CN109763781B - 一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统，包括壳体（1）、涡轮泵（2）和传动轴（9）；所述的涡轮泵（2）包括定子（8）和转子（7），所述的涡轮泵（2）的一侧设置涡轮马达（4），涡轮马达（4）包括涡轮马达转子（11）和涡轮马达定子（13），所述的涡轮马达定子（13）设置在壳体（1）内侧上，所述的涡轮马达转子（11）设置在摩擦片（17）上，摩擦片（17）套设在传动轴（9）上，所述的涡轮泵（2）和涡轮马达（4）之间的传动轴（9）上设置有螺杆增压器（3），所述的传动轴（9）上还设置有电流发电器（5）。本发明的优点是可以在不同的地层提供钻井所需要的额外扭矩，提高钻井效率和对复杂地层的适应性。

Description

一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，特别是一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统。

背景技术

钻井工程就是通过一系列的工具和技术开凿出通往地下的通道。目前钻井技术主要用于石油、天然气、地热、地下水等资源开采，这是钻井工程最主要的应用，比例也高达98%以上，此外钻井工程还被用于核废料处理、C02的深层储存等一些前沿科学领域。随着钻井深度和难度的增加，对钻井技术本身也提出新的要求。特别是深井、超深井，钻井工程的主要难点是机械钻速低、钻井周期长、钻井费用高。提高钻头破岩效率、提高钻井速度、缩短周期是钻井技术一直追求的目标。

钻井工程最重要的一步是破碎岩石。破碎岩石所需要能量来自地表，能量通过钻井液、钻杆传递到下部钻头，钻头直接破岩。过去几十年间出现了一批技术用于提高钻头破岩效率的技术，如井下增压泵、脉冲射流等。如专利号为CN201320052557.0的中国专利，公开了一种井下射流辅助钻井提速装置，其主要解决的问题是可以提高机械钻速，但是其结构复杂，不可以根据地层的不同来控制不同的转速，造成装置的使用寿命低的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统，包括壳体、涡轮泵、螺杆增压器、涡轮马达、电流发电器和传动轴；所述传动轴外部设置壳体，所述的涡轮泵包括定子和转子，所述的定子固定在传动轴上，所述的转子设置在壳体内侧，所述的涡轮泵的一侧设置涡轮马达，涡轮马达包括涡轮马达转子和涡轮马达定子，所述的涡轮马达定子设置在壳体内侧上，所述的涡轮马达转子设置在摩擦片上，摩擦片套设在传动轴上，所述的涡轮马达一侧的传动轴上设置有摩擦片组，摩擦片与摩擦片组连接，所述的涡轮泵和涡轮马达之间的传动轴上设置有螺杆增压器，所述的传动轴上还设置有电流发电器，电流发生器包括电流集成中枢和发电器线圈，电流集成中枢与发电线圈电连接。

具体地，所述的传动轴上设置有轴承，摩擦片连接轴承的外圈。

具体地，所述的电流发生器连接摩擦片组，用于控制摩擦片组的接触状态。

具体地，所述的涡轮泵连接钻杆。

具体地，所述的转动轴的一端连接钻头。

具体地，所述的涡轮泵的转子和定子间隔设置多个，所述的涡轮马达的涡轮马达转子和涡轮马达定子间隔设置多个。

本发明具有以下优点：

1、本发明通过螺杆增压器使得钻井液的压力增加，从而提高了转速；

2、本发明通过涡轮马达给传动轴提供了额外的扭矩；

3、本发明通过传动轴产生的旋转运动使得线圈产生了交变电流，为装置提供了能源；

4、产生的电源可以通过集成中枢控制摩擦片组的接触状态，从而合理的利用扭矩，既可以增加钻速，又可以产生不同扭矩适用不同地层的状态；

5、摩擦片组可以保护传动轴过载，提高传动轴的寿命，从而提高钻井时间和效率。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明的系统装配示意图；

图3 为本发明的涡轮泵结构示意图；

图4 为本发明的涡轮马达及电流发电器结构示意图；

图5 为本发明的螺杆增压器结构示意图；

图中：1-壳体，2-涡轮泵，3-螺杆增压器，4-涡轮马达，5-电流发电器，6-钻头，7-转子，8-定子，9-传动轴，10-轴承，11-涡轮马达转子，13-涡轮马达定子，14-摩擦片组，15-电流集成中枢，16-发电器线圈，17-摩擦片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1～5所示，一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统，包括壳体1、涡轮泵2、螺杆增压器3、涡轮马达4、电流发电器5和传动轴9；所述传动轴9外部设置壳体1，所述的涡轮泵2包括定子8和转子7，所述的定子8固定在传动轴9上，所述的转子7设置在壳体1内侧，涡轮泵2的左端和钻杆相连，钻井液从左端流向右端，流经定子8导向，使钻井液朝一个方向冲击转子7，钻井液冲击转子7使得转子7和传动轴9一起转动，为钻井提供扭矩，所述的涡轮泵2的一侧设置涡轮马达4，涡轮马达4包括涡轮马达转子11和涡轮马达定子13，所述的涡轮马达定子13设置在壳体1内侧上，所述的涡轮马达转子11设置在摩擦片17上，摩擦片17套设在传动轴9上，所述的涡轮马达4一侧的传动轴9上设置有摩擦片组14，摩擦片17与摩擦片组14连接，经过螺杆增压器3得到的高压钻井液从涡轮马达4的左边流入，冲击涡轮马达转子叶片11为传动轴9提供额外的扭矩；此外旋转的传动轴9使得发电器线圈16中产生交变电流，产生的电流为电流集成中枢15提供能源，电流集成中枢15可以控制摩擦片组14与摩擦片17产生不同的接触状态，使得在不同的地层提供钻井所需要的额外扭矩，所述的涡轮泵2和涡轮马达4之间的传动轴9上设置有螺杆增压器3，所述的传动轴9上还设置有电流发电器5，电流发生器5包括电流集成中枢15和发电器线圈16，电流集成中枢15与发电线圈16电连接，所述的传动轴9上设置有轴承10，摩擦片17连接轴承10的外圈，所述的电流发生器5连接摩擦片组14，用于控制摩擦片组14的接触状态。

进一步地，所述的涡轮泵2连接钻杆。

进一步地，所述的转动轴9的一端连接钻头6。

进一步地，所述的涡轮泵2的转子7和定子8间隔设置多个，所述的涡轮马达4的涡轮马达转子11和涡轮马达定子13间隔设置多个。

本发明的工作原理：该系统由涡轮泵2提供动力，钻井液由涡轮泵2流出，流经螺杆增压器3，使得钻井液的压力增加，高压的钻井液冲击涡轮马达4的叶片，产生额外的扭矩，提高了传动轴9的转速；在涡轮马达4和钻头之间有电流发电器5，当传动轴9旋转时，发电器线圈16在磁场中将产生电流，产生的电流将通过电流集成中枢15控制摩擦片组14与摩擦片17的接触状态，在不同地层中可达到涡轮马达4产生扭矩的不同使用率，既可提高钻井的速度，也可适用于不同扭矩下的钻井。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统，其特征在于：包括壳体（1）、涡轮泵（2）、螺杆增压器（3）、涡轮马达（4）、电流发电器（5）和传动轴（9）；所述传动轴（9）外部设置壳体（1），所述的涡轮泵（2）包括定子（8）和转子（7），所述的定子（8）固定在传动轴（9）上，所述的转子（7）设置在壳体（1）内侧，所述的涡轮泵（2）的一侧设置涡轮马达（4），涡轮马达（4）包括涡轮马达转子（11）和涡轮马达定子（13），所述的涡轮马达定子（13）设置在壳体（1）内侧上，所述的涡轮马达转子（11）设置在摩擦片（17）上，摩擦片（17）套设在传动轴（9）上，所述的涡轮马达（4）一侧的传动轴（9）上设置有摩擦片组（14），摩擦片（17）与摩擦片组（14）连接，所述的涡轮泵（2）和涡轮马达（4）之间的传动轴（9）上设置有螺杆增压器（3），所述的传动轴（9）上还设置有电流发电器（5），电流发电器（5）包括电流集成中枢（15）和发电器线圈（16），电流集成中枢（15）与发电器线圈（16）电连接；所述的传动轴（9）上设置有轴承（10），摩擦片（17）连接轴承（10）的外圈；所述的电流发电器（5）连接摩擦片组（14），用于控制摩擦片组（14）的接触状态。

2.根据权利要求1所述的一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统，其特征在于：所述的涡轮泵（2）连接钻杆。

3.根据权利要求1所述的一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统，其特征在于：传动轴（9）的一端连接钻头（6）。

4.根据权利要求1所述的一种用于复杂难钻地层的高效增压提速钻井系统，其特征在于：所述的涡轮泵（2）的转子（7）和定子（8）间隔设置多个，所述的涡轮马达（4）的涡轮马达转子（11）和涡轮马达定子（13）间隔设置多个。

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