CN106930685A - 同心同向异速定向井钻井装置 - Google Patents

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李作会
耿应春
李玄烨
周延军
李晨晨
戴荣东
夏文安
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Abstract

一种同心同向异速定向井钻井装置包括外壳体、涡轮定子、涡轮转子、外轴，涡轮定子设在外壳体内部，外轴上端与涡轮转子相连，外轴下端设有外钻头接头，外轴为中空结构，涡轮转子内还设有容积式马达定子和容积式马达转子，且涡轮转子与容积式马达定子固定安装，容积式马达转子下部与内轴连接，内轴下端设有内钻头接头。本装置安装在底部钻具组合与钻头之间，驱动两个钻头同向异速旋转，并根据技术要求为两个钻头破岩提供最优转速和扭矩参数，同时具有滑动钻进和复合钻进的功能，能够将双钻头高效破岩的技术优势应用于定向井钻井施工，进一步提高钻井效率；还能够减小钻具横向振动，保护钻头，稳定钻压，提高井眼轨迹控制能力，降低钻井综合成本。

Description

同心同向异速定向井钻井装置
技术领域
本发明涉及石油天然气钻井、煤层气钻井领域的钻井工具，尤其是一种同心同向异速定向井钻井装置。
背景技术
随着国内外油气资源需求的不断增加，定向井等复杂工艺井的数量也随之增多，定向井钻井装置是必不可少的关键工具之一，现有定向井钻井装置虽然能够完成钻井工艺的基本功能，但在钻井提速提效方面还难以满足要求。理论研究与现场实践表明，利用两组钻头进行切削破岩，有利于降低井底岩石的内应力，减小岩石的破碎难度，对于大幅提高钻井效率具有积极作用。近年来国外在此方面开展了大量研究，取得了多项研究成果，现场应用取得了显著的经济效益，而国内研究很少，同时由于国外技术的保密垄断，限制了国内的发展。现有资料分析表明，国内外利用两组钻头提高钻井效率的技术仅限于直井的钻井过程中，未见到用于定向井钻井施工的相关资料。由于定向井对于油气资源的开发效果远大于直井，因此急需设计研发一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的同心同向异速定向井钻井装置，发挥两组钻头高效破岩的技术优势，提高定向井的钻井效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，进一步提高定向井的钻井效率，充分发挥两组钻头高效破岩的技术优势，同时减小钻具横向振动，保护钻头，稳定钻压，防止复杂情况的发生，提高井眼轨迹控制能力，缩短钻井周期，降低钻井综合成本，满足油气资源高效开发的要求，为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等的现场需求而提供一种同心同向异速定向井钻井装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
同心同向异速定向井钻井装置，包括外壳体1、涡轮定子2、涡轮转子3、外轴11，涡轮定子2设在外壳体1内部，外轴11上端与涡轮转子3相连，外轴11下端设有外钻头接头，其特征在于：外轴11为中空结构，涡轮转子3内还设有容积式马达定子4和容积式马达转子5，且涡轮转子3与容积式马达定子4固定安装，容积式马达转子5下部与内轴12连接，内轴12置于外轴11内，内轴12下端设有内钻头接头，外轴11与内轴12之间设有内流道8，外轴11与外壳体1之间设有外流道9，内轴12上加工内轴旁通孔10，内轴旁通孔10连通于内流道8和内轴12中心盲孔之间，外轴11上加工外轴旁通孔13，外轴旁通孔13连通于外流道9与外钻头接头之间。
上述方案进一步包括：
所述外壳体1具有弯角结构。
容积式马达转子5下部通过联轴器6与内轴12连接；涡轮转子5下部通过花键装置7与外轴11连接；所述花键装置7与联轴器6平行安装。
本发明的同心同向异速定向井钻井装置应用于定向井钻井施工时，一部分钻井液进入容积式马达定子与容积式转子所形成的腔室内，驱动容积式马达转子转动，容积式马达转子的转动扭矩经联轴器驱动内轴旋转，由于内轴下端连接一个内钻头，因而驱动钻头顺时针旋转破岩，同时此部分钻井液经内流道，通过内轴旁通孔到达钻头，最终经钻头水眼进入环空；另一部分钻井液进入涡轮定子与涡轮转子所形成的腔室内，驱动涡轮转子转动，涡轮转子的转动扭矩经花键装置驱动外轴旋转，由于外轴下端连接一个外钻头，因而驱动外钻头顺时针旋转破岩，并且此部分钻井液经外流道，通过外轴旁通孔到达外钻头，最终经外钻头水眼进入环空，虽然涡轮机构与容积式马达机构都是在钻井液的驱动下转动，但由于结构原理不同，其各自产生的转速与扭矩也不相同，从而使得两个钻头的转速各异。
根据现场定向井钻井应用结果统计，平均单井节省钻井周期5-10天，钻井效率提高52%，且钻井质量符合设计标准，实现了低能耗、高效率的钻井目的。
同时，同心同向异速定向井钻井装置还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便等特点。
附图说明
图1是依据本发明所提出的同心同向异速定向井钻井装置外部结构示意图。
图2是依据本发明所提出的同心同向异速定向井钻井装置剖视结构示意图。
图中1-外壳体、2-涡轮定子、3-涡轮转子、4-容积式马达定子、5-容积式马达转子、6-联轴器、7-花键装置、8-内流道、9-外流道、10-内轴旁通孔、11-外轴、12-内轴、13-外轴旁通孔。
具体实施方式
下面结合附图来详细描述本发明。
参照图2，同心同向异速定向井钻井装置，包括外壳体1、涡轮定子2、涡轮转子3、外轴11，涡轮定子2设在外壳体1内部，外轴11上端与涡轮转子3相连，外轴11下端设有外钻头接头，其中：外轴11为中空结构，涡轮转子3内还设有容积式马达定子4和容积式马达转子5，且涡轮转子3与容积式马达定子4固定安装，容积式马达转子5下部与内轴12连接，内轴12置于外轴11内，内轴12下端设有内钻头接头，外轴11与内轴12之间设有内流道8，外轴11与外壳体1之间设有外流道9，内轴12上加工内轴旁通孔10，内轴旁通孔10连通于内流道8和内轴12中心盲孔之间，外轴11上加工外轴旁通孔13，外轴旁通孔13连通于外流道9与外钻头接头之间。
上述实施例进一步包括：
所述外壳体1具有弯角结构（如图1所示）。
容积式马达转子5下部通过联轴器6与内轴12连接；涡轮转子5下部通过花键装置7与外轴11连接；所述花键装置7与联轴器6平行安装。

Claims (3)

1.同心同向异速定向井钻井装置，包括外壳体（1）、涡轮定子（2）、涡轮转子（3）、外轴（11），涡轮定子（2）设在外壳体（1）内部，外轴（11）上端与涡轮转子（3）相连，外轴（11）下端设有外钻头接头，其特征在于：外轴（11）为中空结构，涡轮转子（3）内还设有容积式马达定子（4）和容积式马达转子（5），且涡轮转子（3）与容积式马达定子（4）固定安装，容积式马达转子（5）下部与内轴（12）连接，内轴（12）置于外轴（11）内，内轴（12）下端设有内钻头接头，外轴（11）与内轴（12）之间设有内流道（8），外轴（11）与外壳体（1）之间设有外流道（9），内轴（12）上加工内轴旁通孔（10），内轴旁通孔（10）连通于内流道（8）和内轴（12）中心盲孔之间，外轴（11）上加工外轴旁通孔（13），外轴旁通孔（13）连通于外流道（9）与外钻头接头之间。
2.根据权利要求1所述的同心同向异速定向井钻井装置，其特征是：所述外壳体（1）具有弯角结构。
3.根据权利要求1或2所述的同心同向异速定向井钻井装置，其特征是：容积式马达转子（5）下部通过联轴器（6）与内轴（12）连接；涡轮转子（5）下部通过花键装置（7）与外轴（11）连接；所述花键装置（7）与联轴器（6）平行安装。
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