本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井、煤層氣鉆井領(lǐng)域的鉆井工具，尤其是一種液力擊振步進(jìn)式破巖裝置。

背景技術(shù)：

深井、超深井是國(guó)內(nèi)外開發(fā)深部油氣資源的主要技術(shù)手段，但隨著井深的增加，巖石更加致密堅(jiān)硬，常規(guī)鉆頭及鉆井方式破巖效率很低，導(dǎo)致鉆井周期延長(zhǎng)，我國(guó)西部的深井鉆井周期長(zhǎng)達(dá)1年甚至2年，增加了開發(fā)后的噸油成本，已經(jīng)難以滿足油氣資源高效開發(fā)的要求，因此迫切需要更快更有效的鉆井破巖技術(shù)。理論研究與工程實(shí)踐表明，小尺寸鉆頭具有破巖效率高于大尺寸鉆頭的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)小尺寸鉆頭先完成一定深度井眼的鉆進(jìn)時(shí)，再利用大尺寸鉆頭鉆進(jìn)，形成階梯型井眼，此時(shí)由于大尺寸鉆頭所鉆巖石的部分內(nèi)應(yīng)力得到釋放，降低了大尺寸鉆頭所鉆巖體的難度，可大幅提高設(shè)計(jì)井眼的鉆進(jìn)速度，即利用步進(jìn)式破巖原理提高鉆速，同時(shí)軸向沖擊效應(yīng)也有利于提高堅(jiān)硬巖石的破碎率，若能將兩種工藝有機(jī)結(jié)合，將大幅提高深井、超深井的鉆井速度，但是目前國(guó)內(nèi)外僅僅針對(duì)其中的一種工藝進(jìn)行獨(dú)立研究，提速效果有限，而關(guān)于兩種工藝優(yōu)化組合及相關(guān)裝置的研究文獻(xiàn)還未見到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,為石油天然氣鉆井、煤層氣鉆井、地質(zhì)勘探、礦山鉆探提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，控制精度高，操作方便的液力擊振步進(jìn)式破巖裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

液力擊振步進(jìn)式破巖裝置，包括外殼體2和容積式馬達(dá)11、傳動(dòng)軸14、一級(jí)接頭16，傳動(dòng)軸14上加工旁通孔13，其中：在外殼體2上部設(shè)有中空的中心軸1，外殼體2內(nèi)壁與中心軸1外壁之間設(shè)置彈簧腔，彈簧腔內(nèi)設(shè)置彈簧4，外殼體2內(nèi)壁與中心軸1外壁之間通過花鍵6軸向插接配合，外殼體2與中心軸1周邊密封配合，容積式馬達(dá)11安裝在中心軸1下方的外殼體2內(nèi)部，容積式馬達(dá)11與中心軸1軸向之間預(yù)設(shè)振蕩腔，容積式馬達(dá)11的上端通過與外殼體2固連的盤閥10限位，在外殼體2的下端部設(shè)有二級(jí)接頭17。

上述方案進(jìn)一步包括：

容積式馬達(dá)11通過聯(lián)軸器12與傳動(dòng)軸14連接，傳動(dòng)軸14與外殼體2之間安裝軸承15，中心軸1上端設(shè)有連接頭。

盤閥10通過固定肋9與外殼體2連接，中心軸1與外殼體2之間安裝多級(jí)密封裝置

振蕩腔8是一組或多組串聯(lián)。

所述花鍵6和彈簧腔4內(nèi)部充滿潤(rùn)滑油。

本發(fā)明的液力擊振步進(jìn)式破巖裝置將步進(jìn)式破巖與軸向沖擊高效破巖兩種提速工藝優(yōu)化組合，大幅提高深井、超深井的鉆井速度及深部油氣資源的開發(fā)效益；進(jìn)一步提高深井、超深井的鉆井速度，充分發(fā)揮步進(jìn)式破巖和沖擊破巖兩種工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，滿足降低鉆井綜合成本，高效開發(fā)深層油氣資源的要求；具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能可靠、操作方便等特點(diǎn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析，液力擊振步進(jìn)式破巖裝置能夠平均單井節(jié)省鉆井周期15-20天，鉆井效率提高68.6%，且鉆井質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了低能耗、高效率的鉆井目的。

附圖說明

圖1是依據(jù)本發(fā)明所提出的液力擊振步進(jìn)式破巖裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是依據(jù)本發(fā)明所提出的液力擊振步進(jìn)式破巖裝置a-a截面示意圖。

圖中1-中心軸、2-外殼體、3-一級(jí)密封裝置、4-彈簧裝置、5-二級(jí)密封裝置、6-花鍵、7-三級(jí)密封裝置、8-振蕩腔、9-固定肋、10-盤閥、11-容積式馬達(dá)、12-聯(lián)軸器、13-旁通孔、14-傳動(dòng)軸、15-軸承、16-一級(jí)接頭、17-二級(jí)接頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明。

典型實(shí)施例

如圖1，中心軸1安裝在外殼體2的上部，與外殼體2之間安裝彈簧裝置4，中心軸1通過花鍵裝置6與外殼體2連接，中心軸1與外殼體2之間分別安裝一級(jí)密封裝置3、二級(jí)密封裝置5、三級(jí)密封裝置7，外殼體2的中部?jī)?nèi)壁上加工振蕩腔8，容積式馬達(dá)11安裝在外殼體2的下部，在容積式馬達(dá)11的上端安裝盤閥10，盤閥10通過固定肋9與外殼體2連接，容積式馬達(dá)11通過聯(lián)軸器12與傳動(dòng)軸14連接，傳動(dòng)軸14上加工旁通孔13，傳動(dòng)軸14與外殼體2之間安裝軸承15，傳動(dòng)軸14下部加工一級(jí)接頭16，外殼體下部加工二級(jí)接頭17。

本發(fā)明的裝置應(yīng)用于鉆井施工時(shí)，小尺寸鉆頭連接一級(jí)接頭，大尺寸鉆頭連接二級(jí)接頭，由于小鉆頭尺寸小，鉆井破巖效率高，當(dāng)小尺寸鉆頭先完成一定深度井眼的鉆進(jìn)時(shí)，再利用大尺寸鉆頭鉆進(jìn)，形成階梯型井眼，此時(shí)由于大尺寸鉆頭所鉆巖石的部分內(nèi)應(yīng)力得到釋放，從而降低了大尺寸鉆頭所鉆巖體的難度，即可大幅提高設(shè)計(jì)井眼的鉆進(jìn)速度，即利用步進(jìn)式破巖原理提高鉆速。鉆井液經(jīng)過中心軸到達(dá)容積式馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，容積式馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)一級(jí)接頭旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)小尺寸鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖，井口轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩經(jīng)鉆桿傳遞至中心軸，通過花鍵裝置驅(qū)動(dòng)外殼體轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)二級(jí)接頭轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)大尺寸鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖。容積式馬達(dá)轉(zhuǎn)子在鉆井液作用下發(fā)生自轉(zhuǎn)的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生公轉(zhuǎn)，由于盤閥是不規(guī)則形狀，使得容積式馬達(dá)轉(zhuǎn)子公轉(zhuǎn)時(shí)與盤閥所形成的過流面積不斷改變，從而造成管柱內(nèi)鉆井液流動(dòng)壓力的變化，即產(chǎn)生水擊波效應(yīng)或水擊壓力，水擊壓力向上傳遞，經(jīng)過振蕩腔的調(diào)制放大后，作用在外殼體上，且方向向上，由于外殼體與中心軸之間安裝彈簧裝置，外殼體向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)壓縮彈簧裝置，將水擊壓力積蓄在彈簧裝置中，并且中心軸的下端不能進(jìn)入振蕩腔，當(dāng)水擊壓力減小時(shí)，彈簧裝置的恢復(fù)力驅(qū)動(dòng)外殼體向下運(yùn)動(dòng)，不僅在大尺寸鉆頭上產(chǎn)生柔性沖擊，同時(shí)也經(jīng)過軸承裝置在小尺寸鉆頭上產(chǎn)生柔性沖擊，隨著鉆井液的不斷流動(dòng)，容積式馬達(dá)轉(zhuǎn)子的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠周期性的產(chǎn)生水擊壓力，上述過程周期性重復(fù)，即在鉆頭上不斷產(chǎn)生柔性沖擊，輔助提高鉆頭破巖效率。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種液力擊振步進(jìn)式破巖裝置，包括外殼體和容積式馬達(dá)、傳動(dòng)軸、一級(jí)接頭，在外殼體上部設(shè)有中空的中心軸，外殼體與中心軸之間設(shè)置彈簧，外殼體內(nèi)壁與中心軸外壁之間通過花鍵軸向插接配合，容積式馬達(dá)安裝在中心軸下方的外殼體內(nèi)部，容積式馬達(dá)與中心軸軸向之間預(yù)設(shè)振蕩腔，容積式馬達(dá)的上端通過與外殼體固連的盤閥限位，在外殼體的下端部設(shè)有二級(jí)接頭。該裝置將液力擊振和步進(jìn)式破巖將兩種鉆井提速工藝有機(jī)融為一體，能夠進(jìn)一步提高深井、超深井的鉆井速度，同時(shí)減小鉆具組合橫向振動(dòng)，保護(hù)鉆頭、穩(wěn)定鉆壓，防止復(fù)雜情況的發(fā)生，并縮短鉆井周期，降低鉆井綜合成本。

技術(shù)研發(fā)人員：李文飛;耿應(yīng)春;李作會(huì);李玄燁;周延軍;戴榮東;夏文安
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司;中石化勝利石油工程有限公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
技術(shù)研發(fā)日：2015.12.29
技術(shù)公布日：2017.07.07