CN102425382A - 动压润滑钻具及具有该钻具的钻具组合 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动压润滑钻具及一种钻具组合。所述动压润滑钻具包括：一中心轴，一壳体能相对中心轴转动地套设在中心轴的外部，壳体的内壁与中心轴的外周面之间形成有环空；至少在壳体的内壁上设有一个以上的转子，每个转子具有多个向内凸出的转子叶片，转子叶片位于环空内；中心轴的侧壁上设有一个以上的分流孔。所述钻具组合具有钻柱，钻柱包括多个依次连接的常规钻具，至少一个的动压润滑钻具；动压润滑钻具设置在相邻的两个常规钻具之间。在钻井时，该钻具组合利用动压润滑钻具本身回转时的泵液作用把钻井液带入钻具和井壁或套管壁之间，把钻具外表面和井壁或套管壁分开，实现变钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦。

Description

动压润滑钻具及具有该钻具的钻具组合

技术领域

本发明涉及一种钻具，尤其是一种能利用钻具本身回转时的泵液作用把钻井液带入钻具外表面和井壁或套管壁的摩擦面间，把钻具外表面与井壁或套管壁分开，变钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦的动压润滑钻具，以及具有该动压润滑钻具在钻井过程中能防止井斜的钻具组合。

背景技术

在钻井过程中，对于直井的防斜问题一直是石油天然气钻井领域的难题之一，特别是在高陡构造地区易斜地层进行钻井时井斜问题十分严重。如我国的塔里木、玉门、青海柴达木盆地、四川盆地等地区都存在着大量的高陡构造地层，受地层自然造斜效应的影响，长期以来一直制约着这些地区深层油气资源的勘探开发进程。

为此，人们在钻井防斜方面进行了大量的研究，如第“201020648091.7”号中国专利就公开了一种“防斜打直随钻复合钻井装置”，该装置包括钻头、螺杆钻具、稳定器和钻铤；钻头、螺杆钻具、稳定器和不少于一根的钻铤自下而上依序固定安装在一起，并在稳定器和钻铤之间固定安装有无线随钻测斜仪。钻井时无线随钻测斜仪通过钻柱内钻井液压力脉冲信号实时将井斜角、方位角数据传送到地面，实现对井斜角的监测，发现井斜角增大时，滑动钻进纠斜。

目前现有的防斜打直技术，大多是以上述公知技术为代表的，只能在井斜已经发生时通过钻具与井壁或套管壁的直接接触进行防斜或纠斜，尚不能实现在钻进时使钻具外表面和井壁或套管壁自动分开，使钻具自动趋于井眼中心，以防止井斜的发生，因此，公知的技术中快速钻进与防斜打直的矛盾依然存在。

有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的动压润滑钻具及具有该钻具的钻具组合，能够变钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦，把钻具外表面和井壁或套管壁分开，达到防止井斜发生的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种动压润滑钻具，该动压润滑钻具能利用钻具本身回转时的泵液作用把钻井液带入钻具外表面和井壁或套管壁的摩擦面间，把钻具外表面和井壁或套管壁分开，从而实现变钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦。

本发明的另一个目的是提供一种具有所述动压润滑钻具的钻具组合，从而在钻井过程中通过动压润滑钻具能够将钻具与井壁或套管壁之间的干摩擦转化为液体摩擦，在降低钻具磨损的同时，能防止井斜的发生。

为此，本发明的动压润滑钻具包括：一中空的中心轴，一壳体能相对中心轴转动地套设在所述中心轴的外部，所述壳体的内壁与所述中心轴的外周面之间形成有环空；至少在所述壳体的内壁上设有一个以上的转子，每个所述转子具有多个向内凸出的转子叶片，所述转子叶片位于所述环空内；所述中心轴的侧壁上设有一个以上的分流孔。

本发明的钻具组合具有钻柱，所述钻柱包括多个依次连接的常规钻具，至少一个如上所述的动压润滑钻具；所述动压润滑钻具设置在相邻的两个所述常规钻具之间。

本发明的动压润滑钻具及具有该钻具的钻具组合与现有技术相比具备的优点和特点是：

本发明提出的动压润滑钻具，由中空的中心轴、壳体组成，其中，中心轴的外部固定有定子，壳体的内部固定有转子，中空的中心轴内能通过钻井液，在钻井液的冲击下转子能带动壳体相对于具有定子的中心轴转动。本发明提出的钻具组合具有钻柱，所述钻柱由多个依次连接的常规钻具、连接在常规钻具之间的动压润滑钻具构成，所述动压润滑钻具上端与其上部的一常规钻具相连，下端与其下部的一常规钻具相连，多个所述动压润滑钻具通过上述连接方式依序间隔连接在钻柱中的常规钻具之间，并随多个常规钻具一起下入井内。

本发明的钻具组合在钻井的过程中，随着钻柱的钻进，进入所述中心轴的钻井液经分流孔后能冲击所述转子叶片带动所述壳体以钻柱(动压润滑钻具中心轴)的中心线为轴线进行转动，当钻柱的中心线与所钻井孔的中心线重合时，所述钻柱的轴线方向不承受径向推力；当钻柱的中心线偏离所钻井孔的中心线时，所述壳体的中心同样偏离井孔中心，与井壁或套管壁较近的壳体一侧与孔壁之间形成楔形间隙，在所述转子的带动下所述壳体转动产生泵液作用，把充满动压润滑钻具与井孔之间的钻井液带入壳体外表面和井壁或套管壁之间形成的楔形间隙内，建立压力液膜，向动压润滑钻具施加垂直于轴向的径向推力，使钻柱的外表面和井壁或套管壁分开，不发生直接接触，或者减少钻柱的外表面和井壁或套管壁的摩擦，从而减少磨损。

本发明提出的动压润滑钻具和具有该钻具的钻具组合，能够实现在钻井时利用动压润滑钻具本身回转时的泵液作用把钻井液带入动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁的摩擦面间，建立压力液膜把动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁分开，变动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦。本发明提出的动压润滑钻具和具有该钻具的钻具组合，能实现在钻进时变动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦，把钻具外表面和井壁或套管壁自动分开，使钻具自动趋于井眼中心，在垂直钻井时能防止井斜的发生，在水平井钻井时减小了钻具外表面和井壁或套管壁的滑动表面间的摩擦损失和表面磨损，从而降低了垂直钻井和水平井钻井的复杂性和成本，提高了钻井效率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为本发明的动压润滑钻具的整体结构剖视示意图；

图2A为本发明的动压润滑钻具的壳体与第三TC动套之间的配合局部剖视示意图；

图2B为本发明的动压润滑钻具的壳体与第三TC动套之间的配合侧视示意图；

图3A为本发明的动压润滑钻具的下接头与第三TC静套之间的配合局部剖视示意图；

图3B为本发明的动压润滑钻具的下接头与第三TC静套之间的配合侧视示意图；

图4为本发明的动压润滑钻具的下接头与壳体之间的配合示意图；

图5为本发明的动压润滑钻具的上接头与壳体之间的配合示意图；

图6为本发明的动压润滑钻具的定子与中心轴配合示意图；

图7为本发明的动压润滑钻具的转子与中壳体配合示意图；

图8A为本发明的动压润滑钻具的转子和定子工作示意图；

图8B为沿图8A中C-C线的剖面图；

图9为本发明的钻具组合的结构示意图；

图10为本发明的钻具组合的工作原理图；

图11、图12为本发明的钻具组合的使用状态示意图。

附图标号说明：

1、上接头      2、第一TC静套    3、第一TC动套  4、上壳体

5、橡胶圈      6、隔套          7、水帽接头    8、分流孔

9、隔套        10、隔套         11、转子       110、转子叶片

12、定子       120、定子叶片    13、中壳体     14、中心管

15、隔套       16、隔套         17、回流孔     18、键

19、第三TC静套 20、第三TC动套   21、下壳体     22、键

23、串轴承     24、隔套         25、隔套       26、橡胶圈

27、第TC动套   28、第TC静套     29、下接头     30、环空

31、动压润滑钻具    40、钻柱    41、常规钻具  50、钻头

60、转盘            70、井孔    80、套管壁    90、钻井液

具体实施方式

本发明提出的一种动压润滑钻具包括：一中空的中心轴，一壳体套设在所述中心轴的外部，所述壳体的内壁与所述中心轴的外周面之间形成有环空；至少在所述壳体的内壁上设有一个以上的转子，每个所述转子具有多个向内凸出的转子叶片，所述转子叶片位于所述环空内；所述中心轴的侧壁上设有一个以上的分流孔，进入所述中心轴的钻井液经所述分流孔后能冲击所述转子叶片使所述壳体能相对中心轴转动。

进一步，所述中心轴由上接头、水帽接头、中心管、下接头依次螺纹固定连接构成，所述水帽接头的侧壁上均布有多个所述分流孔，所述中心管与所述下接头的连接端侧壁上均布有多个回流孔，所述转子对应设置于所述分流孔和回流孔之间。

且所述分流孔和所述回流孔的中心线之间的夹角为锐角，从而使由分流孔进入所述环空内的钻进液能通过回流孔再回流至中心轴内。

此外，所述壳体可以由上壳体、中壳体、下壳体依次螺纹固定连接构成，所述转子设置在所述中壳体上。

在一个可行的实施例中，所述中心管的外周面上设有一个以上的定子，每个所述定子具有多个向外凸出的定子叶片，所述定子叶片位于所述环空内，且所述定子叶片和所述转子叶片沿轴向依次相间设置。

所述中心管的外壁和中壳体的内壁上分别设有限定所述转子或定子轴向位置的两隔套，所述隔套分别顶抵于多个所述转子和定子的两外端面。为了所述壳体对相对于中心轴的转动顺畅，壳体的两端可以通过第一轴承和第二轴承未支撑在所述中心轴上。

本发明提出的一种钻具组合具有钻柱，所述钻柱包括多个依次连接的常规钻具，至少一个如上所述的动压润滑钻具。所述动压润滑钻具设置在相邻的两个所述常规钻具之间。

所述动压润滑钻具的中心轴的两端与所述常规钻具固定连接，为了保证所述常规钻具不与井壁或套管壁相接触，所述动压润滑钻具的壳体的外径大于相邻的所述常规钻具的外径。

所述钻具组合在钻井的过程中，随着钻柱的钻进，进入所述中心轴的钻井液经所述分流孔后能冲击所述转子叶片带动所述壳体以钻柱中心线为轴线进行转动，当钻柱的中心线与所钻井孔的中心线重合时，所述钻柱的轴线方向不承受径向推力；当钻柱的中心线偏离所钻井孔的中心线时，所述壳体的中心同样偏离井孔中心，与井壁或套管壁较近的壳体一侧与孔壁之间形成楔形间隙，在所述转子的带动下所述壳体转动产生泵液作用，把充满钻柱与井孔之间的钻井液带入壳体外表面和井壁或套管壁之间形成的楔形间隙内，建立压力液膜，向钻柱施加垂直于轴线方向的径向推力，使与动压润滑钻具相邻的常规钻具的外表面和井壁或套管壁分开，不发生直接接触或可以减小常规钻具的外表面与井壁或套管壁之间的接触力大小。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的动压润滑钻具及具有该钻具的钻具组合的具体实施方式、结构、特征、原理及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

图1为本发明的动压润滑钻具的整体结构剖视示意图；图2A为本发明的动压润滑钻具的壳体与第三TC动套之间的配合局部剖视示意图；图2B为本发明的动压润滑钻具的壳体与第三TC动套之间的配合侧视示意图；图3A为本发明的动压润滑钻具的下接头与第三TC静套之间的配合局部剖视示意图；图3B为本发明的动压润滑钻具的下接头与第三TC静套之间的配合侧视示意图；图4为本发明的动压润滑钻具的下接头与壳体之间的配合示意图；图5为本发明的动压润滑钻具的上接头与壳体之间的配合示意图；图6为本发明的动压润滑钻具的定子与中心轴配合示意图；图7为本发明的动压润滑钻具的转子与中壳体配合示意图；图8A为本发明的动压润滑钻具的转子和定子工作示意图；图8B为沿图8A中C-C线的剖面图；其中，图1中的上方定义为上端，下方定义为下端。

如图1至图8所示，本发明提出的一种动压润滑钻具具有一中空的中心轴，一壳体套设在所述中心轴的外部，所述壳体的内壁与所述中心轴的外周面之间形成有环空30；至少在所述壳体的内壁上设有一个以上的转子11，每个所述转子11具有多个向内凸出的转子叶片110(请配合参见图7)，所述转子叶片110位于所述环空30内；所述中心轴的侧壁上设有一个以上的分流孔8，进入所述中心轴的钻井液经所述分流孔8后能冲击所述转子叶片110使所述壳体能相对中心轴转动。

在一个具体实施例中，所述中心轴可以由上接头1、水帽接头7、中心管14、下接头29依次螺纹固定连接构成，以利于制造和降低生产成本。其中，在所述的水帽接头7的侧壁上均布有多个分流孔8，在所述中心管14下端(与所述下接头29的连接端)侧壁上均布有多个回流孔17，分流孔8、回流孔17贯通水帽接头7、中心管14的侧壁。且所述转子11设置在与所述分流孔8和回流孔17之间相对应的壳体内壁上。

进一步地，为使进入环空30内钻井液能对转子叶片110具有较大的冲击力，使转子叶片110在钻井液的冲击下能带动壳体相对于中心轴转动，所述分流孔8朝向中空腔体的进液口高度较朝向环空30的出液口高度高，形成进液口至出液口方向为向下倾斜状；而回流孔17为了使环空内的钻井液能回流至中心轴内，其同样为倾斜设置在中心管14的侧壁上，只是倾斜方向与分流孔8相反，从而所述分流孔8和所述回流孔17的中心线之间形成锐角夹角α。

一个可行的技术方案是，在所述中心管14的外周面上设有一个以上的定子12，每个所述定子12具有多个向外凸出的定子叶片120，所述定子叶片120位于所述环空30内，且所述定子叶片120和所述转子叶片110沿轴向依次相间设置，且转子叶片110和定子叶片120之间没有接触。借助于所述定子12的设置，可以对冲击了第一转子的钻井液由设置在该转子下部的定子对流下的钻井液进行导向，改变钻井液的流动方向，使钻井液以最大的速度冲击下一转子。

其中，所述的定子叶片120、转子叶片110均为倾斜设置，其倾斜角度在此不做限制，只要自分流孔8进入环空30内的钻井液能冲击转子叶片110使转子能带动壳体转动就可以，同样所述定子叶片的倾斜角度只要能保证自转子叶片流下的钻井液经定子叶片导向后能提高对下转子叶片的冲击力就可以。

其中，所述壳体也可以由上壳体4、中壳体13、下壳体21依次螺纹固定连接构成，所述转子11设置在所述中壳体13上。

进一步地，所述中心管14的外壁设有两隔套10、15，该两隔套10、15顶抵在定子12的端部，在壳体13的内壁上同样设有两隔套9、16，该两隔套9、16顶抵在转子11的端部，通过分别设置在定子12两端的隔套10、15和转子11两端的隔套9、16能限定所述转子11或定子12轴向的位置，通过改变上述隔套10、15或隔套9、16的长度，可以实现对定子叶片120与转子叶片110之间的间距调整，以改变钻井液对转子的冲击点，提高冲击力量。

此外，所述壳体的两端与所述中心轴之间设有第一轴承和第二轴承。

在一个具体实施例中，所述第一轴承和第二轴承均为TC径向轴承，其中，所述第一TC径向轴承的第一TC静套2固定设置在所述上接头1的外部，所述第一TC径向轴承的第一TC动套3固定设置在所述上壳体4内对应于所述第一TC静套2；所述第二TC径向轴承的第二TC静套28固定设置在所述下接头29的外部，所述第二TC径向轴承的第二TC动套27固定设置在所述下壳体21内对应于所述第二TC静套28。通过在壳体的两端和中心轴之间设置两TC径向轴承，从而使壳体与中心轴之间能够保持稳定的连接，使壳体转动平稳，同时还能够阻止大量的钻井液直接流到钻具外部，影响钻井效率。

另外，至少在所述下接头29的外部还设有一串轴承23和第三TC径向轴承，以使壳体的转动更加灵活。其中，所述串轴承23的两端分别抵接于所述第三TC径向轴承和所述第二TC径向轴承。所述串轴承23由多个依次串联设置的球轴承构成。

图9为本发明的钻具组合的结构示意图；图10为本发明的钻具组合的工作原理图；图11、图12为本发明的钻具组合的使用状态示意图。

如图9至图12所示，本发明提出的一种钻具组合至少具有钻柱40，其中，所述钻柱40包括多个依次连接的常规钻具41，至少一个上述的动压润滑钻具31。所述动压润滑钻具31设置在相邻的两个所述常规钻具41之间。所述常规钻具41包括钻杆、钻铤、钻头50等通常钻井所需的钻具，所述钻柱40的下部连接有钻头50，上部与转盘60相连接。

所述动压润滑钻具31的中心轴的两端与所述常规钻具41固定连接，且动压润滑钻31的壳体的外径大于相邻的所述常规钻具41的外径。

所述钻具组合在钻井的过程中，随着钻柱40的钻进，进入动压润滑钻具31的所述中心轴的钻井液经所述分流孔8后能冲击所述转子叶片110带动所述壳体以钻柱40的中心线A’A’为轴线进行转动，当钻柱40的中心线A-A与所钻井孔70的中心线B-B重合时，所述钻柱40的轴线方向不承受径向推力；当钻柱40的中心线A-A偏离所钻井孔70的中心线B’B’时，所述动压润滑钻具31的壳体的中心同样偏离井孔中心，与井壁或套管壁80较近的壳体一侧与井壁或套管壁80之间形成楔形间隙，在所述转子的带动下所述壳体转动产生泵液作用，把充满钻柱与井壁或套管壁80之间的钻井液带入壳体外表面和井壁或套管壁80之间的间隙内，建立压力液膜，向钻柱施加垂直于轴线方向的径向推力，使钻柱的外表面和井壁或套管壁80分开，不发生直接接触。

下面结合一个具体的实施例进一步说明本发明的动压润滑钻具和具有该钻具的钻进工具的结构、工作原理及运动过程：

本发明的动压润滑钻具31由上接头1、水帽接头7、中心管14、下接头29同轴设置并螺纹固定联结构成动压润滑钻具的中心轴；由上壳体4、中壳体13、下壳体21同轴设置并螺纹固定联结构成动压润滑钻具的外部壳体。所述上接头1外部沿轴向同轴设置有第一TC静套2和一隔套6，该隔套6的两端分别顶抵于第一TC静套2和水帽接头7，以限定第一TC静套2的轴向位置；所述第一TC静套2与上壳体4之间同轴设置有第一TC动套3，该第一TC动套3与上壳体4固定连接，并与第一TC静套2构成第一TC(碳化钨硬质合金)径向轴承。而在所述水帽接头7和中心管14的外部沿轴向依序同轴设置有一隔套10、多个定子12和一隔套15，其中，每个所述定子12具有多个向外凸出的定子叶片120，所述定子叶片120位于所述环空30内；所述中壳体13内部沿轴向依序同轴设置有一隔套9、多个转子11和一隔套16，每个所述转子11具有多个向内凸出的转子叶片110，转子叶片110位于所述环空30内，所述多个定子叶片120和多个转子叶片110沿轴向依序同轴相间设置；可以通过改变隔套10、隔套15或隔套9、16的长度来调整定子叶片120与转子叶片110的间距。

所述下接头29外部沿轴向依序同轴设置有第三TC静套19、一串轴承23、一隔套24和第二TC静套28；所述第三TC静套19与下壳体21之间对应同轴设置有第三TC动套20；所述隔套24、第二TC静套28和下壳体21之间对应同轴设置有一隔套25和第二TC动套27。

在本实施例中，如图1所示，所述水帽接头7上同轴均匀设置有三个分流孔8，所述中心管14上同轴均匀设置有三个回流孔17。所述分流孔的尺寸、角度、数量等可以根据水帽接头7中壳体13的尺寸，以及定子转子上设置的叶片倾斜角度、动压润滑钻具的外部壳体所需转动速度等情况决定，在此不加以限定。

在本实施例中，如图1、图4、图5所示，所述第一TC静套2与上接头1螺纹连接，所述第一TC动套3与上壳体4螺纹连接，所述第二TC静套28与下接头29螺纹连接，第二TC动套27与下壳体21螺纹连接；所述第一TC动套3与上壳体4之间通过一橡胶圈5密封，所述第二TC动套27与下壳体21之间通过一橡胶圈26密封。

在本实施例中，如图1、图2A、图2B、图3A、图3B所示，所述第三TC静套19与下接头29通过在周向均匀分布的键18连接；所述第三TC动套20与下壳体21通过在周向均匀分布的键22连接。

在本实施例中，如图1、图6、图7所示，所述转子11与中壳体13键连接，所述定子12与中心管14键连接。所述转子11在钻井液的驱动下带动中壳体13相对中心管14转动，并可以通过改变钻井液的粘度、泵压、流量等参数以及转子11和定子12的数量来调节所述中壳体13相对于中心管14的转速。

如图1所示，钻井时，钻井液由上接头1进入动压润滑钻具31，经过水帽接头7分流，一部分钻井液经过中心管14直接流到下接头29，以保证钻头正常钻井时所需压力；另一部分钻井液则由分流孔8引流到中心管14与中壳体13之间的环空30，进入环空30内的钻井液冲击转子11，再通过定子12导向来冲击下一组转子11，流过转子叶片110的钻井液向下流过下一组定子叶片120进行导向，冲击下一组转子叶片110，使其部分压力能转换为转子11的机械能，转子11通过键连接带动上壳体4、中壳体13、下壳体21转动，从而实现了动压润滑钻具外部壳体的转动。

串轴承23可以承受井下作业过程中动压润滑钻具产生的双向轴向力，第一TC静套2与第一TC动套3、第三TC静套19与第三TC动套20、第二TC静套28与第二TC动套27构成的TC轴承可以承受动压润滑钻具受到的径向力；相互配合的TC轴承外套内表面和内套外表面均采用硬质合金和碳化钨粉末烧结而成，进入环空30内的钻井液的大部分由回流孔17回流至中心管14内，极少部分从TC轴承以及串轴承23外套与内套之间的间隙流到钻具与井壁或套管壁的环形空间，实现轴承的润滑和冷却。

动压润滑钻具31利用动压润滑钻具本身外部壳体回转时的泵液作用把钻井液带入动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁的摩擦面间，建立压力液膜把动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁分开，变动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦。

如图10、图11、图12所示，在钻井过程中，将连接有动压润滑钻具31的钻柱40下入井内，在钻进过程中，当动压润滑钻具之间的常规钻具41与井壁或套管壁80分开，钻柱40大致位于井壁或套管壁80中心位置时，动压润滑钻具与井壁或套管壁80之间不会产生泵液作用。当钻柱在钻进的过程中其中心线与井壁或套管壁的中心线产生了偏移，常规钻具41、动压润滑钻具31与井壁或套管壁80之间产生部分相互靠近或接触时，则相对规则的井壁或套管壁80和动压润滑钻具31外表面的相对滑动表面间呈现为楔形的间隙，这时在动压润滑钻具31外表面和井壁或套管壁80的间隙间充满了具有一定粘度的供应充足的钻井液90，动压润滑钻具31的壳体在转子的带动下与转子一起转动，动压润滑钻具31利用本身回转时的泵液作用把钻井液90带入动压润滑钻具31外表面和井壁或套管壁80的摩擦面间建立压力液膜(即，钻井液膜)，向钻柱40施加径向推力。单个动压润滑钻具31的钻井液膜压力之和即为单个动压润滑钻具31的钻井液膜承载能力，多个动压润滑钻具31的钻井液膜承载能力为这多个动压润滑钻具31的钻井液膜承载能力之和，当钻井液膜承载能力小于外载荷时，可以减小动压润滑钻具31外表面和井壁或套管壁80的滑动表面接触力大小，从而减少动压润滑钻具31与井壁或套管壁80间的干摩擦或边界摩擦损耗；而当依序间隔连接在钻头50和其它常规钻具41之间的多个动压润滑钻具31的钻井液膜承载能力与外载荷相平衡时，动压润滑钻具31外表面和井壁或套管壁80的滑动表面会被钻井液分开而不发生直接接触，这时动压润滑钻具31和井壁或套管壁80间的干摩擦或边界摩擦变为液体摩擦，综上所述，在钻井过程中，采用动压润滑钻具时，不管动压润滑钻具31外表面和井壁或套管壁80的滑动表面是否接触，都可以减少他们之间的摩擦损耗。

垂直钻井时，当常规钻具41的轴线与井眼轴线趋于重合或井斜较小而动压润滑钻具31外表面与套管壁或井壁80未直接接触或接触距离较大时，由于井壁或套管壁80和动压润滑钻具31外表面的相对滑动表面间未呈现明显的楔形间隙，动压润滑钻具的转子11的转动不会在动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁80的摩擦面间建立压力液膜，也就不会产生垂直于常规钻具41轴线方向的径向推力。当井斜较大而动压润滑钻具31外表面与套管壁或井壁80直接接触或接触距离小时，如图9所示，由于井壁或套管壁80和动压润滑钻具31外表面的相对滑动表面间呈现楔形的间隙，动压润滑钻具的转子11转动并且相对于井壁或套管壁80逐渐具有相当的相对滑动速度时，动压润滑钻具31利用本身回转时的泵液作用把钻柱40外部的、具有一定粘度且供应充足的钻井液90带入动压润滑钻具31外表面和井壁或套管壁80的摩擦面间建立压力液膜，产生垂直于常规钻具41轴线方向的径向推力，当多个动压润滑钻具31的钻井液膜承载能力与外载荷相平衡时，动压润滑钻具31外表面和井壁或套管壁80的滑动表面会被钻井液分开而不发生直接接触，并把动压润滑钻具31连同常规钻具41与井壁或套管壁80分开，使动压润滑钻具31连同常规钻具41重新回到钻柱40轴线与井眼轴线趋于重合或井斜较小的位置。

水平井钻井时，由于常规钻具41自重的影响，静止时动压润滑钻具31外表面与套管壁或井壁80始终处于直接接触或接触距离较小的状态，井壁或套管壁80和动压润滑钻具31外表面的相对滑动表面间呈现楔形的间隙，动压润滑钻具的转子11转动并且相对于井壁或套管壁80逐渐具有相当的相对滑动速度时，动压润滑钻具31利用本身回转时的泵液作用把具有一定粘度且供应充足的钻井液90带入动压润滑钻具31外表面和井壁或套管壁80的摩擦面间建立压力液膜，产生垂直于水平段常规钻具41轴线方向的径向推力，当多个动压润滑钻具31的钻井液膜承载能力与外载荷相平衡时，动压润滑钻具31外表面和井壁或套管壁80的滑动表面会被钻井液分开而不发生直接接触，并把动压润滑钻具31连同常规钻具41与井壁或套管壁80分开，变钻柱40和井壁或套管壁80间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦，减小钻柱40和井壁或套管壁80的滑动表面间的摩擦损失和表面磨损。

本发明提出的动压润滑钻具31和具有该钻具的钻具组合，能够实现在钻井时利用动压润滑钻具31本身回转时的泵液作用把钻具组合外部的钻井液90带入动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁80的摩擦面间，建立压力液膜把动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁分开，变动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦。钻具外表面和井壁或套管壁分开距离的大小与动压润滑钻具的数量及其分布以及单个动压润滑钻具压力液膜的承载能力密切相关。而单个动压润滑钻具压力液膜的承载能力与钻井液的粘度、动压润滑钻具外表面相对于井壁或套管壁的相对滑动速度、以及动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁的相对滑动表面间能否形成收敛形间隙有关。应用本发明提供的动压润滑钻具31和具有该钻具的钻具组合，能实现在钻进时变动压润滑钻具外表面和井壁或套管壁间的干摩擦或边界摩擦为液体摩擦，把钻具外表面和井壁或套管壁自动分开，使钻具组合自动趋于井眼中心，且由于动压润滑钻31的壳体的外径大于相邻的所述常规钻具41的外径，进一步保证了在钻进过程，钻柱的外表面与井壁或套管壁80分开不发生直接接触。本发明在垂直钻井时能防止井斜的发生，在水平井钻井时减小了钻具外表面和井壁或套管壁的滑动表面间的摩擦损失和表面磨损，从而降低了垂直钻井和水平井钻井的复杂性和成本，提高了钻井效率。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (12)

1.一种动压润滑钻具，其特征在于，所述动压润滑钻具包括：一中空的中心轴，一壳体能相对中心轴转动地套设在所述中心轴的外部，所述壳体的内壁与所述中心轴的外周面之间形成有环空；至少在所述壳体的内壁上设有一个以上的转子，每个所述转子具有多个向内凸出的转子叶片，所述转子叶片位于所述环空内；所述中心轴的侧壁上设有一个以上的分流孔。

2.如权利要求1所述的动压润滑钻具，其特征在于，所述中心轴由上接头、水帽接头、中心管、下接头依次螺纹固定连接构成，所述水帽接头的侧壁上均布有多个所述分流孔，所述中心管与所述下接头的连接端侧壁上均布有多个回流孔，所述转子对应设置于所述分流孔和回流孔之间。

3.如权利要求2所述的动压润滑钻具，其特征在于，所述分流孔和所述回流孔的中心线之间的夹角为锐角。

4.如权利要求2所述的动压润滑钻具，其特征在于，所述中心管的外周面上设有一个以上的定子，每个所述定子具有多个向外凸出的定子叶片，所述定子叶片位于所述环空内，且所述定子叶片和所述转子叶片沿轴向依次相间设置。

5.如权利要求1至4任一项所述的动压润滑钻具，其特征在于，所述壳体由上壳体、中壳体、下壳体依次螺纹固定连接构成，所述转子设置在所述中壳体上。

6.如权利要求1所述的动压润滑钻具，其特征在于，所述中心轴由上接头、水帽接头、中心管、下接头依次螺纹固定连接构成，所述中心管的外周面上设有一个以上的定子，每个所述定子具有多个向外凸出的定子叶片，所述定子叶片位于所述环空内；所述壳体由上壳体、中壳体、下壳体依次螺纹固定连接构成，所述转子设置在所述中壳体上；且所述定子叶片和所述转子叶片沿轴向依次相间设置；所述壳体由上壳体、中壳体、下壳体依次螺纹固定连接构成，所述壳体的两端与所述中心轴之间设有第一轴承和第二轴承。

7.如权利要求6所述的动压润滑钻具，其特征在于，所述中心管的外壁和中壳体的内壁上分别设有限定所述转子或定子轴向位置的两隔套，所述隔套分别顶抵于多个所述转子和定子的两外端面。

8.如权利要求6所述的动压润滑钻具，其特征在于，所述第一轴承和第二轴承均TC径向轴承，其中，所述第一TC径向轴承的第一TC静套2固定设置在所述上接头1的外部，所述第一TC径向轴承的第一TC动套3固定设置在所述上壳体内对应于所述第一TC静套2；所述第二TC径向轴承的第二TC静套28固定设置在所述下接头29的外部，所述第二TC径向轴承的第二TC动套27固定设置在所述下壳体21内对应于所述第二TC静套28。

9.如权利要求8所述的动压润滑钻具，其特征在于，至少在所述下接头的外部还设有一串轴承和第三TC径向轴承，所述串轴承的两端分别抵接于所述第三TC径向轴承和所述第二TC径向轴承。

10.一种钻具组合，其特征在于，所述钻具组合具有钻柱，所述钻柱包括多个依次连接的常规钻具，至少一个如权利要求1至9所述的动压润滑钻具；所述动压润滑钻具设置在相邻的两个所述常规钻具之间。

11.如权利要求10所述的钻具组合，其特征在于，所述动压润滑钻具的中心轴的两端与所述常规钻具固定连接，所述动压润滑钻具的壳体的外径大于相邻的所述常规钻具的外径。

12.如权利要求10或11所述的钻具组合，其特征在于，所述钻具组合在钻井的过程中，随着钻柱的钻进，进入所述动压润滑钻具的中心轴的钻井液经所述分流孔后能冲击所述转子叶片带动所述壳体以中心轴的中心线为轴线进行转动，当中心轴的中心线与所钻井孔的中心线重合时，所述动压润滑钻具的径向不承受推力；当中心轴的中心线偏离所钻井孔的中心线时，所述壳体的中心同样偏离井孔中心，与井壁或套管壁较近的壳体一侧与孔壁之间形成楔形间隙，在所述转子的带动下所述壳体转动产生泵液作用，把充满动压润滑钻具与井孔之间的钻井液带入壳体外表面和井壁或套管壁之间的楔形间隙内，建立压力液膜，向动压润滑钻具径向施加垂直轴向的推力，使与所述动压润滑钻具相邻的常规钻具的外表面和井壁或套管壁分开，不发生直接接触或减小常规钻具的外表面与井壁或套管壁之间的接触力大小。

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