專利名稱：鉆井力矩平衡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本實(shí)用新型涉及一種鉆井裝備，具體的是涉及一種井下步進(jìn)式鉆井所需的鉆井力矩平衡器。
技術(shù)背景:提取地殼深層的礦產(chǎn)和熱能均涉及鉆深井。目前鉆深井均是動(dòng)力在地面，通過數(shù)千米的鉆桿將扭距和壓力傳到深井底部的鉆頭。即使很粗的鋼管也都扭成麻花，大量能量消耗在鉆桿的扭曲變形。致使深井的鉆井效率很低，成本高得驚人，鉆桿重量數(shù)百噸，井架巨大，動(dòng)力巨大。目前鉆斜井的動(dòng)力可采用井下的泥漿馬達(dá)，但其鉆頭的力矩靠彎曲的長鉆桿在彎曲的井壁上的扭力來平衡，其鉆井效率仍然較低，而且在直井中難以運(yùn)用。能否利用泥漿的壓力，在鉆頭附近產(chǎn)生力矩，平衡鉆頭占孔的扭距。在鉆頭鉆進(jìn)若干米深后，平衡扭距的裝置再跟進(jìn)若干米，形成步進(jìn)式鉆井。這樣鉆深井的成本將大幅降低，效率將大大提高。這樣，泥漿馬達(dá)不僅可用于鉆斜井，也可用于鉆直井。此項(xiàng)各國均有探索，但因在深井的鉆頭附近產(chǎn)生平衡力矩困難，沒能解決此項(xiàng)技術(shù)
實(shí)用新型內(nèi)容
:本實(shí)用新型就是針對(duì)上述問題和現(xiàn)有技術(shù)提出的一種:利用通用的泥漿馬達(dá)做動(dòng)力時(shí)，利用泥漿馬達(dá)的內(nèi)外壓降制成鉆井力矩平衡器，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式鉆井的新途徑。本實(shí)用新型為解決上述問題采取的方案:包括殼體，殼體上端與鉆桿相連，殼體內(nèi)腔固定有導(dǎo)向件，導(dǎo)向件的上部設(shè)有泥漿通道，導(dǎo)向件內(nèi)腔截面為非完整圓，導(dǎo)向件內(nèi)腔套裝步進(jìn)桿，步進(jìn)桿的下端與泥衆(zhòng)馬達(dá)相連，步進(jìn)桿可在導(dǎo)向件內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，殼體的側(cè)面設(shè)置有多排只能伸縮的壓頭。按上述方案，所述步進(jìn)桿與殼體下端設(shè)有密封件，此密封件同于泥漿馬達(dá)與鉆頭之間的動(dòng)態(tài)密封，此密封允許步進(jìn)桿伸出和回入殼體。按上述方案，步進(jìn)桿能隨泥漿馬達(dá)的鉆進(jìn)下伸，當(dāng)步進(jìn)桿伸到底時(shí)，殼體內(nèi)泥漿壓強(qiáng)減小，壓頭從井壁縮回，鉆井力矩平衡器靠重力跟進(jìn)下降直達(dá)泥漿馬達(dá)的上部，此時(shí)步進(jìn)桿又回到殼體內(nèi)起始位置，等待下一次步進(jìn)。按上述方案，所述殼體為中空得圓柱體，其上下端直徑略大于中部，但比井壁孔略小，上下端與中部剛性連成一體。按上述方案，所述壓頭在殼體的配合孔內(nèi)，能在孔內(nèi)滑動(dòng)。按上述方案，所述壓頭與殼體側(cè)壁通過彈性件相連，彈性件與壓頭固死，彈性件的另一端與殼體側(cè)壁固死。按上述方案，所述彈性件由不透氣的彈性材料制成。按上述方案，所述壓頭采用耐磨、耐壓、摩擦系數(shù)高的剎車材料制成。本實(shí)用新型的工作原理:鉆井力矩平衡器按裝在鉆桿與泥漿馬達(dá)之間，鉆井力矩平衡器的步進(jìn)桿的下端與泥漿馬達(dá)連接，殼體的上端與鉆桿連接；當(dāng)接通地面泥漿機(jī)時(shí)，殼體內(nèi)腔的壓強(qiáng)增高，多排壓頭在壓力的作用下壓向井壁，緊緊抓住井壁，在井下形成鉆井所需的平衡力矩。此時(shí)鉆頭不斷鉆進(jìn)，步進(jìn)桿不斷下伸，當(dāng)鉆到井底7即步進(jìn)桿伸到底時(shí)，停止供給泥漿高壓，此時(shí)殼體內(nèi)的壓強(qiáng)下降，壓頭縮回，力矩平衡器靠自身及鉆桿的重量下降，一直降到泥漿馬達(dá)的上部，等待下一次的鉆進(jìn)。壓頭對(duì)井壁的壓力來自力矩平衡器殼體內(nèi)的壓力。力矩平衡器殼體內(nèi)泥漿的壓強(qiáng)大于殼體外泥漿的壓強(qiáng)，其壓強(qiáng)差即為泥漿馬達(dá)的壓降，此壓降可近于5MPa。這樣，鉆井力距平衡器就與泥漿馬達(dá)組成井下步進(jìn)式泥漿馬達(dá)，進(jìn)行井下步進(jìn)式鉆井。此實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):1.動(dòng)力和扭矩平衡均在井下，鉆桿不必承受巨大的扭矩，對(duì)鉆桿承力的強(qiáng)度大幅減小。從而可大幅減小鉆桿的尺寸和重量，從而大幅減小井架的尺寸和重量。屆時(shí)，用3km的井架有可能鉆5km的深井。2.動(dòng)力和扭矩平衡均在井下，可省去大量用于鉆桿扭曲變形的功，故可省去井架上帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)的大量動(dòng)力。3.動(dòng)力和扭矩平衡均在井下，且是利用泥漿的液壓做動(dòng)力。對(duì)于液壓傳動(dòng)，即使傳到數(shù)千米深井下，也與淺井處的液壓動(dòng)力相近。所以數(shù)千米深處鉆井的力度和效率與鉆淺井接近。從而大大提聞鉆深井的效率，降低鉆深井的成本，減短鉆深井的周期。4.因泥漿馬達(dá)緊靠力矩平衡器，故無需靠彎曲的長鉆桿在斜井井壁上產(chǎn)生平衡力矩。所以此步進(jìn)泥漿馬達(dá)也能用于鉆直井。

附圖為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步加以詳細(xì)說明包括殼體8,殼體8為截面略小于井壁3的圓柱體,殼體8的上端與鉆桿I相連。殼體8內(nèi)腔固定有導(dǎo)向件12，導(dǎo)向件12的上部設(shè)有泥漿通道9，導(dǎo)向件12內(nèi)腔截面為非完整圓，導(dǎo)向件12內(nèi)腔裝有步進(jìn)桿4,步進(jìn)桿4可在導(dǎo)向件12內(nèi)上下運(yùn)動(dòng),但不能轉(zhuǎn)動(dòng),步進(jìn)桿的下端與泥漿馬達(dá)5相連。殼體8的側(cè)壁設(shè)有多排只能伸縮的壓頭10，壓頭10在殼體8側(cè)壁的配合孔內(nèi)。步進(jìn)桿4與殼體8下端之間設(shè)有動(dòng)態(tài)密封件13，壓頭10與殼體8之間有彈性件11，彈性件11與壓頭10固死，彈性件11的另一端與殼體8側(cè)壁固死，彈性件11由不透氣的彈性材料制成，所述壓頭10采用耐磨、耐壓、摩擦系數(shù)高的剎車材料制成。當(dāng)接通泥漿2的高壓時(shí)，殼體8的內(nèi)腔壓強(qiáng)增大，壓頭10壓向井壁3，并緊緊抓住井壁3，在泥漿馬達(dá)近處產(chǎn)生鉆井所需的平衡力矩。當(dāng)鉆頭6鉆到底7即步進(jìn)桿伸出到底時(shí)，斷開泥漿2的高壓，殼體8的內(nèi)腔壓強(qiáng)減小，壓頭10縮回，鉆桿I與鉆井力矩平衡器靠自身重量下降，一直降到泥漿馬達(dá)5的上部，此時(shí)步進(jìn)桿又重新回到殼體8的起始位置，等待下一次鉆進(jìn)。
權(quán)利要求1.一種鉆井力矩平衡器,其特征在于:包括殼體，殼體上端與鉆桿相連，殼體內(nèi)腔固定有導(dǎo)向件，導(dǎo)向件的上部有泥漿通道，導(dǎo)向件內(nèi)腔截面為非完整圓，導(dǎo)向件內(nèi)腔套裝步進(jìn)桿，步進(jìn)桿下端與泥漿馬達(dá)相連，步進(jìn)桿可在導(dǎo)向件內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，殼體的側(cè)面設(shè)有多排只能伸縮的壓頭，壓頭與殼體之間有彈性件連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井力矩平衡器，其特征在于:所述步進(jìn)桿與殼體下端之間設(shè)置有動(dòng)態(tài)密封件，此密封允許步進(jìn)桿進(jìn)出殼體，此密封同于泥漿馬達(dá)與鉆頭之間的動(dòng)態(tài)密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井力矩平衡器，其特征在于:所述步進(jìn)桿能隨泥漿馬達(dá)的鉆進(jìn)下伸，當(dāng)步進(jìn)桿伸到底時(shí)，殼體內(nèi)泥漿壓強(qiáng)減小，壓頭從井壁縮回，鉆井力矩平衡器靠重力跟進(jìn)下降直到泥漿馬達(dá)的上部，此時(shí)步進(jìn)桿又重新回到殼體內(nèi)起始位置，等待下一次步進(jìn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井力矩平衡器，其特征在于:所述殼體為中空的圓柱體，其上下端的直徑比中部略大，但比井壁孔略小，其上下端與中部剛性連為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井力矩平衡器，其特征在于:所述壓頭與彈性件中部密封固死，彈性件的另一端與殼體密封固死。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆井力矩平衡器，其特征在于:所述彈性件由不透氣的彈性材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井力矩平衡器，其特征在于:所述壓頭采用耐磨、耐壓、摩擦系數(shù)高的材料制成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鉆井力矩平衡器，其特征在于包括殼體，殼體上端與輸入泥漿的鉆桿相連，殼體內(nèi)腔固定有導(dǎo)向件，導(dǎo)向件的上部設(shè)有泥漿通道，導(dǎo)向件內(nèi)腔截面為非完整圓，導(dǎo)向件內(nèi)腔套裝步進(jìn)桿，步進(jìn)桿下端與泥漿馬達(dá)相連，步進(jìn)桿可在導(dǎo)向件內(nèi)腔上下運(yùn)動(dòng)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，殼體的側(cè)面設(shè)有多排只能伸縮的壓頭。在高壓泥漿的推動(dòng)下，壓頭伸出緊緊抓住井壁，產(chǎn)生平衡鉆頭鉆井的力矩。鉆井力矩平衡器還能通過步進(jìn)桿隨泥漿馬達(dá)步進(jìn)。
文檔編號(hào)E21B4/02GK203066856SQ20122055681
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者倪元武 申請(qǐng)人:倪元武