專利名稱：動壓潤滑鉆具及具有該鉆具的鉆具組合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆具，尤其是一種能利用鉆具本身回轉(zhuǎn)時的泵液作用把鉆井液帶入鉆具外表面和井壁或套管壁的摩擦面間，把鉆具外表面與井壁或套管壁分開，變鉆具外表面和井壁或套管壁間的干摩擦或邊界摩擦為液體摩擦的動壓潤滑鉆具，以及具有該動壓潤滑鉆具在鉆井過程中能防止井斜的鉆具組合。
背景技術(shù)：
在鉆井過程中，對于直井的防斜問題一直是石油天然氣鉆井領(lǐng)域的難題之一，特別是在高陡構(gòu)造地區(qū)易斜地層進(jìn)行鉆井時井斜問題十分嚴(yán)重。如我國的塔里木、玉門、青海柴達(dá)木盆地、四川盆地等地區(qū)都存在著大量的高陡構(gòu)造地層，受地層自然造斜效應(yīng)的影響， 長期以來一直制約著這些地區(qū)深層油氣資源的勘探開發(fā)進(jìn)程。為此，人們在鉆井防斜方面進(jìn)行了大量的研究，如第“201020648091. 7”號中國專利就公開了一種“防斜打直隨鉆復(fù)合鉆井裝置”，該裝置包括鉆頭、螺桿鉆具、穩(wěn)定器和鉆鋌；鉆頭、螺桿鉆具、穩(wěn)定器和不少于一根的鉆鋌自下而上依序固定安裝在一起，并在穩(wěn)定器和鉆鋌之間固定安裝有無線隨鉆測斜儀。鉆井時無線隨鉆測斜儀通過鉆柱內(nèi)鉆井液壓力脈沖信號實時將井斜角、方位角數(shù)據(jù)傳送到地面，實現(xiàn)對井斜角的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)井斜角增大時，滑動鉆進(jìn)糾斜。目前現(xiàn)有的防斜打直技術(shù)，大多是以上述公知技術(shù)為代表的，只能在井斜已經(jīng)發(fā)生時通過鉆具與井壁或套管壁的直接接觸進(jìn)行防斜或糾斜，尚不能實現(xiàn)在鉆進(jìn)時使鉆具外表面和井壁或套管壁自動分開，使鉆具自動趨于井眼中心，以防止井斜的發(fā)生，因此，公知的技術(shù)中快速鉆進(jìn)與防斜打直的矛盾依然存在。有鑒于上述公知技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明人根據(jù)多年從事本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)設(shè)計經(jīng)驗，研制出本發(fā)明的動壓潤滑鉆具及具有該鉆具的鉆具組合，能夠變鉆具外表面和井壁或套管壁間的干摩擦或邊界摩擦為液體摩擦，把鉆具外表面和井壁或套管壁分開， 達(dá)到防止井斜發(fā)生的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種動壓潤滑鉆具，該動壓潤滑鉆具能利用鉆具本身回轉(zhuǎn)時的泵液作用把鉆井液帶入鉆具外表面和井壁或套管壁的摩擦面間，把鉆具外表面和井壁或套管壁分開，從而實現(xiàn)變鉆具外表面和井壁或套管壁間的干摩擦或邊界摩擦為液體摩擦。本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有所述動壓潤滑鉆具的鉆具組合，從而在鉆井過程中通過動壓潤滑鉆具能夠?qū)@具與井壁或套管壁之間的干摩擦轉(zhuǎn)化為液體摩擦，在降低鉆具磨損的同時，能防止井斜的發(fā)生。為此，本發(fā)明的動壓潤滑鉆具包括一中空的中心軸，一殼體能相對中心軸轉(zhuǎn)動地套設(shè)在所述中心軸的外部，所述殼體的內(nèi)壁與所述中心軸的外周面之間形成有環(huán)空；至少在所述殼體的內(nèi)壁上設(shè)有一個以上的轉(zhuǎn)子，每個所述轉(zhuǎn)子具有多個向內(nèi)凸出的轉(zhuǎn)子葉片，
4所述轉(zhuǎn)子葉片位于所述環(huán)空內(nèi)；所述中心軸的側(cè)壁上設(shè)有一個以上的分流孔。本發(fā)明的鉆具組合具有鉆柱，所述鉆柱包括多個依次連接的常規(guī)鉆具，至少一個如上所述的動壓潤滑鉆具；所述動壓潤滑鉆具設(shè)置在相鄰的兩個所述常規(guī)鉆具之間。本發(fā)明的動壓潤滑鉆具及具有該鉆具的鉆具組合與現(xiàn)有技術(shù)相比具備的優(yōu)點和特點是本發(fā)明提出的動壓潤滑鉆具，由中空的中心軸、殼體組成，其中，中心軸的外部固定有定子，殼體的內(nèi)部固定有轉(zhuǎn)子，中空的中心軸內(nèi)能通過鉆井液，在鉆井液的沖擊下轉(zhuǎn)子能帶動殼體相對于具有定子的中心軸轉(zhuǎn)動。本發(fā)明提出的鉆具組合具有鉆柱，所述鉆柱由多個依次連接的常規(guī)鉆具、連接在常規(guī)鉆具之間的動壓潤滑鉆具構(gòu)成，所述動壓潤滑鉆具上端與其上部的一常規(guī)鉆具相連，下端與其下部的一常規(guī)鉆具相連，多個所述動壓潤滑鉆具通過上述連接方式依序間隔連接在鉆柱中的常規(guī)鉆具之間，并隨多個常規(guī)鉆具一起下入井內(nèi)。本發(fā)明的鉆具組合在鉆井的過程中，隨著鉆柱的鉆進(jìn)，進(jìn)入所述中心軸的鉆井液經(jīng)分流孔后能沖擊所述轉(zhuǎn)子葉片帶動所述殼體以鉆柱(動壓潤滑鉆具中心軸)的中心線為軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動，當(dāng)鉆柱的中心線與所鉆井孔的中心線重合時，所述鉆柱的軸線方向不承受徑向推力；當(dāng)鉆柱的中心線偏離所鉆井孔的中心線時，所述殼體的中心同樣偏離井孔中心， 與井壁或套管壁較近的殼體一側(cè)與孔壁之間形成楔形間隙，在所述轉(zhuǎn)子的帶動下所述殼體轉(zhuǎn)動產(chǎn)生泵液作用，把充滿動壓潤滑鉆具與井孔之間的鉆井液帶入殼體外表面和井壁或套管壁之間形成的楔形間隙內(nèi)，建立壓力液膜，向動壓潤滑鉆具施加垂直于軸向的徑向推力， 使鉆柱的外表面和井壁或套管壁分開，不發(fā)生直接接觸，或者減少鉆柱的外表面和井壁或套管壁的摩擦，從而減少磨損。本發(fā)明提出的動壓潤滑鉆具和具有該鉆具的鉆具組合，能夠?qū)崿F(xiàn)在鉆井時利用動壓潤滑鉆具本身回轉(zhuǎn)時的泵液作用把鉆井液帶入動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁的摩擦面間，建立壓力液膜把動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁分開，變動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁間的干摩擦或邊界摩擦為液體摩擦。本發(fā)明提出的動壓潤滑鉆具和具有該鉆具的鉆具組合，能實現(xiàn)在鉆進(jìn)時變動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁間的干摩擦或邊界摩擦為液體摩擦，把鉆具外表面和井壁或套管壁自動分開，使鉆具自動趨于井眼中心，在垂直鉆井時能防止井斜的發(fā)生，在水平井鉆井時減小了鉆具外表面和井壁或套管壁的滑動表面間的摩擦損失和表面磨損，從而降低了垂直鉆井和水平井鉆井的復(fù)雜性和成本，提高了鉆井效率。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖1為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的整體結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖2A為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的殼體與第三TC動套之間的配合局部剖視示意圖；圖2B為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的殼體與第三TC動套之間的配合側(cè)視示意圖；圖3A為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的下接頭與第三TC靜套之間的配合局部剖視示意

圖3B為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的下接頭與第三TC靜套之間的配合側(cè)視示意圖
圖4為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的下接頭與殼體之間的配合示意圖5為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的上接頭與殼體之間的配合示意圖6為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的定子與中心軸配合示意圖7為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的轉(zhuǎn)子與中殼體配合示意圖8A為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的轉(zhuǎn)子和定子工作示意圖8B為沿圖8A中C-C線的剖面圖9為本發(fā)明的鉆具組合的結(jié)構(gòu)示意圖10為本發(fā)明的鉆具組合的工作原理圖11、圖12為本發(fā)明的鉆具組合的使用狀態(tài)示意圖。
附圖標(biāo)號說明
3、第一 TC動套4、上殼體
1、上接頭 5、橡膠圈 9、隔套 12、定子 15、隔套
2、第一 TC靜套 6、隔套 10、隔套 120、定子葉片 16、隔套
TC動套
19、第三TC靜套20、第 23、串軸承 24、隔套 27、第TC動套 28、第TC靜套 31、動壓潤滑鉆具 40、鉆柱 60、轉(zhuǎn)盤70、井孔
7、水帽接頭 11、轉(zhuǎn)子 13、中殼體 17、回流孔
21、下殼體 W、隔套
四、下接頭 41、常規(guī)鉆具 80、套管壁
8、分流孔 110、轉(zhuǎn)子葉片 14、中心管 18、鍵
22、鍵 26、橡膠圈 30、環(huán)空 50、鉆頭 90、鉆井液
具體實施例方式本發(fā)明提出的一種動壓潤滑鉆具包括一中空的中心軸，一殼體套設(shè)在所述中心軸的外部，所述殼體的內(nèi)壁與所述中心軸的外周面之間形成有環(huán)空；至少在所述殼體的內(nèi)壁上設(shè)有一個以上的轉(zhuǎn)子，每個所述轉(zhuǎn)子具有多個向內(nèi)凸出的轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片位于所述環(huán)空內(nèi)；所述中心軸的側(cè)壁上設(shè)有一個以上的分流孔，進(jìn)入所述中心軸的鉆井液經(jīng)所述分流孔后能沖擊所述轉(zhuǎn)子葉片使所述殼體能相對中心軸轉(zhuǎn)動。進(jìn)一步，所述中心軸由上接頭、水帽接頭、中心管、下接頭依次螺紋固定連接構(gòu)成， 所述水帽接頭的側(cè)壁上均布有多個所述分流孔，所述中心管與所述下接頭的連接端側(cè)壁上均布有多個回流孔，所述轉(zhuǎn)子對應(yīng)設(shè)置于所述分流孔和回流孔之間。且所述分流孔和所述回流孔的中心線之間的夾角為銳角，從而使由分流孔進(jìn)入所述環(huán)空內(nèi)的鉆進(jìn)液能通過回流孔再回流至中心軸內(nèi)。此外，所述殼體可以由上殼體、中殼體、下殼體依次螺紋固定連接構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述中殼體上。在一個可行的實施例中，所述中心管的外周面上設(shè)有一個以上的定子，每個所述定子具有多個向外凸出的定子葉片，所述定子葉片位于所述環(huán)空內(nèi)，且所述定子葉片和所述轉(zhuǎn)子葉片沿軸向依次相間設(shè)置。所述中心管的外壁和中殼體的內(nèi)壁上分別設(shè)有限定所述轉(zhuǎn)子或定子軸向位置的兩隔套，所述隔套分別頂?shù)钟诙鄠€所述轉(zhuǎn)子和定子的兩外端面。為了所述殼體對相對于中心軸的轉(zhuǎn)動順暢，殼體的兩端可以通過第一軸承和第二軸承未支撐在所述中心軸上。本發(fā)明提出的一種鉆具組合具有鉆柱，所述鉆柱包括多個依次連接的常規(guī)鉆具， 至少一個如上所述的動壓潤滑鉆具。所述動壓潤滑鉆具設(shè)置在相鄰的兩個所述常規(guī)鉆具之間。所述動壓潤滑鉆具的中心軸的兩端與所述常規(guī)鉆具固定連接，為了保證所述常規(guī)鉆具不與井壁或套管壁相接觸，所述動壓潤滑鉆具的殼體的外徑大于相鄰的所述常規(guī)鉆具的外徑。所述鉆具組合在鉆井的過程中，隨著鉆柱的鉆進(jìn)，進(jìn)入所述中心軸的鉆井液經(jīng)所述分流孔后能沖擊所述轉(zhuǎn)子葉片帶動所述殼體以鉆柱中心線為軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動，當(dāng)鉆柱的中心線與所鉆井孔的中心線重合時，所述鉆柱的軸線方向不承受徑向推力；當(dāng)鉆柱的中心線偏離所鉆井孔的中心線時，所述殼體的中心同樣偏離井孔中心，與井壁或套管壁較近的殼體一側(cè)與孔壁之間形成楔形間隙，在所述轉(zhuǎn)子的帶動下所述殼體轉(zhuǎn)動產(chǎn)生泵液作用，把充滿鉆柱與井孔之間的鉆井液帶入殼體外表面和井壁或套管壁之間形成的楔形間隙內(nèi)，建立壓力液膜，向鉆柱施加垂直于軸線方向的徑向推力，使與動壓潤滑鉆具相鄰的常規(guī)鉆具的外表面和井壁或套管壁分開，不發(fā)生直接接觸或可以減小常規(guī)鉆具的外表面與井壁或套管壁之間的接觸力大小。為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明的動壓潤滑鉆具及具有該鉆具的鉆具組合的具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征、 原理及功效，詳細(xì)說明如后。另外，通過具體實施方式
的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。圖1為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的整體結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖2A為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的殼體與第三TC動套之間的配合局部剖視示意圖；圖2B為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的殼體與第三TC動套之間的配合側(cè)視示意圖；圖3A為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的下接頭與第三TC靜套之間的配合局部剖視示意圖；圖:3B為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的下接頭與第三TC 靜套之間的配合側(cè)視示意圖；圖4為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的下接頭與殼體之間的配合示意圖；圖5為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的上接頭與殼體之間的配合示意圖；圖6為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的定子與中心軸配合示意圖；圖7為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的轉(zhuǎn)子與中殼體配合示意圖；圖8A為本發(fā)明的動壓潤滑鉆具的轉(zhuǎn)子和定子工作示意圖；圖8B為沿圖8A中 C-C線的剖面圖；其中，圖1中的上方定義為上端，下方定義為下端。如圖1至圖8所示，本發(fā)明提出的一種動壓潤滑鉆具具有一中空的中心軸，一殼體套設(shè)在所述中心軸的外部，所述殼體的內(nèi)壁與所述中心軸的外周面之間形成有環(huán)空30 ；至少在所述殼體的內(nèi)壁上設(shè)有一個以上的轉(zhuǎn)子11，每個所述轉(zhuǎn)子11具有多個向內(nèi)凸出的轉(zhuǎn)子葉片110(請配合參見圖7)，所述轉(zhuǎn)子葉片110位于所述環(huán)空30內(nèi)；所述中心軸的側(cè)壁上設(shè)有一個以上的分流孔8，進(jìn)入所述中心軸的鉆井液經(jīng)所述分流孔8后能沖擊所述轉(zhuǎn)子葉片110使所述殼體能相對中心軸轉(zhuǎn)動。在一個具體實施例中，所述中心軸可以由上接頭1、水帽接頭7、中心管14、下接頭四依次螺紋固定連接構(gòu)成，以利于制造和降低生產(chǎn)成本。其中，在所述的水帽接頭7的側(cè)壁上均布有多個分流孔8，在所述中心管14下端(與所述下接頭四的連接端)側(cè)壁上均布有多個回流孔17，分流孔8、回流孔17貫通水帽接頭7、中心管14的側(cè)壁。且所述轉(zhuǎn)子11設(shè)置在與所述分流孔8和回流孔17之間相對應(yīng)的殼體內(nèi)壁上。進(jìn)一步地，為使進(jìn)入環(huán)空30內(nèi)鉆井液能對轉(zhuǎn)子葉片110具有較大的沖擊力，使轉(zhuǎn)子葉片110在鉆井液的沖擊下能帶動殼體相對于中心軸轉(zhuǎn)動，所述分流孔8朝向中空腔體的進(jìn)液口高度較朝向環(huán)空30的出液口高度高，形成進(jìn)液口至出液口方向為向下傾斜狀；而回流孔17為了使環(huán)空內(nèi)的鉆井液能回流至中心軸內(nèi)，其同樣為傾斜設(shè)置在中心管14的側(cè)壁上，只是傾斜方向與分流孔8相反，從而所述分流孔8和所述回流孔17的中心線之間形成銳角夾角α。一個可行的技術(shù)方案是，在所述中心管14的外周面上設(shè)有一個以上的定子12，每個所述定子12具有多個向外凸出的定子葉片120，所述定子葉片120位于所述環(huán)空30內(nèi)， 且所述定子葉片120和所述轉(zhuǎn)子葉片110沿軸向依次相間設(shè)置，且轉(zhuǎn)子葉片110和定子葉片120之間沒有接觸。借助于所述定子12的設(shè)置，可以對沖擊了第一轉(zhuǎn)子的鉆井液由設(shè)置在該轉(zhuǎn)子下部的定子對流下的鉆井液進(jìn)行導(dǎo)向，改變鉆井液的流動方向，使鉆井液以最大的速度沖擊下一轉(zhuǎn)子。其中，所述的定子葉片120、轉(zhuǎn)子葉片110均為傾斜設(shè)置，其傾斜角度在此不做限制，只要自分流孔8進(jìn)入環(huán)空30內(nèi)的鉆井液能沖擊轉(zhuǎn)子葉片110使轉(zhuǎn)子能帶動殼體轉(zhuǎn)動就可以，同樣所述定子葉片的傾斜角度只要能保證自轉(zhuǎn)子葉片流下的鉆井液經(jīng)定子葉片導(dǎo)向后能提高對下轉(zhuǎn)子葉片的沖擊力就可以。其中，所述殼體也可以由上殼體4、中殼體13、下殼體21依次螺紋固定連接構(gòu)成， 所述轉(zhuǎn)子11設(shè)置在所述中殼體13上。進(jìn)一步地，所述中心管14的外壁設(shè)有兩隔套10、15，該兩隔套10、15頂?shù)衷诙ㄗ?12的端部，在殼體13的內(nèi)壁上同樣設(shè)有兩隔套9、16，該兩隔套9、16頂?shù)衷谵D(zhuǎn)子11的端部， 通過分別設(shè)置在定子12兩端的隔套10、15和轉(zhuǎn)子11兩端的隔套9、16能限定所述轉(zhuǎn)子11 或定子12軸向的位置，通過改變上述隔套10、15或隔套9、16的長度，可以實現(xiàn)對定子葉片 120與轉(zhuǎn)子葉片110之間的間距調(diào)整，以改變鉆井液對轉(zhuǎn)子的沖擊點，提高沖擊力量。此外，所述殼體的兩端與所述中心軸之間設(shè)有第一軸承和第二軸承。在一個具體實施例中，所述第一軸承和第二軸承均為TC徑向軸承，其中，所述第一 TC徑向軸承的第一 TC靜套2固定設(shè)置在所述上接頭1的外部，所述第一 TC徑向軸承的第一 TC動套3固定設(shè)置在所述上殼體4內(nèi)對應(yīng)于所述第一 TC靜套2 ；所述第二 TC徑向軸承的第二 TC靜套觀固定設(shè)置在所述下接頭四的外部，所述第二 TC徑向軸承的第二 TC動套27固定設(shè)置在所述下殼體21內(nèi)對應(yīng)于所述第二 TC靜套觀。通過在殼體的兩端和中心軸之間設(shè)置兩TC徑向軸承，從而使殼體與中心軸之間能夠保持穩(wěn)定的連接，使殼體轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，同時還能夠阻止大量的鉆井液直接流到鉆具外部，影響鉆井效率。另外，至少在所述下接頭四的外部還設(shè)有一串軸承23和第三TC徑向軸承，以使殼體的轉(zhuǎn)動更加靈活。其中，所述串軸承23的兩端分別抵接于所述第三TC徑向軸承和所述第二 TC徑向軸承。所述串軸承23由多個依次串聯(lián)設(shè)置的球軸承構(gòu)成。圖9為本發(fā)明的鉆具組合的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明的鉆具組合的工作原理圖；圖11、圖12為本發(fā)明的鉆具組合的使用狀態(tài)示意圖。
如圖9至圖12所示，本發(fā)明提出的一種鉆具組合至少具有鉆柱40，其中，所述鉆柱40包括多個依次連接的常規(guī)鉆具41，至少一個上述的動壓潤滑鉆具31。所述動壓潤滑鉆具31設(shè)置在相鄰的兩個所述常規(guī)鉆具41之間。所述常規(guī)鉆具41包括鉆桿、鉆鋌、鉆頭 50等通常鉆井所需的鉆具，所述鉆柱40的下部連接有鉆頭50，上部與轉(zhuǎn)盤60相連接。所述動壓潤滑鉆具31的中心軸的兩端與所述常規(guī)鉆具41固定連接，且動壓潤滑鉆31的殼體的外徑大于相鄰的所述常規(guī)鉆具41的外徑。所述鉆具組合在鉆井的過程中，隨著鉆柱40的鉆進(jìn)，進(jìn)入動壓潤滑鉆具31的所述中心軸的鉆井液經(jīng)所述分流孔8后能沖擊所述轉(zhuǎn)子葉片110帶動所述殼體以鉆柱40的中心線A’ A’為軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動，當(dāng)鉆柱40的中心線A-A與所鉆井孔70的中心線B-B重合時， 所述鉆柱40的軸線方向不承受徑向推力；當(dāng)鉆柱40的中心線A-A偏離所鉆井孔70的中心線B’ B’時，所述動壓潤滑鉆具31的殼體的中心同樣偏離井孔中心，與井壁或套管壁80較近的殼體一側(cè)與井壁或套管壁80之間形成楔形間隙，在所述轉(zhuǎn)子的帶動下所述殼體轉(zhuǎn)動產(chǎn)生泵液作用，把充滿鉆柱與井壁或套管壁80之間的鉆井液帶入殼體外表面和井壁或套管壁80之間的間隙內(nèi)，建立壓力液膜，向鉆柱施加垂直于軸線方向的徑向推力，使鉆柱的外表面和井壁或套管壁80分開，不發(fā)生直接接觸。下面結(jié)合一個具體的實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的動壓潤滑鉆具和具有該鉆具的鉆進(jìn)工具的結(jié)構(gòu)、工作原理及運(yùn)動過程本發(fā)明的動壓潤滑鉆具31由上接頭1、水帽接頭7、中心管14、下接頭四同軸設(shè)置并螺紋固定聯(lián)結(jié)構(gòu)成動壓潤滑鉆具的中心軸；由上殼體4、中殼體13、下殼體21同軸設(shè)置并螺紋固定聯(lián)結(jié)構(gòu)成動壓潤滑鉆具的外部殼體。所述上接頭1外部沿軸向同軸設(shè)置有第一 TC靜套2和一隔套6，該隔套6的兩端分別頂?shù)钟诘谝?TC靜套2和水帽接頭7，以限定第一 TC靜套2的軸向位置；所述第一 TC靜套2與上殼體4之間同軸設(shè)置有第一 TC動套3，該第一 TC動套3與上殼體4固定連接，并與第一 TC靜套2構(gòu)成第一 TC (碳化鎢硬質(zhì)合金)徑向軸承。而在所述水帽接頭7和中心管14的外部沿軸向依序同軸設(shè)置有一隔套10、多個定子12和一隔套15，其中，每個所述定子12具有多個向外凸出的定子葉片120，所述定子葉片120位于所述環(huán)空30內(nèi)；所述中殼體13內(nèi)部沿軸向依序同軸設(shè)置有一隔套9、多個轉(zhuǎn)子11和一隔套16，每個所述轉(zhuǎn)子11具有多個向內(nèi)凸出的轉(zhuǎn)子葉片110，轉(zhuǎn)子葉片110位于所述環(huán)空30內(nèi)，所述多個定子葉片120和多個轉(zhuǎn)子葉片110沿軸向依序同軸相間設(shè)置；可以通過改變隔套10、隔套15或隔套9、16的長度來調(diào)整定子葉片120與轉(zhuǎn)子葉片110的間距。所述下接頭四外部沿軸向依序同軸設(shè)置有第三TC靜套19、一串軸承23、一隔套 24和第二 TC靜套觀；所述第三TC靜套19與下殼體21之間對應(yīng)同軸設(shè)置有第三TC動套 20 ；所述隔套24、第二 TC靜套觀和下殼體21之間對應(yīng)同軸設(shè)置有一隔套25和第二 TC動套27。在本實施例中，如圖1所示，所述水帽接頭7上同軸均勻設(shè)置有三個分流孔8，所述中心管14上同軸均勻設(shè)置有三個回流孔17。所述分流孔的尺寸、角度、數(shù)量等可以根據(jù)水帽接頭7中殼體13的尺寸，以及定子轉(zhuǎn)子上設(shè)置的葉片傾斜角度、動壓潤滑鉆具的外部殼體所需轉(zhuǎn)動速度等情況決定，在此不加以限定。在本實施例中，如圖1、圖4、圖5所示，所述第一 TC靜套2與上接頭1螺紋連接，所述第一 TC動套3與上殼體4螺紋連接，所述第二 TC靜套觀與下接頭四螺紋連接，第二 TC動套27與下殼體21螺紋連接；所述第一 TC動套3與上殼體4之間通過一橡膠圈5密封，所述第二 TC動套27與下殼體21之間通過一橡膠圈沈密封。 在本實施例中，如圖1、圖2A、圖2B、圖3A、圖;3B所示，所述第三TC靜套19與下接頭四通過在周向均勻分布的鍵18連接；所述第三TC動套20與下殼體21通過在周向均勻分布的鍵22連接。 在本實施例中，如圖1、圖6、圖7所示，所述轉(zhuǎn)子11與中殼體13鍵連接，所述定子 12與中心管14鍵連接。所述轉(zhuǎn)子11在鉆井液的驅(qū)動下帶動中殼體13相對中心管14轉(zhuǎn)動，并可以通過改變鉆井液的粘度、泵壓、流量等參數(shù)以及轉(zhuǎn)子11和定子12的數(shù)量來調(diào)節(jié)所述中殼體13相對于中心管14的轉(zhuǎn)速。如圖1所示，鉆井時，鉆井液由上接頭1進(jìn)入動壓潤滑鉆具31，經(jīng)過水帽接頭7分流，一部分鉆井液經(jīng)過中心管14直接流到下接頭四，以保證鉆頭正常鉆井時所需壓力；另一部分鉆井液則由分流孔8引流到中心管14與中殼體13之間的環(huán)空30，進(jìn)入環(huán)空30內(nèi)的鉆井液沖擊轉(zhuǎn)子11，再通過定子12導(dǎo)向來沖擊下一組轉(zhuǎn)子11，流過轉(zhuǎn)子葉片110的鉆井液向下流過下一組定子葉片120進(jìn)行導(dǎo)向，沖擊下一組轉(zhuǎn)子葉片110，使其部分壓力能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子11的機(jī)械能，轉(zhuǎn)子11通過鍵連接帶動上殼體4、中殼體13、下殼體21轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了動壓潤滑鉆具外部殼體的轉(zhuǎn)動。串軸承23可以承受井下作業(yè)過程中動壓潤滑鉆具產(chǎn)生的雙向軸向力，第一 TC靜套2與第一 TC動套3、第三TC靜套19與第三TC動套20、第二 TC靜套觀與第二 TC動套 27構(gòu)成的TC軸承可以承受動壓潤滑鉆具受到的徑向力；相互配合的TC軸承外套內(nèi)表面和內(nèi)套外表面均采用硬質(zhì)合金和碳化鎢粉末燒結(jié)而成，進(jìn)入環(huán)空30內(nèi)的鉆井液的大部分由回流孔17回流至中心管14內(nèi)，極少部分從TC軸承以及串軸承23外套與內(nèi)套之間的間隙流到鉆具與井壁或套管壁的環(huán)形空間，實現(xiàn)軸承的潤滑和冷卻。動壓潤滑鉆具31利用動壓潤滑鉆具本身外部殼體回轉(zhuǎn)時的泵液作用把鉆井液帶入動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁的摩擦面間，建立壓力液膜把動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁分開，變動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁間的干摩擦或邊界摩擦為液體摩擦。如圖10、圖11、圖12所示，在鉆井過程中，將連接有動壓潤滑鉆具31的鉆柱40下入井內(nèi)，在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)動壓潤滑鉆具之間的常規(guī)鉆具41與井壁或套管壁80分開，鉆柱 40大致位于井壁或套管壁80中心位置時，動壓潤滑鉆具與井壁或套管壁80之間不會產(chǎn)生泵液作用。當(dāng)鉆柱在鉆進(jìn)的過程中其中心線與井壁或套管壁的中心線產(chǎn)生了偏移，常規(guī)鉆具41、動壓潤滑鉆具31與井壁或套管壁80之間產(chǎn)生部分相互靠近或接觸時，則相對規(guī)則的井壁或套管壁80和動壓潤滑鉆具31外表面的相對滑動表面間呈現(xiàn)為楔形的間隙，這時在動壓潤滑鉆具31外表面和井壁或套管壁80的間隙間充滿了具有一定粘度的供應(yīng)充足的鉆井液90，動壓潤滑鉆具31的殼體在轉(zhuǎn)子的帶動下與轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動，動壓潤滑鉆具31利用本身回轉(zhuǎn)時的泵液作用把鉆井液90帶入動壓潤滑鉆具31外表面和井壁或套管壁80的摩擦面間建立壓力液膜(即，鉆井液膜)，向鉆柱40施加徑向推力。單個動壓潤滑鉆具31的鉆井液膜壓力之和即為單個動壓潤滑鉆具31的鉆井液膜承載能力，多個動壓潤滑鉆具31的鉆井液膜承載能力為這多個動壓潤滑鉆具31的鉆井液膜承載能力之和，當(dāng)鉆井液膜承載能力小于外載荷時，可以減小動壓潤滑鉆具31外表面和井壁或套管壁80的滑動表面接觸力大小，從而減少動壓潤滑鉆具31與井壁或套管壁80間的干摩擦或邊界摩擦損耗；而當(dāng)依序間隔連接在鉆頭50和其它常規(guī)鉆具41之間的多個動壓潤滑鉆具31的鉆井液膜承載能力與外載荷相平衡時，動壓潤滑鉆具31外表面和井壁或套管壁80的滑動表面會被鉆井液分開而不發(fā)生直接接觸，這時動壓潤滑鉆具31和井壁或套管壁80間的干摩擦或邊界摩擦變?yōu)橐后w摩擦，綜上所述，在鉆井過程中，采用動壓潤滑鉆具時，不管動壓潤滑鉆具31外表面和井壁或套管壁80的滑動表面是否接觸，都可以減少他們之間的摩擦損耗。垂直鉆井時，當(dāng)常規(guī)鉆具41的軸線與井眼軸線趨于重合或井斜較小而動壓潤滑鉆具31外表面與套管壁或井壁80未直接接觸或接觸距離較大時，由于井壁或套管壁80和動壓潤滑鉆具31外表面的相對滑動表面間未呈現(xiàn)明顯的楔形間隙，動壓潤滑鉆具的轉(zhuǎn)子 11的轉(zhuǎn)動不會在動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁80的摩擦面間建立壓力液膜，也就不會產(chǎn)生垂直于常規(guī)鉆具41軸線方向的徑向推力。當(dāng)井斜較大而動壓潤滑鉆具31外表面與套管壁或井壁80直接接觸或接觸距離小時，如圖9所示，由于井壁或套管壁80和動壓潤滑鉆具31外表面的相對滑動表面間呈現(xiàn)楔形的間隙，動壓潤滑鉆具的轉(zhuǎn)子11轉(zhuǎn)動并且相對于井壁或套管壁80逐漸具有相當(dāng)?shù)南鄬瑒铀俣葧r，動壓潤滑鉆具31利用本身回轉(zhuǎn)時的泵液作用把鉆柱40外部的、具有一定粘度且供應(yīng)充足的鉆井液90帶入動壓潤滑鉆具31 外表面和井壁或套管壁80的摩擦面間建立壓力液膜，產(chǎn)生垂直于常規(guī)鉆具41軸線方向的徑向推力，當(dāng)多個動壓潤滑鉆具31的鉆井液膜承載能力與外載荷相平衡時，動壓潤滑鉆具 31外表面和井壁或套管壁80的滑動表面會被鉆井液分開而不發(fā)生直接接觸，并把動壓潤滑鉆具31連同常規(guī)鉆具41與井壁或套管壁80分開，使動壓潤滑鉆具31連同常規(guī)鉆具41 重新回到鉆柱40軸線與井眼軸線趨于重合或井斜較小的位置。水平井鉆井時，由于常規(guī)鉆具41自重的影響，靜止時動壓潤滑鉆具31外表面與套管壁或井壁80始終處于直接接觸或接觸距離較小的狀態(tài)，井壁或套管壁80和動壓潤滑鉆具31外表面的相對滑動表面間呈現(xiàn)楔形的間隙，動壓潤滑鉆具的轉(zhuǎn)子11轉(zhuǎn)動并且相對于井壁或套管壁80逐漸具有相當(dāng)?shù)南鄬瑒铀俣葧r，動壓潤滑鉆具31利用本身回轉(zhuǎn)時的泵液作用把具有一定粘度且供應(yīng)充足的鉆井液90帶入動壓潤滑鉆具31外表面和井壁或套管壁80的摩擦面間建立壓力液膜，產(chǎn)生垂直于水平段常規(guī)鉆具41軸線方向的徑向推力，當(dāng)多個動壓潤滑鉆具31的鉆井液膜承載能力與外載荷相平衡時，動壓潤滑鉆具31外表面和井壁或套管壁80的滑動表面會被鉆井液分開而不發(fā)生直接接觸，并把動壓潤滑鉆具31連同常規(guī)鉆具41與井壁或套管壁80分開，變鉆柱40和井壁或套管壁80間的干摩擦或邊界摩擦為液體摩擦，減小鉆柱40和井壁或套管壁80的滑動表面間的摩擦損失和表面磨損。本發(fā)明提出的動壓潤滑鉆具31和具有該鉆具的鉆具組合，能夠?qū)崿F(xiàn)在鉆井時利用動壓潤滑鉆具31本身回轉(zhuǎn)時的泵液作用把鉆具組合外部的鉆井液90帶入動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁80的摩擦面間，建立壓力液膜把動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁分開，變動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁間的干摩擦或邊界摩擦為液體摩擦。鉆具外表面和井壁或套管壁分開距離的大小與動壓潤滑鉆具的數(shù)量及其分布以及單個動壓潤滑鉆具壓力液膜的承載能力密切相關(guān)。而單個動壓潤滑鉆具壓力液膜的承載能力與鉆井液的粘度、動壓潤滑鉆具外表面相對于井壁或套管壁的相對滑動速度、以及動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁的相對滑動表面間能否形成收斂形間隙有關(guān)。應(yīng)用本發(fā)明提供的動壓潤滑鉆具31和具有該鉆具的鉆具組合，能實現(xiàn)在鉆進(jìn)時變動壓潤滑鉆具外表面和井壁或套管壁間的干摩擦或邊界摩擦為液體摩擦，把鉆具外表面和井壁或套管壁自動分開，使鉆具組合自動趨于井眼中心，且由于動壓潤滑鉆31的殼體的外徑大于相鄰的所述常規(guī)鉆具41的外徑，進(jìn)一步保證了在鉆進(jìn)過程，鉆柱的外表面與井壁或套管壁80分開不發(fā)生直接接觸。本發(fā)明在垂直鉆井時能防止井斜的發(fā)生，在水平井鉆井時減小了鉆具外表面和井壁或套管壁的滑動表面間的摩擦損失和表面磨損，從而降低了垂直鉆井和水平井鉆井的復(fù)雜性和成本，提高了鉆井效率。 以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。而且需要說明的是，本發(fā)明的各組成部分并不僅限于上述整體應(yīng)用，本發(fā)明的說明書中描述的各技術(shù)特征可以根據(jù)實際需要選擇一項單獨采用或選擇多項組合起來使用，因此，本發(fā)明理所當(dāng)然地涵蓋了與本案發(fā)明點有關(guān)的其它組合及具體應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種動壓潤滑鉆具，其特征在于，所述動壓潤滑鉆具包括一中空的中心軸，一殼體能相對中心軸轉(zhuǎn)動地套設(shè)在所述中心軸的外部，所述殼體的內(nèi)壁與所述中心軸的外周面之間形成有環(huán)空；至少在所述殼體的內(nèi)壁上設(shè)有一個以上的轉(zhuǎn)子，每個所述轉(zhuǎn)子具有多個向內(nèi)凸出的轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片位于所述環(huán)空內(nèi)；所述中心軸的側(cè)壁上設(shè)有一個以上的分流孔。
2.如權(quán)利要求1所述的動壓潤滑鉆具，其特征在于，所述中心軸由上接頭、水帽接頭、 中心管、下接頭依次螺紋固定連接構(gòu)成，所述水帽接頭的側(cè)壁上均布有多 個所述分流孔，所述中心管與所述下接頭的連接端側(cè)壁上均布有多個回流孔，所述轉(zhuǎn)子對應(yīng)設(shè)置于所述分流孔和回流孔之間。
3.如權(quán)利要求2所述的動壓潤滑鉆具，其特征在于，所述分流孔和所述回流孔的中心線之間的夾角為銳角。
4.如權(quán)利要求2所述的動壓潤滑鉆具，其特征在于，所述中心管的外周面上設(shè)有一個以上的定子，每個所述定子具有多個向外凸出的定子葉片，所述定子葉片位于所述環(huán)空內(nèi)， 且所述定子葉片和所述轉(zhuǎn)子葉片沿軸向依次相間設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的動壓潤滑鉆具，其特征在于，所述殼體由上殼體、中殼體、下殼體依次螺紋固定連接構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述中殼體上。
6.如權(quán)利要求1所述的動壓潤滑鉆具，其特征在于，所述中心軸由上接頭、水帽接頭、 中心管、下接頭依次螺紋固定連接構(gòu)成，所述中心管的外周面上設(shè)有一個以上的定子，每個所述定子具有多個向外凸出的定子葉片，所述定子葉片位于所述環(huán)空內(nèi)；所述殼體由上殼體、中殼體、下殼體依次螺紋固定連接構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述中殼體上；且所述定子葉片和所述轉(zhuǎn)子葉片沿軸向依次相間設(shè)置；所述殼體由上殼體、中殼體、下殼體依次螺紋固定連接構(gòu)成，所述殼體的兩端與所述中心軸之間設(shè)有第一軸承和第二軸承。
7.如權(quán)利要求6所述的動壓潤滑鉆具，其特征在于，所述中心管的外壁和中殼體的內(nèi)壁上分別設(shè)有限定所述轉(zhuǎn)子或定子軸向位置的兩隔套，所述隔套分別頂?shù)钟诙鄠€所述轉(zhuǎn)子和定子的兩外端面。
8.如權(quán)利要求6所述的動壓潤滑鉆具，其特征在于，所述第一軸承和第二軸承均TC徑向軸承，其中，所述第一 TC徑向軸承的第一 TC靜套2固定設(shè)置在所述上接頭1的外部，所述第一 TC徑向軸承的第一 TC動套3固定設(shè)置在所述上殼體內(nèi)對應(yīng)于所述第一 TC靜套2 ； 所述第二 TC徑向軸承的第二 TC靜套觀固定設(shè)置在所述下接頭四的外部，所述第二 TC徑向軸承的第二 TC動套27固定設(shè)置在所述下殼體21內(nèi)對應(yīng)于所述第二 TC靜套觀。
9.如權(quán)利要求8所述的動壓潤滑鉆具，其特征在于，至少在所述下接頭的外部還設(shè)有一串軸承和第三TC徑向軸承，所述串軸承的兩端分別抵接于所述第三TC徑向軸承和所述第二 TC徑向軸承。
10.一種鉆具組合，其特征在于，所述鉆具組合具有鉆柱，所述鉆柱包括多個依次連接的常規(guī)鉆具，至少一個如權(quán)利要求1至9所述的動壓潤滑鉆具；所述動壓潤滑鉆具設(shè)置在相鄰的兩個所述常規(guī)鉆具之間。
11.如權(quán)利要求10所述的鉆具組合，其特征在于，所述動壓潤滑鉆具的中心軸的兩端與所述常規(guī)鉆具固定連接，所述動壓潤滑鉆具的殼體的外徑大于相鄰的所述常規(guī)鉆具的外徑。
12.如權(quán)利要求10或11所述的鉆具組合，其特征在于，所述鉆具組合在鉆井的過程中， 隨著鉆柱的鉆進(jìn)，進(jìn)入所述動壓潤滑鉆具的中心軸的鉆井液經(jīng)所述分流孔后能沖擊所述轉(zhuǎn)子葉片帶動所述殼體以中心軸的中心線為軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動，當(dāng)中心軸的中心線與所鉆井孔的中心線重合時，所述動壓潤滑鉆具的徑向不承受推力；當(dāng)中心軸的中心線偏離所鉆井孔的中心線時，所述殼體的中心同樣偏離井孔中心，與井壁或套管壁較近的殼體一側(cè)與孔壁之間形成楔形間隙，在所述轉(zhuǎn)子的帶動下所述殼體轉(zhuǎn)動產(chǎn)生泵液作用，把充滿動壓潤滑鉆具與井孔之間的鉆井液帶入殼體外表面和井壁或套管壁之間的楔形間隙內(nèi)，建立壓力液膜， 向動壓潤滑鉆具徑向施加垂直軸向的推力，使與所述動壓潤滑鉆具相鄰的常規(guī)鉆具的外表面和井壁或套管壁分開，不發(fā)生直接接觸或減小常規(guī)鉆具的外表面與井壁或套管壁之間的接觸力大小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動壓潤滑鉆具及一種鉆具組合。所述動壓潤滑鉆具包括一中心軸，一殼體能相對中心軸轉(zhuǎn)動地套設(shè)在中心軸的外部，殼體的內(nèi)壁與中心軸的外周面之間形成有環(huán)空；至少在殼體的內(nèi)壁上設(shè)有一個以上的轉(zhuǎn)子，每個轉(zhuǎn)子具有多個向內(nèi)凸出的轉(zhuǎn)子葉片，轉(zhuǎn)子葉片位于環(huán)空內(nèi)；中心軸的側(cè)壁上設(shè)有一個以上的分流孔。所述鉆具組合具有鉆柱，鉆柱包括多個依次連接的常規(guī)鉆具，至少一個的動壓潤滑鉆具；動壓潤滑鉆具設(shè)置在相鄰的兩個常規(guī)鉆具之間。在鉆井時，該鉆具組合利用動壓潤滑鉆具本身回轉(zhuǎn)時的泵液作用把鉆井液帶入鉆具和井壁或套管壁之間，把鉆具外表面和井壁或套管壁分開，實現(xiàn)變鉆具外表面和井壁或套管壁間的干摩擦或邊界摩擦為液體摩擦。
文檔編號E21B17/18GK102425382SQ20111028373
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者劉忠, 吳德銀, 李珩 申請人:中國石油大學(xué)(北京)