軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型為軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具，該鉆具包括殼體和輸出軸，輸出軸上端與驅(qū)動(dòng)部件連接，輸出軸下部連接有鉆頭；輸出軸與殼體間、輸出軸下部?jī)?nèi)設(shè)有鉆井液過流通道，輸出軸下部鉆井液過流通道與鉆頭上設(shè)有的容置空間連通；鉆頭設(shè)有第一噴嘴和第二噴嘴，第二噴嘴與容置空間連通；輸出軸由下向上設(shè)有中心孔，中心孔上端設(shè)有與輸出軸外壁導(dǎo)通的過流孔，輸出軸下部與鉆頭之間連接有高壓合金鋼管，高壓合金鋼管內(nèi)由下向上設(shè)有鉆井液高壓流道；中心孔底端通過高壓合金鋼管內(nèi)鉆井液高壓流道、鉆頭上的第一射流孔與第一噴嘴連通；輸出軸上套設(shè)有一軸流泵，軸流泵的進(jìn)液處與過流通道連通，軸流泵的出液處與中心孔上端的過流孔導(dǎo)通，增壓后的液體由第一噴嘴射出。本實(shí)用新型在鉆井液驅(qū)動(dòng)鉆頭破巖同時(shí)，由軸流泵加壓部分鉆井液進(jìn)行高壓射流輔助破巖，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械和水力聯(lián)合破巖。
【專利說明】軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是關(guān)于一種井下鉆具，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)機(jī)械和水力聯(lián)合破巖的軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，淺層油氣資源勘探開發(fā)程度越來越高，致使剩余淺層資源越來越少，這就導(dǎo)致了深井、超深井鉆探工作量逐年上升。但是，深井、超深井鉆井速度慢，且易使鉆具造成嚴(yán)重磨損或損壞，從而引發(fā)事故，亟需新的鉆井技術(shù)來提高鉆井速度，縮短鉆井周期，提高勘探開發(fā)效益。實(shí)驗(yàn)和研究表明，井下動(dòng)力鉆具和超高壓噴射鉆井技術(shù)相結(jié)合，能很好解決上述問題?，F(xiàn)有的井下動(dòng)力鉆具包括有渦輪鉆具和螺桿鉆具等。
[0003]渦輪鉆具是一種將鉆井液所具有的水力能轉(zhuǎn)換成渦輪軸上的機(jī)械能并由渦輪軸帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)的水力機(jī)械；如圖3所示,現(xiàn)有典型的渦輪鉆具7包括有殼體71,殼體內(nèi)壁設(shè)有渦輪定子73，殼體71中設(shè)有渦輪軸72，渦輪軸72上設(shè)有與渦輪定子73配合的渦輪轉(zhuǎn)子74，渦輪軸72底部通過聯(lián)軸器75與輸出軸76連接；所述鉆頭77上設(shè)有普通噴嘴771，輸出軸76中軸向設(shè)有連通的中心孔761、762，輸出軸中心孔761上端貫通輸出軸外壁并與鉆井液流通通道導(dǎo)通；其主要工作原理是，鉆井液自鉆桿(圖中未示出)輸入到渦輪鉆具，當(dāng)鉆井液從渦輪定子與渦輪轉(zhuǎn)子之間流入時(shí)，由于液流方向和速度的改變，會(huì)在渦輪轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生推力，迫使渦輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)渦輪軸(主軸)及鉆頭旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)；同時(shí)，鉆井液通過中心孔761、762和普通噴嘴771流出，清潔井底，攜帶巖屑。
[0004]但是，渦輪鉆具中鉆井液壓降較大，降低了鉆頭的水馬力，提速效果不明顯，通過大量研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)機(jī)械破巖配合超高壓噴射鉆井技術(shù)能大幅度提高鉆井速度。目前使用較多的超高壓噴射鉆井技術(shù)是井下增壓超高壓射流鉆井技術(shù)，該技術(shù)不需要額外的地面設(shè)備，易于將常規(guī)鉆井方式轉(zhuǎn)向超高壓射流鉆井方式，安全可靠，代表了超高壓射流增壓方式研究的發(fā)展趨勢(shì)。
[0005]現(xiàn)有的井下增壓器主要有:離心式井下增壓器，利用離心泵對(duì)鉆井液進(jìn)行加壓；旁通式井下增壓器，利用大面積推小面積增加壓力；射流式井下增壓器，利用壓差使活塞上下運(yùn)動(dòng)對(duì)鉆井液進(jìn)行加壓；鉆柱減振式井下增壓器，利用鉆柱振動(dòng)，使活塞上下運(yùn)動(dòng)對(duì)鉆井液進(jìn)行加壓；螺桿式井下增壓器，利用動(dòng)力轉(zhuǎn)換體將旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)鉆井液進(jìn)行加壓；分隔式井下增壓器，運(yùn)用流體液壓傳遞原理，利用隔膜的軟活塞特性對(duì)鉆井液進(jìn)行加壓；水力增壓式井下增壓器，利用流體的卷吸作用和激勵(lì)作用實(shí)現(xiàn)增壓。但是，上述大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)只是依靠鉆柱旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，鉆桿壽命低，易發(fā)生井下事故，且有效加壓時(shí)間較短，效率較低。
[0006]由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具，將渦輪鉆具與軸流泵有機(jī)結(jié)合，由鉆井液推動(dòng)渦輪提供動(dòng)力，在驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸流泵加壓部分鉆井液，進(jìn)行聞壓射流輔助破巖，實(shí)現(xiàn)機(jī)械和水力聯(lián)合破巖，以提聞鉆井效率。
[0008]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具，所述鉆具包括有殼體，殼體內(nèi)設(shè)有輸出軸，所述輸出軸上端通過聯(lián)軸器與上方驅(qū)動(dòng)部件連接，輸出軸下部固定套設(shè)有鉆頭；所述輸出軸與殼體之間、輸出軸下部?jī)?nèi)設(shè)有鉆井液過流通道，輸出軸下部鉆井液過流通道與鉆頭上部設(shè)有的容置空間連通；鉆頭下部設(shè)有第一噴嘴和第二噴嘴，所述第二噴嘴通過鉆頭上的第二射流孔與容置空間連通；所述輸出軸內(nèi)由下向上設(shè)有中心孔，中心孔上端設(shè)有與輸出軸外壁導(dǎo)通的多個(gè)過流孔，輸出軸下部與鉆頭之間連接有高壓合金鋼管，高壓合金鋼管內(nèi)部有鉆井液高壓流道；所述中心孔底端通過高壓合金鋼管內(nèi)部鉆井液高壓流道、鉆頭上的第一射流孔與第一噴嘴連通；位于殼體內(nèi)的輸出軸上套設(shè)有一軸流泵，所述軸流泵的進(jìn)液處與鉆井液過流通道連通，軸流泵的出液處與中心孔上端的過流孔導(dǎo)通，增壓后的液體順序通過過流孔、中心孔、高壓合金鋼管內(nèi)部鉆井液高壓流道和第一射流孔由第一噴嘴射出。
[0009]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述軸流泵包括多個(gè)葉輪，固定套設(shè)于輸出軸上，葉輪分為上部葉輪與下部葉輪，上部葉輪主要用于消除鉆井液的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，下部葉輪主要用于對(duì)鉆井液進(jìn)行加壓，葉輪外部為泵筒。
[0010]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述泵筒上、下部外緣分別連接一與殼體內(nèi)壁固定連接的環(huán)形體；所述環(huán)形體上設(shè)有多個(gè)上下貫通的第一透孔。
[0011]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述井下鉆具為渦輪鉆具，由渦輪在井下提供動(dòng)力，該動(dòng)力一部分帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，一部分帶動(dòng)軸流泵葉輪旋轉(zhuǎn)對(duì)部分鉆井液進(jìn)行加壓。
[0012]由上所述，本實(shí)用新型的軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具，在輸出軸帶動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)破巖的同時(shí)，一部分鉆井液流經(jīng)過流通道、過流孔、容置空間和第二射流孔由第二噴嘴中噴出，清潔井底，攜帶巖屑；另一部分鉆井液從軸流泵的進(jìn)液處進(jìn)入泵體，增壓后的液體從軸流泵的出液處流出，并順序通過過流孔、中心孔、高壓合金鋼管內(nèi)部鉆井液高壓流道和第一射流孔由第一噴嘴射出，進(jìn)行水力輔助破巖，由此實(shí)現(xiàn)水力機(jī)械聯(lián)合破巖，提高鉆進(jìn)速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的范圍。其中:
[0014]圖1A:為本實(shí)用新型軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖1B:為圖1A中B-B處剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2:為本實(shí)用新型中軸流泵葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3:為現(xiàn)有渦輪鉆具的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【專利附圖】

【附圖說明】本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0019]如圖1A所示，本實(shí)用新型提出一種軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具100，所述鉆具包括有殼體I，殼體I內(nèi)設(shè)有輸出軸2,所述輸出軸2上端通過聯(lián)軸器與上方驅(qū)動(dòng)部件6連接,輸出軸2下部固定套設(shè)有鉆頭4 ;所述輸出軸2與殼體I之間設(shè)有鉆井液過流通道I，輸出軸2下部?jī)?nèi)設(shè)有鉆井液過流通道32，輸出軸2下部設(shè)有過流孔23，所述鉆頭4上部設(shè)有容置空間43，所述過流通道I與容置空間43由過流孔23連通；鉆頭4下部設(shè)有第一噴嘴41和第二噴嘴42，所述第二噴嘴42通過鉆頭上的第二射流孔421與容置空間43連通；所述輸出軸2內(nèi)由下向上設(shè)有中心孔22，中心孔22上端設(shè)有與輸出軸2外壁導(dǎo)通的多個(gè)過流孔21 ；輸出軸2下部與鉆頭4之間連接有高壓合金鋼管3，高壓合金鋼管3內(nèi)由下向上設(shè)有鉆井液高壓流道31 ;所述中心孔21底端通過鉆井液過流通道31、鉆頭上的第一射流孔411與第一噴嘴41連通；位于殼體I內(nèi)的輸出軸2上套設(shè)有一軸流泵5，所述軸流泵5的進(jìn)液處與鉆井液過流通道I連通，軸流泵5的出液口與中心孔22上端的過流孔21導(dǎo)通；在本實(shí)施方式中，所述第二噴嘴42為普通的低壓噴嘴，第一噴嘴41為高壓射流噴嘴。由上述結(jié)構(gòu)，在輸出軸2帶動(dòng)鉆頭4轉(zhuǎn)動(dòng)破巖的同時(shí)，一部分鉆井液流經(jīng)過流通道1、過流孔23、容置空間43和第二射流孔421由第二噴嘴42中噴出，清潔井底，攜帶巖屑；另一部分鉆井液從軸流泵5的進(jìn)液處進(jìn)入泵體，增壓后的液體從軸流泵5的出液處流出，并順序通過過流孔21、中心孔22、鉆井液高壓流道31和第一射流孔411由第一噴嘴41射出，進(jìn)行水力輔助破巖，由此實(shí)現(xiàn)水力機(jī)械聯(lián)合破巖，提高鉆進(jìn)速度。
[0020]在本實(shí)施方式中，如圖1A所示，所述井下鉆具為渦輪鉆具，所述輸出軸2上端通過聯(lián)軸器61與渦輪軸63連接，渦輪軸63上設(shè)有渦輪轉(zhuǎn)子631，殼體I內(nèi)設(shè)有與渦輪轉(zhuǎn)子631對(duì)應(yīng)的渦輪定子632。鉆具工作時(shí)，鉆井液進(jìn)入渦輪定子632，渦輪定子632使鉆井液按一定的方向和速度進(jìn)入渦輪轉(zhuǎn)子631，驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子631旋轉(zhuǎn)，將鉆井液的液體能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能量，使渦輪軸63轉(zhuǎn)動(dòng)并傳遞給輸出軸2使輸出軸旋轉(zhuǎn)；輸出軸2帶動(dòng)軸流泵5對(duì)部分鉆井液進(jìn)行加壓，被加壓的鉆井液通過第一噴嘴41噴出；同時(shí)，輸出軸2帶動(dòng)鉆頭4旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的鉆頭4和第一噴嘴41噴出的鉆井液共同作用，實(shí)現(xiàn)水力機(jī)械聯(lián)合破巖，能夠有效提高鉆進(jìn)速度；未被加壓的鉆井液則經(jīng)過過流通道1、過流孔23、容置空間43和第二射流孔421由第二噴嘴42中噴出，清潔井底，攜帶巖屑，由此提高鉆井效率。
[0021]進(jìn)一步，所述輸出軸2安裝有徑向止推軸承62，徑向止推軸承62外緣設(shè)有與所述鉆井液過流通道I導(dǎo)通的多個(gè)孔道621。
[0022]進(jìn)一步，如圖2，在本實(shí)施方式中，所述軸流泵5包括設(shè)有多上部葉輪52與下部葉輪55，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)液體作用有軸向推力，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠帚@井液動(dòng)能，對(duì)部分鉆井液進(jìn)行加壓。
[0023]進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，所述軸流泵上部葉輪52與下部葉輪55設(shè)在軸流泵5泵筒54的內(nèi)；所述泵筒54與殼體I內(nèi)壁之間具有環(huán)形空間O (該環(huán)形空間O構(gòu)成了鉆井液過流通道I的一部分)；泵筒54上部、中部外緣分別連接與殼體I內(nèi)壁固定連接的環(huán)形體51、53 ;所述環(huán)形體51、53對(duì)應(yīng)所述環(huán)形空間O設(shè)置，環(huán)形體51、53上分別設(shè)有多個(gè)上下貫通的第一透孔511、531 ;在本實(shí)施方式中，所述環(huán)形體51與環(huán)形體53之間設(shè)有第二調(diào)節(jié)筒56。
[0024]由上所述，本實(shí)施方式中的軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具將渦輪鉆具與軸流泵有機(jī)結(jié)合，提供了一種水力機(jī)械聯(lián)合破巖的新式井下動(dòng)力增壓鉆具；該鉆具工作時(shí)，鉆井液進(jìn)入渦輪定子，渦輪定子使鉆井液按一定的方向和速度進(jìn)入渦輪轉(zhuǎn)子，驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將鉆井液的液體能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能量，使渦輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)并傳遞給輸出軸使輸出軸旋轉(zhuǎn)；輸出軸帶動(dòng)軸流泵的葉輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)部分鉆井液進(jìn)行加壓，被加壓的鉆井液通過輸出軸的過流孔、中心孔、高壓合金鋼管內(nèi)鉆井液高壓流道、鉆頭的第一射流孔和第一噴嘴噴出，進(jìn)行水力輔助破巖；同時(shí)，輸出軸帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的鉆頭和第一噴嘴噴出的鉆井液共同作用，實(shí)現(xiàn)水力機(jī)械聯(lián)合破巖，有效提高了鉆進(jìn)速度；未被加壓的鉆井液則經(jīng)過過流通道、過流孔、容置空間和第二射流孔由第二噴嘴中噴出，清潔井底，攜帶巖屑，由此提高鉆井效率。
[0025] 以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具，所述鉆具包括有殼體，殼體內(nèi)設(shè)有輸出軸，所述輸出軸上端通過聯(lián)軸器與上方驅(qū)動(dòng)部件連接，輸出軸下部固定套設(shè)有鉆頭；其特征在于:所述輸出軸與殼體之間、輸出軸下部?jī)?nèi)設(shè)有鉆井液過流通道，輸出軸下部鉆井液過流通道與鉆頭上部設(shè)有的容置空間連通；鉆頭下部設(shè)有第一噴嘴和第二噴嘴，所述第二噴嘴通過鉆頭上的第二射流孔與容置空間連通；所述輸出軸內(nèi)由下向上設(shè)有中心孔，中心孔上端設(shè)有與輸出軸外壁導(dǎo)通的多個(gè)過流孔，輸出軸下部與鉆頭之間連接有高壓合金鋼管，高壓合金鋼管內(nèi)部設(shè)有鉆井液高壓流道；所述中心孔底端通過高壓合金鋼管內(nèi)部鉆井液高壓流道、鉆頭上的第一射流孔與第一噴嘴連通；位于殼體內(nèi)的輸出軸上套設(shè)有一軸流泵，所述軸流泵的進(jìn)液處與鉆井液過流通道連通，軸流泵的出液處與中心孔上端的過流孔導(dǎo)通，增壓后的液體順序通過過流孔、中心孔、高壓合金鋼管內(nèi)部鉆井液高壓流道和第一射流孔由第一噴嘴射出。
2.如權(quán)利要求1所述的井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于:所述軸流泵包括多個(gè)葉輪，固定套設(shè)于輸出軸上，葉輪分為上部葉輪與下部葉輪，上部葉輪主要用于消除鉆井液的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，下部葉輪主要用于對(duì)鉆井液進(jìn)行加壓，葉輪外部為泵筒。
3.如權(quán)利要求2所述的軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于:所述泵筒上、下部外緣分別連接一與殼體內(nèi)壁固定連接的環(huán)形體；所述環(huán)形體上設(shè)有多個(gè)上下貫通的第一透孔。
4.如權(quán)利要求1所述的軸流式井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于:所述井下鉆具為渦輪鉆具，由渦輪在井下提供動(dòng)力，該動(dòng)力一部分帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，一部分帶動(dòng)軸流泵葉輪旋轉(zhuǎn)對(duì)部分鉆井液進(jìn)行加壓。
【文檔編號(hào)】F04D29/18GK203655159SQ201420023506
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】王志浩 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(北京)