CN104763337A - 一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合 - Google Patents
一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104763337A CN104763337A CN201510094125.XA CN201510094125A CN104763337A CN 104763337 A CN104763337 A CN 104763337A CN 201510094125 A CN201510094125 A CN 201510094125A CN 104763337 A CN104763337 A CN 104763337A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- drill bit
- units
- jack
- jack units
- drill
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title abstract description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 7
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 102000016938 Catalase Human genes 0.000 description 2
- 108010053835 Catalase Proteins 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/24—Drilling using vibrating or oscillating means, e.g. out-of-balance masses
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明涉及的是一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合，这种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合包括钻柱、钻头、传动单元、振动传感器，传动单元自钻柱内腔一直延伸至钻头内，且传动单元的冲击末端超出钻头的工作平面；传动单元的电动马达安装在钻柱内，电动马达连接螺纹销钉，螺纹销钉的下端固定硬质金属块，螺纹销钉与硬质金属块形成倒T型，上螺旋弹簧上端抵于硬质金属块，上螺旋弹簧下端固定在插孔单元的顶面上，插孔单元为T型的，插孔单元的下端从钻头的中心裸露出来，硬质合金单元镶嵌于插孔单元下部，冲击末端镶嵌于硬质合金单元下部；下螺旋弹簧环绕在插孔单元外，下螺旋弹簧上端固定在插孔单元的顶面下，振动传感器安装在插孔单元上。本发明可以解决深部难钻地层钻井难题，大幅度提高机械钻速。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气工程领域中用于冲击破碎岩石的钻井装置，具体涉及一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合。
背景技术
随着油气勘探的不断深入，勘探难度日益增加，井深从中浅层向深层、超深层延伸，破岩难度加大。目前，西部地区有73%石油资源储量埋藏在深部地层，东部地区有53亿吨的石油储量埋藏在深部地层，中部地区有52%的天然气资源量埋藏在深部地层。但深部地层钻井破岩主要存在以下技术难点：一是现有破岩技术在深部地层中机械钻速较慢；二是复杂地层、难钻地层所占比例逐年增大，传统钻井方式的钻速越来越低，需要高效破岩技术支持；三是现有各种高效破岩技术国外发展水平相对较高，购买、学习国外先进技术设备的费用投入庞大。
在本发明做出之前，常规钻井技术是在钻头加水射流的旋转钻井的基础上发展起来的，是当前应用最多、技术最为完善的高效钻井技术。但钻进深部难钻地层时，钻井效果十分不理想，机械钻速低下，钻井事故频发，成本高。另一方面，共振原理在岩石破碎方面的应用主要体现在路面改造工程，在钻井破岩方面并没有很好的应用。本发明提供一种可以使井底岩石产生共振的底部钻具组合，使共振技术应用于钻井成为可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合，这种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合用于解决深部难钻地层机械钻速低，钻井成本高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合包括钻柱、钻头、传动单元、振动传感器，传动单元自钻柱内腔一直延伸至钻头内，且传动单元的冲击末端从钻头的中心裸露出来并超出钻头的工作平面，传动单元附近至少安装一个喷嘴；传动单元包括电动马达、螺纹销钉、硬质金属块、插孔单元、硬质合金单元、冲击末端，电动马达安装在钻柱内，电动马达连接螺纹销钉，螺纹销钉的下端固定硬质金属块，螺纹销钉与硬质金属块形成倒T型，上螺旋弹簧上端抵于硬质金属块，上螺旋弹簧下端固定在插孔单元的顶面上，插孔单元为T型的，插孔单元的下端从钻头的中心裸露出来，硬质合金单元镶嵌于插孔单元下部，冲击末端镶嵌于硬质合金单元下部；下螺旋弹簧环绕在插孔单元外，下螺旋弹簧上端固定在插孔单元的顶面下，振动传感器安装在插孔单元上。
上述方案中插孔单元由硬度大于60HRc的金属材料制作，用于传递弹簧弹力作用于硬质合金单元。
上述方案中冲击末端由超硬材料制作，其形状为非对称的尖的或钝的几何形状，用于作用井底岩石，使井底岩石产生共振。
上述方案中电动马达为微型电动马达，用来旋转螺纹销钉。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明可以解决深部难钻地层钻井难题，大幅度提高机械钻速。
本发明利用共振原理破碎深部地层难钻岩石，使岩石自身在共振频率作用下产生剧烈振动，然后在钻头的切削作用下轻易达到破碎效果。与常规钻井方法相比，钻井速度快，岩石破碎效果好，因此大大提高了机械钻速。
2、本发明可以减少钻头磨损，节约钻井成本。
本发明以引起井底岩石产生共振为主，PDC钻头切削破岩为辅，因此大大减少了PDC钻头切削齿脱落、断齿等磨损问题，延长了钻头寿命，节约了钻井成本。同时传动单元中的组成部件均为常用材料，制造成本低廉。
附图说明
图1 是本发明的结构示意图。
图2是本发明的剖面图。
图中：1 钻柱 2 钻头 3传动单元 4 电动马达 5螺纹销钉 6硬质金属块 7 上螺旋弹簧 8 插孔单元 9 硬质合金单元 10 冲击末端 11 振动传感器 12 喷嘴 13钻头工作平面 14下螺旋弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
结合图1、图2所示，这种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合包括钻柱1、钻头2、传动单元3、振动传感器11，传动单元3自钻柱1内腔一直延伸至钻头2内，且传动单元3的冲击末端10从钻头2的中心裸露出来并超出钻头2的工作平面，传动单元3附近至少安装一个喷嘴12。钻柱1为常规钻井钻柱，包括钻杆、钻铤等组件，用于传递钻压、传输钻井液等。钻头2为钻井常规钻头，如PDC钻头等，用于辅助切削破碎井底岩石。
传动单元3为轴向的传动单元，独立于钻头2旋转，用于产生轴向的冲击振动。传动单元3由上到下依次为电动马达4、螺纹销钉5、硬质金属块6、上螺旋弹簧7、插孔单元8、硬质合金单元9、冲击末端10，其中电动马达4、螺纹销钉5、硬质金属块6和上螺旋弹簧7位于钻柱1内腔，下螺旋弹簧14、插孔单元8、硬质合金单元9以及冲击末端10位于钻头2内部。
传动单元3具体连接关系为：电动马达4连接螺纹销钉5，螺纹销钉5的下端固定硬质金属块6，螺纹销钉5与硬质金属块6形成倒T型，螺纹销钉5用于推进或收回硬质金属块6，硬质金属块6用于压缩和释放上螺旋弹簧7，改变上螺旋弹簧7弹力；上螺旋弹簧7上端抵于硬质金属块6，但上螺旋弹簧7与硬质金属块6不相连，上螺旋弹簧7下端固定在插孔单元8的顶面上，用于向插孔单元8施加作用力；插孔单元8为T型的，插孔单元8的下端从钻头2的中心裸露出来，硬质合金单元9镶嵌于插孔单元8下部，冲击末端10镶嵌于硬质合金单元9下部；下螺旋弹簧14环绕在插孔单元8外，下螺旋弹簧14上端固定在插孔单元8的顶面下，要保证插孔单元8至少与两根螺旋弹簧相连，振动传感器11安装在插孔单元8上。
电动马达4为微型电动马达，用来旋转螺纹销钉5。插孔单元8由硬度大于60HRc的金属材料制作，用于传递弹簧弹力作用于硬质合金单元9。冲击末端10由超硬材料制作，其形状为非对称的尖的或钝的几何形状，用于作用井底岩石，使井底岩石产生共振。
本发明在进行共振钻井时，电动马达4旋转螺纹销钉5，螺纹销钉5伸出推动中间单元6压缩上螺旋弹簧7，上螺旋弹簧7产生弹力作用于插孔单元8，插孔单元8通过硬质合金单元9将弹力传递到冲击末端10作用于井底岩石，井底岩石产生反作用力作用于冲击末端10。在作用力与反作用力共同作用下，传动单元3以一定频率产生振动，并通过振动传感器11将振动声波反射回地面。当振动频率接近井底岩石的共振频率时，井底岩石产生共振。在钻头2的切削辅助作用下，完成岩石破碎过程，此时机械钻速急剧增加。当机械钻速降低，通过电动马达4旋转螺纹销钉5，推动或回拉中间单元6，压缩或释放上螺旋弹簧7改变弹力，从而改变传动单元3的振动频率，使传动单元3再次达到井底岩石的共振频率，实现共振钻井。
Claims (4)
1.一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合，其特征在于：这种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合包括钻柱(1)、钻头(2)、传动单元(3)、振动传感器(11)，传动单元(3)自钻柱内腔一直延伸至钻头(2)内，且传动单元(3)的冲击末端(10)从钻头(2)的中心裸露出来并超出钻头(2)的工作平面，传动单元(3)附近至少安装一个喷嘴(12)；传动单元(3)包括电动马达(4)、螺纹销钉(5)、硬质金属块(5)、插孔单元(8)、硬质合金单元(9)、冲击末端(10)，电动马达(4)安装在钻柱(1)内，电动马达(4)连接螺纹销钉(5)，螺纹销钉(5)的下端固定硬质金属块(5)，螺纹销钉(5)与硬质金属块(5)形成倒T型，上螺旋弹簧(7)上端抵于硬质金属块(5)，上螺旋弹簧(7)下端固定在插孔单元(8)的顶面上，插孔单元(8)为T型的，插孔单元(8)的下端从钻头(2)的中心裸露出来，硬质合金单元(9)镶嵌于插孔单元(8)下部，冲击末端(10)镶嵌于硬质合金单元(9)下部；下螺旋弹簧(14)环绕在插孔单元(8)外，下螺旋弹簧(14)上端固定在插孔单元(8)的顶面下，振动传感器(11)安装在插孔单元(8)上。
2.根据权利要求1所述的用于实现井底岩石共振的底部钻具组合，其特征在于：所述的插孔单元(8)由硬度大于60HRc的金属材料制作。
3.根据权利要求1所述的用于实现井底岩石共振的底部钻具组合，其特征在于：所述的冲击末端(10)由超硬材料制作，其形状为非对称的尖的或钝的几何形状。
4.根据权利要求1所述的用于实现井底岩石共振的底部钻具组合，其特征在于：所述的电动马达(4)为微型电动马达。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510094125.XA CN104763337B (zh) | 2015-03-03 | 2015-03-03 | 一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510094125.XA CN104763337B (zh) | 2015-03-03 | 2015-03-03 | 一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104763337A true CN104763337A (zh) | 2015-07-08 |
| CN104763337B CN104763337B (zh) | 2016-11-02 |
Family
ID=53645394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510094125.XA Expired - Fee Related CN104763337B (zh) | 2015-03-03 | 2015-03-03 | 一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104763337B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105386725A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-03-09 | 中国石油天然气集团公司 | 扭转振动辅助破岩工具 |
| CN106194038A (zh) * | 2016-09-26 | 2016-12-07 | 安徽理工大学 | 一种旋转式钻头的加强工具 |
| CN110273674A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-09-24 | 武汉理工大学 | 基于岩土性能的液压声波钻头系统及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3684037A (en) * | 1970-10-05 | 1972-08-15 | Albert G Bodine | Sonic drilling device |
| CN101054887A (zh) * | 2006-04-13 | 2007-10-17 | 宋家雄 | 装有自激式脉冲谐振射流喷嘴的钻井钻头 |
| CN102287137A (zh) * | 2011-09-15 | 2011-12-21 | 东北石油大学 | 自激共振钻井装置及其钻井方法 |
| CN102493768A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-06-13 | 东北石油大学 | 高频脉冲射流共振钻井装置及其钻井方法 |
| CN103233681A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-07 | 扬州大学 | 振动辅助钻井模拟装置 |
| CN103502555A (zh) * | 2010-12-07 | 2014-01-08 | Iti苏格兰有限公司 | 共振增强旋转钻孔模块 |
| CN103982131A (zh) * | 2014-05-19 | 2014-08-13 | 中国矿业大学 | 一种可调频超声波共振凿岩机及使用方法 |
-
2015
- 2015-03-03 CN CN201510094125.XA patent/CN104763337B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3684037A (en) * | 1970-10-05 | 1972-08-15 | Albert G Bodine | Sonic drilling device |
| CN101054887A (zh) * | 2006-04-13 | 2007-10-17 | 宋家雄 | 装有自激式脉冲谐振射流喷嘴的钻井钻头 |
| CN103502555A (zh) * | 2010-12-07 | 2014-01-08 | Iti苏格兰有限公司 | 共振增强旋转钻孔模块 |
| CN102287137A (zh) * | 2011-09-15 | 2011-12-21 | 东北石油大学 | 自激共振钻井装置及其钻井方法 |
| CN102493768A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-06-13 | 东北石油大学 | 高频脉冲射流共振钻井装置及其钻井方法 |
| CN103233681A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-07 | 扬州大学 | 振动辅助钻井模拟装置 |
| CN103982131A (zh) * | 2014-05-19 | 2014-08-13 | 中国矿业大学 | 一种可调频超声波共振凿岩机及使用方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105386725A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-03-09 | 中国石油天然气集团公司 | 扭转振动辅助破岩工具 |
| CN105386725B (zh) * | 2015-12-08 | 2017-10-17 | 中国石油天然气集团公司 | 扭转振动辅助破岩工具 |
| CN106194038A (zh) * | 2016-09-26 | 2016-12-07 | 安徽理工大学 | 一种旋转式钻头的加强工具 |
| CN110273674A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-09-24 | 武汉理工大学 | 基于岩土性能的液压声波钻头系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104763337B (zh) | 2016-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6338390B1 (en) | Method and apparatus for drilling a subterranean formation employing drill bit oscillation | |
| CN102392603B (zh) | 旋切钻头与pdc刀翼形成的复合钻头 | |
| CN102434105B (zh) | 具有旋切破岩功能的复合钻头 | |
| CN102678053B (zh) | 一种交叉刮切-冲击复合式钻头 | |
| CN105156035B (zh) | 一种活齿pdc钻头 | |
| CN103114812B (zh) | 一种金刚石复合片环形同心跟管钻头及其工作方法 | |
| CN202659151U (zh) | 一种刮切-冲击复合式钻头 | |
| WO2013170788A1 (zh) | 一种刮切—冲击复合式钻头 | |
| CN104763337A (zh) | 一种用于实现井底岩石共振的底部钻具组合 | |
| CN203452651U (zh) | 强锥pdc减振提速钻头 | |
| US20170096859A1 (en) | Cutting elements for earth-boring tools, earth-boring tools including such cutting elements, and related methods | |
| CN202673148U (zh) | 一种交叉刮切-冲击复合式钻头 | |
| CN114718465B (zh) | 一种动态拉剪掘进钻头及复合破岩方法 | |
| CN102400646B (zh) | 旋切钻头与牙轮钻头形成的复合钻头 | |
| CN109339709A (zh) | 新型复锥pdc牙轮复合钻头 | |
| CN202659149U (zh) | 一种具有冲击切削结构的盘式复合钻头 | |
| CN113931576B (zh) | 一种冲、切复合钻具 | |
| CN105422006A (zh) | 一种钻扩组合可调式井下破岩工具 | |
| CN102678052A (zh) | 一种盘刀复合钻头 | |
| CN209308635U (zh) | 具有多级破碎功能的pdc钻头 | |
| WO2018165348A1 (en) | Hybrid bit including earth-boring and percussion elements for drilling earth formations | |
| CN109681122A (zh) | 一种两层级切削刮刀 | |
| CN102022084A (zh) | 一种复合式单牙轮钻头 | |
| CN202659148U (zh) | 一种盘刀复合钻头 | |
| CN102953685A (zh) | 粒子冲击钻井用钻头 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Wei Inventor after: Li Siqi Inventor after: Yan Tie Inventor after: Sun Shihui Inventor after: Li Shichang Inventor after: Ling Xin Inventor before: Li Wei Inventor before: Li Siqi Inventor before: Yan Tie Inventor before: Sun Shihui Inventor before: Li Zhuolun Inventor before: Li Yue |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161102 Termination date: 20180303 |