專利名稱：井下動(dòng)力增壓鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(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)合破巖的井下動(dòng)力增壓鉆具。
背景技術(shù)：
隨著石油勘探開(kāi)發(fā)力度的加大，深井、超深井等復(fù)雜井的鉆探工作量呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)。但是，在深井、超深井鉆井過(guò)程中遇到了諸多問(wèn)題，深井、超深井鉆井要鉆穿多套地層，所鉆遇的地層古老、致密、研磨性強(qiáng)、硬度高，鉆井速度慢；長(zhǎng)時(shí)間的施工容易使鉆具造成嚴(yán)重磨損或損壞，從而引發(fā)事故，亟需新的鉆井技術(shù)來(lái)提高鉆井速度，縮短鉆井周期，提高勘探開(kāi)發(fā)效益。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(wèn)題。使用井下動(dòng)力鉆具鉆井，避免了旋轉(zhuǎn)鉆井時(shí)旋轉(zhuǎn)鉆柱過(guò)多的功率損耗，同時(shí)減輕鉆柱旋轉(zhuǎn)對(duì)井壁的破壞，減少井下事故，并且能大幅度延長(zhǎng)鉆桿壽命，不易發(fā)生鉆桿折斷事故，降低鉆井成本；相對(duì)于旋轉(zhuǎn)鉆井，井下動(dòng)力鉆具鉆井鉆速較快，尤其在深部井段，可以在鉆柱強(qiáng)度不受影響的情況下，提高轉(zhuǎn)速，增加單位時(shí)間內(nèi)鉆頭對(duì)地層的切削次數(shù)，提高鉆井效率，縮短鉆井周期?，F(xiàn)有的井下動(dòng)力鉆具包括有渦輪鉆具和螺桿鉆具等。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6所示,現(xiàn)有典型的渦輪鉆具8包括有殼體81,殼體內(nèi)壁設(shè)有渦輪定子83，殼體81中設(shè)有渦輪軸82，渦輪軸82上設(shè)有與渦輪定子83配合的渦輪轉(zhuǎn)子84，渦輪軸82底部通過(guò)聯(lián)軸器85和減速器86與輸出軸87連接，輸出軸87底部通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉆頭短節(jié)88與鉆頭89連接；所述鉆頭89上設(shè)有普通噴嘴891，輸出軸87和旋轉(zhuǎn)鉆頭短節(jié)88中軸向設(shè)有連通的中心孔871、881，輸出軸中心孔871上端貫通輸出軸外壁并與鉆井液流通通道導(dǎo)通；旋轉(zhuǎn)鉆頭短 節(jié)中心孔881下端與普通噴嘴891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(guò)中心孔871、881和普通噴嘴891流出，清潔井底，攜帶巖屑。如圖7所示，現(xiàn)有螺桿鉆具9包括有殼體91，殼體91內(nèi)設(shè)有螺桿馬達(dá)92，螺桿馬達(dá)92通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器93與輸出軸94連接，輸出軸94底部通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉆頭短節(jié)95與鉆頭96連接；所述鉆頭96上設(shè)有普通噴嘴961，輸出軸94和旋轉(zhuǎn)鉆頭短節(jié)95中軸向設(shè)有連通的中心孔941、951，輸出軸中心孔941上端貫通輸出軸外壁并與鉆井液流通通道導(dǎo)通；旋轉(zhuǎn)鉆頭短節(jié)中心孔951下端與普通噴嘴961導(dǎo)通；其主要工作原理是，循環(huán)鉆井液驅(qū)動(dòng)螺桿馬達(dá)92轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)；同時(shí)，鉆井液通過(guò)中心孔941、951和普通噴嘴961流出，清潔井底，攜帶巖屑。但是，上述現(xiàn)有井下動(dòng)力鉆具中鉆井液壓降較大，降低了鉆頭的水馬力，影響了井底清洗和鉆頭破巖效率。為此，世界各國(guó)的石油專家不斷地探索研究新的鉆井方法。研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，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。超高壓噴射鉆井技術(shù)的關(guān)鍵是鉆井液的增壓方式及超高壓鉆井液輸送方式。目前鉆井液增壓的兩種主要方式是地面增壓和井下增壓。地面增壓方式需要利用地面設(shè)備產(chǎn)生高壓鉆井液，并將其輸送到井底，對(duì)設(shè)備性能要求較高，安裝、拆卸、維護(hù)保養(yǎng)等方面成本大，同時(shí)會(huì)增多不安全因素，易發(fā)生鉆井事故。井下增壓超高壓射流鉆井技術(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，經(jīng)濟(jì)性較好，安全可靠，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，代表了超高壓射流增壓方式研究的發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)有的井下增壓器主要有:射流式井下增壓器，利用鉆井液的壓差使活塞上下運(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；離心式井下增壓器，利用葉片的旋轉(zhuǎn)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)換體內(nèi)的兩個(gè)斜置圓柱凸輪槽將旋轉(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；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)井下增壓；旁通式井下增壓器，利用大面積推小面積的損失流量增加壓力的原理，借助于專門設(shè)計(jì)的控制機(jī)構(gòu)和換向元件實(shí)現(xiàn)井下增壓。但是，上述大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)未采用井下動(dòng)力方式，只是依靠鉆柱旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，且有效加壓時(shí)間較短，效率較低。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，提出一種井下動(dòng)力增壓鉆具，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種井下動(dòng)力增壓鉆具，將渦輪或螺桿鉆具與軸向柱塞泵有機(jī)結(jié)合，由鉆井液推動(dòng)渦輪或螺桿提供動(dòng)力，在驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)破巖的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸向柱塞泵加壓部分鉆井液，進(jìn)行高壓射流輔助破巖，實(shí)現(xiàn)機(jī)械和水力聯(lián)合破巖，以提高鉆井效率。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種井下動(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(guò)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)有鉆頭短節(jié)，鉆頭短節(jié)與殼·體底端呈轉(zhuǎn)動(dòng)密封連接，鉆頭短節(jié)底部固定連接有鉆頭；所述輸出軸與殼體之間設(shè)有鉆井液過(guò)流通道，鉆頭短節(jié)上軸向設(shè)有過(guò)流孔，所述鉆頭上部設(shè)有容置空間，所述過(guò)流通道與容置空間由過(guò)流孔連通；鉆頭下部設(shè)有第一噴嘴和第二噴嘴，所述第二噴嘴通過(guò)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)徑向孔；所述中心孔底端通過(guò)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)有一軸向柱塞泵，所述軸向柱塞泵的進(jìn)液口與鉆井液過(guò)流通道連通，軸向柱塞泵的出液口與中心孔上端的徑向孔導(dǎo)通，增壓后的液體順序通過(guò)徑向孔、中心孔和第一射流孔由第一噴嘴射出。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述軸向柱塞泵包括設(shè)有多個(gè)柱塞孔的缸體，柱塞孔內(nèi)滑設(shè)有柱塞，缸體通過(guò)其中心穿孔固定套設(shè)于輸出軸上，所述缸體呈柱塞孔開(kāi)口向下設(shè)置，缸體上方密封設(shè)有配流盤，所述配流盤的進(jìn)液口與鉆井液過(guò)流通道連通，配流盤的出液口與輸出軸中心孔上端的徑向孔導(dǎo)通；斜盤位于缸體下方且固定于殼體上；斜盤上側(cè)設(shè)有滑履和回程盤，柱塞的球形端部設(shè)置在滑履的凹槽內(nèi)；位于回程盤與缸體之間的輸出軸上，由下向上套設(shè)有球鉸、調(diào)整套和彈簧，球鉸下部抵靠于回程盤上；所述球鉸和調(diào)整套與輸出軸鍵連接，球鉸與回程盤的接觸面為型面配合面。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述滑履的凹槽向下設(shè)有通孔；斜盤上方的密封空間內(nèi)設(shè)有潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油通過(guò)所述通孔進(jìn)入滑履的凹槽內(nèi)。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述斜盤固定設(shè)置在一密封筒內(nèi)，所述缸體密封壓設(shè)在密封筒的頂部，所述缸體與密封筒的外徑相同；所述缸體和密封筒與殼體內(nèi)壁之間具有環(huán)形空間，密封筒上部外緣連接一與殼體內(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；密封筒底部抵靠一第一軸承座上，該第一軸承座通過(guò)軸承與輸出軸連接；該第一軸承座上對(duì)應(yīng)于環(huán)形空間的位置設(shè)有多個(gè)上下貫通的第二透孔。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述鉆頭短節(jié)為兩段式結(jié)構(gòu)；下段鉆頭短節(jié)為階梯形結(jié)構(gòu)，通過(guò)花鍵固定連接于輸出軸，下段鉆頭短節(jié)的外側(cè)與殼體底端呈轉(zhuǎn)動(dòng)密封連接；上段鉆頭短節(jié)為套管式結(jié)構(gòu)，套管頂端設(shè)有凸緣，套管與輸出軸固定連接，所述第一軸承座通過(guò)軸承與套管外壁連接，所述凸緣壓設(shè)在所述軸承的上側(cè)；所述上段鉆頭短節(jié)與下段鉆頭短節(jié)為螺紋連接。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述配流盤上方密封壓設(shè)一導(dǎo)流盤，所述導(dǎo)流盤通過(guò)導(dǎo)流盤中心孔套設(shè)于輸出軸上且與配流盤相對(duì)靜止設(shè)置，所述導(dǎo)流盤中心孔套設(shè)在輸出軸的位置位于輸出軸的徑向孔的位置；在導(dǎo)流盤的底面上與配流盤的出液口相對(duì)的位置設(shè)有一與導(dǎo)流盤中心孔連通的扇形凹槽；在導(dǎo)流盤的底面上與配流盤的進(jìn)液口相對(duì)的位置設(shè)有一導(dǎo)流盤外緣連通 的弧形槽；所述弧形槽的外端設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述配流盤和導(dǎo)流盤的外圓側(cè)壁固定于殼體內(nèi)壁上，所述配流盤上對(duì)應(yīng)于環(huán)形空間的位置設(shè)有多個(gè)上下貫通的第三透孔；所述導(dǎo)流盤上設(shè)有與多個(gè)第三透孔對(duì)應(yīng)的第四透孔；其中一個(gè)第四透孔的側(cè)壁與所述弧形槽導(dǎo)通；在與所述弧形槽導(dǎo)通的第四透孔的孔壁上設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述井下鉆具為螺桿鉆具，所述上方驅(qū)動(dòng)部件為螺桿馬達(dá)。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述井下鉆具為渦輪鉆具，所述輸出軸上端通過(guò)聯(lián)軸器和減速器與渦輪軸連接，渦輪軸上設(shè)有渦輪轉(zhuǎn)子，殼體內(nèi)設(shè)有與渦輪轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的渦輪定子。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述減速器密封設(shè)置在減速器座內(nèi)；該減速器座的外緣設(shè)有與所述鉆井液過(guò)流通道導(dǎo)通的多個(gè)孔道。由上所述，本發(fā)明的井下動(dòng)力增壓鉆具，在輸出軸通過(guò)鉆頭短節(jié)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(guò)流通道、過(guò)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向柱塞泵的進(jìn)液口進(jìn)入泵體，增壓后的液體從軸向柱塞泵的出液口流出，并順序通過(guò)徑向孔、中心孔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。


以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說(shuō)明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中:圖1A:為本發(fā)明井下動(dòng)力增壓鉆具一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1B:為圖1A中B-B處剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖1C:為圖1A中C-C處剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖1D:為圖1A中D處局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖2:為本發(fā)明井下動(dòng)力增壓鉆具另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3A:為本發(fā)明中球鉸的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3B:為圖3A的側(cè)視示意圖。圖3C:為圖3A的俯視示意圖。圖4:為本發(fā)明中導(dǎo)流盤的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5:為本發(fā)明中過(guò)濾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6:為現(xiàn)有渦輪鉆具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7:為現(xiàn)有螺桿鉆具的結(jié)構(gòu)不意圖。
具體實(shí)施例方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖1A所示，本發(fā)明提出一種井下動(dòng)力增壓鉆具100，所述鉆具包括有殼體1，殼體I內(nèi)設(shè)有輸出軸2，所述輸出軸2上端通過(guò)聯(lián)軸器與上方驅(qū)動(dòng)部件7連接，輸出軸2下部固定套設(shè)有鉆頭短節(jié)3，鉆頭短節(jié)3與殼體I底端呈轉(zhuǎn)動(dòng)密封連接，鉆頭短節(jié)3底部固定連接有鉆頭4 ;所述輸出軸2與殼體I之間設(shè)有鉆井液過(guò)流通道I，鉆頭短節(jié)3上軸向設(shè)有過(guò)流孔33，所述鉆頭4上部設(shè)有容置空間43，所述過(guò)流通道I與容置空間43由過(guò)流孔33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(guò)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21，中心孔21上端設(shè)有與輸出軸2外壁導(dǎo)通的多個(gè)徑向孔22 ;所述中心孔21底端通過(guò)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)有一軸向柱塞泵5，所述軸向柱塞泵5的進(jìn)液口與鉆井液過(guò)流通道I連通，軸向柱塞泵5的出液口與中心孔21上端的徑向孔22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通過(guò)鉆頭短節(jié)3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(guò)流通道1、過(guò)流孔33、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向柱塞泵5的進(jìn)液口進(jìn)入泵體，增壓后的液體從軸向柱塞泵5的出液口流出，并順序通過(guò)徑向孔22、中心孔21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。在本實(shí)施方式中，如圖1A所示，所述井下鉆具可為渦輪鉆具，所述輸出軸2上端通過(guò)聯(lián)軸器71和減速器72與渦輪軸73連接，渦輪軸73上設(shè)有渦輪轉(zhuǎn)子731，殼體I內(nèi)設(shè)有與渦輪轉(zhuǎn)子731對(duì)應(yīng)的渦輪定子732 ;所述減速器72密封設(shè)置在減速器座721內(nèi)；該減速器座721的外緣設(shè)有與所述鉆井液過(guò)流通道I導(dǎo)通的多個(gè)孔道7211。鉆具工作時(shí)，鉆井液進(jìn)入渦輪定子732，渦輪定子732使鉆井液按一定的方向和速度進(jìn)入渦輪轉(zhuǎn)子731，驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子731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73高速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速器72將渦輪軸73的高速低扭矩運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榈退俑吲ぞ剡\(yùn)動(dòng)，并傳遞給輸出軸2使輸出軸旋轉(zhuǎn)；輸出軸2帶動(dòng)軸向柱塞泵 5對(duì)部分鉆井液進(jìn)行加壓，被加壓的鉆井液通過(guò)第一噴嘴41噴出；同時(shí)，輸出軸2帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆頭短節(jié)3和鉆頭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(guò)過(guò)流通道1、過(guò)流孔33、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。進(jìn)一步，如圖1A、圖1D所示，在本實(shí)施方式中，所述軸向柱塞泵5包括設(shè)有多個(gè)柱塞孔511的缸體51，柱塞孔511內(nèi)滑設(shè)有柱塞52 (在本實(shí)施例中，柱塞數(shù)目為7個(gè)，也可設(shè)計(jì)為9、11或13個(gè)等)，缸體51通過(guò)其中心穿孔固定套設(shè)于輸出軸2上，所述缸體51呈柱塞孔開(kāi)口向下設(shè)置，缸體51上方密封設(shè)有配流盤53 ;所述配流盤與缸體間鑲有減磨套；為了減輕柱塞的重量，柱塞為空心結(jié)構(gòu)，其空心內(nèi)部填充有輕質(zhì)塑料；如圖1B所示，所述配流盤53的進(jìn)液口 531與鉆井液過(guò)流通道I連通，配流盤53的出液口 532與輸出軸中心孔21上端的徑向孔22導(dǎo)通；斜盤55位于缸體51下方且固定于殼體I上；斜盤55上側(cè)設(shè)有滑履551和回程盤552，柱塞52的球形端部設(shè)置在滑履551的凹槽內(nèi)；位于回程盤552與缸體51之間的輸出軸2上，由下向上套設(shè)有球鉸57、調(diào)整套571和彈簧572 (如圖1D所示)，球鉸57下部抵靠于回程盤552上；所述球鉸57和調(diào)整套571與輸出軸2為鍵連接，球鉸57與回程盤552的接觸面為型面配合面；在本實(shí)施例中，如圖3A、圖3B和圖3C所示，在球鉸57的表面設(shè)有凸楞，同時(shí)在回程盤552的接觸面上設(shè)有相對(duì)的卡槽，所述凸楞卡設(shè)在卡槽中，可以由輸出軸2通過(guò)球鉸57帶動(dòng)回程盤552與缸體51同步轉(zhuǎn)動(dòng)，由此，可以防止柱塞在缸體內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，柱塞52與柱塞孔511軸線發(fā)生偏斜現(xiàn)象；當(dāng)然，也可以將凸楞設(shè)置在回程盤上，卡槽設(shè)置在球鉸上，同樣可以實(shí)現(xiàn)上述同步轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。在本實(shí)施方式中，如圖1D所示，所述滑履551的凹槽向下設(shè)有通孔5511 ;斜盤55上方的密封空間內(nèi)設(shè)有一定量的潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油通過(guò)所述通孔5511進(jìn)入滑履551的凹槽內(nèi)，可對(duì)滑履、柱塞等進(jìn)行潤(rùn)滑。進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，如圖1A、圖1D所示，所述斜盤55固定設(shè)置在一密封筒56內(nèi)，所述缸體51密封壓設(shè)在密封筒56的頂部,所述缸體51與密封筒56的外徑相同；所述缸體51和密封筒56與殼體I內(nèi)壁之間具有環(huán)形空間0(該環(huán)形空間O構(gòu)成了鉆井液過(guò)流通道I的一部分)，密封·筒56上部外緣連接一與殼體I內(nèi)壁固定連接的環(huán)形體561 ;所述環(huán)形體561對(duì)應(yīng)所述環(huán)形空間O設(shè)置，環(huán)形體561上設(shè)有多個(gè)上下貫通的第一透孔5611 ；密封筒56底部抵靠一第一軸承座562上，第一軸承座562的外側(cè)固定于殼體I內(nèi)壁并由第一調(diào)節(jié)筒591頂撐，該第一軸承座562內(nèi)側(cè)通過(guò)軸承5622與輸出軸2連接；該第一軸承座562上對(duì)應(yīng)于環(huán)形空間O的位置設(shè)有多個(gè)上下貫通的第二透孔5621 ;在本實(shí)施方式中，所述第一軸承座562與環(huán)形體561之間設(shè)有第二調(diào)節(jié)筒592。在本實(shí)施方式中，如圖1A、圖1D所示，所述鉆頭短節(jié)3為兩段式結(jié)構(gòu)；下段鉆頭短節(jié)31為階梯形結(jié)構(gòu)，通過(guò)花鍵固定連接于輸出軸2，下段鉆頭短節(jié)31的外側(cè)與殼體I底端呈轉(zhuǎn)動(dòng)密封連接，相應(yīng)的密封面采用迷宮環(huán)與O形圈組合密封，所述過(guò)流孔設(shè)置在該下段鉆頭短節(jié)31上；上段鉆頭短節(jié)32為套管式結(jié)構(gòu)，套管頂端設(shè)有凸緣321，套管與輸出軸2固定連接，所述第一軸承座562通過(guò)軸承與套管外壁連接，所述凸緣321壓設(shè)在所述軸承的上側(cè)；所述上段鉆頭短節(jié)32與下段鉆頭短節(jié)31為螺紋連接。在本實(shí)施方式中，如圖1C、圖1D所不,所述配流盤53上方密封壓設(shè)一導(dǎo)流盤54,所述配流盤53和導(dǎo)流盤54的直徑大于缸體51的直徑，所述配流盤53和導(dǎo)流盤54的外圓側(cè)壁固定于殼體I內(nèi)壁上，配流盤53與環(huán)形體561之間設(shè)有第三調(diào)節(jié)筒593 ;所述導(dǎo)流盤54通過(guò)導(dǎo)流盤中心孔套設(shè)于輸出軸2上且與配流盤53相對(duì)靜止設(shè)置，所述導(dǎo)流盤中心孔套設(shè)在輸出軸2的位置位于輸出軸的徑向孔22的位置，導(dǎo)流盤與輸出軸之間采用唇形密封圈密封；如圖1B、圖1C和圖1D所示，所述配流盤53上對(duì)應(yīng)于環(huán)形空間O的位置設(shè)有多個(gè)上下貫通的第三透孔533 ;所述導(dǎo)流盤54上設(shè)有與多個(gè)第三透孔533對(duì)應(yīng)的第四透孔543 ；如圖1C和圖4所示，在導(dǎo)流盤54的底面上與配流盤53的出液口 532相對(duì)的位置設(shè)有一與導(dǎo)流盤中心孔連通的扇形凹槽541，由此可以通過(guò)扇形凹槽541和導(dǎo)流盤中心孔使配流盤的出液口 532與輸出軸的徑向孔22導(dǎo)通；在導(dǎo)流盤54的底面上與配流盤的進(jìn)液口 531相對(duì)的位置設(shè)有弧形槽542 ;且上述第四透孔543其中一個(gè)第四透孔的側(cè)壁與所述弧形槽542導(dǎo)通；在與所述弧形槽542導(dǎo)通的該第四透孔543的孔壁上設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)58 (如圖5所示)。所述過(guò)濾網(wǎng)58由過(guò)濾網(wǎng)座581和過(guò)濾網(wǎng)本體582連接構(gòu)成；如圖5所示，過(guò)濾網(wǎng)座581為與弧形槽542形狀相同的板形體，所述過(guò)濾網(wǎng)本體582為橫截面與所述第四透孔543形狀相同的且上下貫通的筒體，筒體的側(cè)壁上設(shè)有過(guò)濾材料，且筒體的側(cè)壁上設(shè)有多個(gè)小孔5821。由此，可以使過(guò)濾后不含有固體顆粒或其它雜質(zhì)的鉆井液經(jīng)過(guò)弧形槽542和配流盤的進(jìn)液口 531進(jìn)入軸向柱塞泵的缸體內(nèi)，經(jīng)過(guò)加壓最后由第一噴嘴噴出；含有固體顆?；蚱渌s質(zhì)的鉆井液通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)本體582的筒體、第三透孔533后，被沖刷進(jìn)入鉆井液過(guò)流通道I中，最后由第二噴嘴42流出。由上所述，本實(shí)施方式中的井下動(dòng)力增壓鉆具將渦輪鉆具與軸向柱塞泵有機(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，使渦輪軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速器將渦輪軸的高速低扭矩運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榈退俑吲ぞ剡\(yùn)動(dòng)，并傳遞給輸出軸使輸出軸旋轉(zhuǎn)；輸出軸帶動(dòng)軸向柱塞泵的缸體和回程盤旋轉(zhuǎn)，缸體在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)柱塞在斜盤上上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)部分鉆井液進(jìn)行加壓，被加壓的鉆井液通過(guò)配流盤出液口、扇形凹槽、輸出軸的徑向孔、中心孔、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)旋轉(zhuǎn)鉆頭短節(jié)和鉆頭旋轉(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(guò)過(guò)流通道、過(guò)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。作為本實(shí)施方式中的另一實(shí)施例，如圖2所示，所述井下鉆具也可為螺桿鉆具，所述上方驅(qū)動(dòng)部件7可為螺桿馬達(dá)74 ;螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子可輸出低速高扭運(yùn)動(dòng)，不需減速器，只需經(jīng)過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器71，便可直接將運(yùn)動(dòng)傳遞給輸出軸2 ;其他結(jié)構(gòu)、原理、運(yùn)動(dòng)過(guò)程及技術(shù)效果與渦輪鉆井相同，在此不再贅述。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)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出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種井下動(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(guò)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)有鉆頭短節(jié)，鉆頭短節(jié)與殼體底端呈轉(zhuǎn)動(dòng)密封連接，鉆頭短節(jié)底部固定連接有鉆頭；其特征在于所述輸出軸與殼體之間設(shè)有鉆井液過(guò)流通道，鉆頭短節(jié)上軸向設(shè)有過(guò)流孔，所述鉆頭上部設(shè)有容置空間，所述過(guò)流通道與容置空間由過(guò)流孔連通；鉆頭下部設(shè)有第一噴嘴和第二噴嘴，所述第二噴嘴通過(guò)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)徑向孔；所述中心孔底端通過(guò)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)有一軸向柱塞泵，所述軸向柱塞泵的進(jìn)液口與鉆井液過(guò)流通道連通，軸向柱塞泵的出液口與中心孔上端的徑向孔導(dǎo)通，增壓后的液體順序通過(guò)徑向孔、中心孔和第一射流孔由第一噴嘴射出。
2.如權(quán)利要求I所述的井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于所述軸向柱塞泵包括設(shè)有多個(gè)柱塞孔的缸體，柱塞孔內(nèi)滑設(shè)有柱塞，缸體通過(guò)其中心穿孔固定套設(shè)于輸出軸上，所述缸體呈柱塞孔開(kāi)口向下設(shè)置，缸體上方密封設(shè)有配流盤，所述配流盤的進(jìn)液口與鉆井液過(guò)流通道連通，配流盤的出液口與輸出軸中心孔上端的徑向孔導(dǎo)通；斜盤位于缸體下方且固定于殼體上；斜盤上側(cè)設(shè)有滑履和回程盤，柱塞的球形端部設(shè)置在滑履的凹槽內(nèi)；位于回程盤與缸體之間的輸出軸上，由下向上套設(shè)有球鉸、調(diào)整套和彈簧，球鉸下部抵靠于回程盤上；所述球鉸和調(diào)整套與輸出軸鍵連接，球鉸與回程盤的接觸面為型面配合面。
3.如權(quán)利要求2所述的井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于所述滑履的凹槽向下設(shè)有通孔；斜盤上方的密封空間內(nèi)設(shè)有潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油通過(guò)所述通孔進(jìn)入滑履的凹槽內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于所述斜盤固定設(shè)置在一密封筒內(nèi)，所述缸體密封壓設(shè)在密封筒的頂部，所述缸體與密封筒的外徑相同；所述缸體和密封筒與殼體內(nèi)壁之間具有環(huán)形空間，密封筒上部外緣連接一與殼體內(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；密封筒底部抵靠一第一軸承座上，該第一軸承座通過(guò)軸承與輸出軸連接；該第一軸承座上對(duì)應(yīng)于環(huán)形空間的位置設(shè)有多個(gè)上下貫通的第二透孔。
5.如權(quán)利要求4所述的井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于所述鉆頭短節(jié)為兩段式結(jié)構(gòu)；下段鉆頭短節(jié)為階梯形結(jié)構(gòu)，通過(guò)花鍵固定連接于輸出軸，下段鉆頭短節(jié)的外側(cè)與殼體底端呈轉(zhuǎn)動(dòng)密封連接；上段鉆頭短節(jié)為套管式結(jié)構(gòu)，套管頂端設(shè)有凸緣，套管與輸出軸固定連接，所述第一軸承座通過(guò)軸承與套管外壁連接，所述凸緣壓設(shè)在所述軸承的上側(cè)；所述上段鉆頭短節(jié)與下段鉆頭短節(jié)為螺紋連接。
6.如權(quán)利要求4所述的井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于所述配流盤上方密封壓設(shè)一導(dǎo)流盤，所述導(dǎo)流盤通過(guò)導(dǎo)流盤中心孔套設(shè)于輸出軸上且與配流盤相對(duì)靜止設(shè)置，所述導(dǎo)流盤中心孔套設(shè)在輸出軸的位置位于輸出軸的徑向孔的位置；在導(dǎo)流盤的底面上與配流盤的出液口相對(duì)的位置設(shè)有一與導(dǎo)流盤中心孔連通的扇形凹槽；在導(dǎo)流盤的底面上與配流盤的進(jìn)液口相對(duì)的位置設(shè)有一導(dǎo)流盤外緣連通的弧形槽；所述弧形槽的外端設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。
7.如權(quán)利要求6所述的井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于所述配流盤和導(dǎo)流盤的外圓側(cè)壁固定于殼體內(nèi)壁上，所述配流盤上對(duì)應(yīng)于環(huán)形空間的位置設(shè)有多個(gè)上下貫通的第三透孔；所述導(dǎo)流盤上設(shè)有與多個(gè)第三透孔對(duì)應(yīng)的第四透孔；其中一個(gè)第四透孔的側(cè)壁與所述弧形槽導(dǎo)通；在與所述弧形槽導(dǎo)通的第四透孔的孔壁上設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。
8.如權(quán)利要求I所述的井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于所述井下鉆具為螺桿鉆具，所述上方驅(qū)動(dòng)部件為螺桿馬達(dá)。
9.如權(quán)利要求I所述的井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于所述井下鉆具為渦輪鉆具，所述輸出軸上端通過(guò)聯(lián)軸器和減速器與渦輪軸連接，渦輪軸上設(shè)有渦輪轉(zhuǎn)子，殼體內(nèi)設(shè)有與渦輪轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的渦輪定子。
10.如權(quán)利要求9所述的井下動(dòng)力增壓鉆具，其特征在于所述減速器密封設(shè)置在減速器座內(nèi)；該減速器座的外緣設(shè)有與所述鉆井液過(guò)流通道導(dǎo)通的多個(gè)孔道。
全文摘要
本發(fā)明為一種井下動(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短節(jié)和鉆頭；輸出軸與殼體間設(shè)有鉆井液過(guò)流通道，鉆頭上設(shè)有容置空間，過(guò)流通道與容置空間由短節(jié)上的過(guò)流孔連通；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)通的徑向孔；中心孔底端與第一噴嘴連通；輸出軸上套設(shè)有一軸向柱塞泵，軸向柱塞泵的進(jìn)液口與過(guò)流通道連通，軸向柱塞泵的出液口與中心孔上端的徑向孔導(dǎo)通，增壓后的液體由第一噴嘴射出。本發(fā)明在鉆井液驅(qū)動(dòng)鉆頭破巖同時(shí)，由軸向柱塞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。
文檔編號(hào)E21B7/18GK103256007SQ20131019858
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月24日
發(fā)明者劉忠, 王志浩 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)