī)(8 )包括勵(lì)磁系統(tǒng)(19 )、機(jī)座(20 )、發(fā)電機(jī)(21)、上軸承座(22 )、轉(zhuǎn)軸(23 )、下軸承座(24)、水輪機(jī)(26);轉(zhuǎn)軸(23) 一端通過(guò)上軸承座(22)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，轉(zhuǎn)軸(23)另一端通過(guò)下軸承座與水輪機(jī)(26)連接；發(fā)電機(jī)(21)上端面安裝機(jī)座(20)，機(jī)座(20)上設(shè)置勵(lì)磁系統(tǒng)(19)。
【文檔編號(hào)】F03B13/00GK103437701SQ201310414632
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】閆鐵, 王鵬, 畢雪亮, 李井輝, 逯廣東, 單丹丹 申請(qǐng)人:東北石油大學(xué)