CN109915028B - 电池式电机驱动的双速pdc钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池式电机驱动的双速PDC钻头。主要包括上接头，电池架，电池，电池保护盖，导电滑环，Y形密封圈Ⅰ，电动机导线，大弹簧，电动机，外延大钻头，导流接头，中心小钻头等；装配顺序为先在电动机的转轴上装电动机转轴接头、导流接头，整体装入装有Y形密封圈Ⅲ和电动机导线的外延大钻头，装入大弹簧；将电池导线、电池、密封圈、电池保护盖、小弹簧、Y形密封圈Ⅰ、导电滑环、Y形密封圈Ⅱ分别装入电池架，装配整体与外延大钻头组装在一起；装配上接头和中心小钻头。本发明通过钻井液控制电动机开关，具有电动机驱动与钻柱驱动的双速钻进特点，具有提高机械钻速的优势。

Description

电池式电机驱动的双速PDC钻头

技术领域

本发明属于石油和天然气开采领域，具体涉及一种电池式电机驱动的双速PDC钻头的设计。

背景技术

随着油气资源勘探开发的不断深入，深井、超深井以及新型油气资源井越来越多，钻遇“三高地层”(岩石硬度高、岩石可钻性级值高、岩石研磨性高)的可能性越来越大，传统PDC钻头在钻井破岩过程中，心部破岩效率低是制约机械钻速的一个重要因素。心部破岩效率低的主要原因是破岩过程井眼心部切削齿运动速度低，导致钻进过程钻头心部被岩石“顶”住，井眼中心岩石实际破碎形式为掰断，而不是牙轮钻头的冲击破碎或者PDC钻头的切削破岩。这严重影响了深部硬地层的机械钻速和勘探开发成本。机械钻速与使用寿命是衡量钻头性能的两个重要指标，提高机械钻速一直是钻井工程的关键问题。在保证一定使用寿命的前提下，提高机械钻速对于增加钻头总进尺、减少起下钻次数降低生产费用具有重要意义。针对深部硬地层钻进过程中机械钻速低的问题，本发明的电池式电机驱动的双速PDC钻头，能够利用电动机驱动中心小钻头先破碎中心的岩石，同时利用钻柱驱动外延大钻头快速钻进，有效的提高钻井作业效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决技术背景中的机械钻速不高的问题，提出了一种电池式电机驱动的双速PDC钻头。

本发明的技术方案是：电池式电机驱动的双速PDC钻头，由上接头，电池架，密封圈，电池，电池保护盖，电池导线，小弹簧，导电滑环，Y形密封圈Ⅰ，Y形密封圈Ⅱ，电动机导线，大弹簧，电动机，外延大钻头，电动机转轴接头，导流接头，Y形密封圈Ⅲ，中心小钻头组成；其特征是：装配顺序为先将Y形密封圈Ⅲ和电动机导线装入外延大钻头；给电动机的转轴装上电动机转轴接头，连接导流接头，整体装入外延大钻头，装入大弹簧；将电池导线、电池、密封圈、电池保护盖依次装入电池架；将小弹簧、Y形密封圈Ⅰ、导电滑环、Y形密封圈Ⅱ依次装在电池架上；将装好的电池架整体通过螺纹与装好的外延大钻头装配在一起；最后装配上接头和中心小钻头，装配完成。

上述方案中的电池式电机驱动的双速PDC钻头，其特征在于：电池架与外延大钻头螺纹连接处设计有控制电动机的液压开关，该开关由小弹簧、导电滑环、Y形密封圈Ⅰ、Y形密封圈Ⅱ组成；小弹簧安装在导电滑环一端，Y形密封圈Ⅰ、Y形密封圈Ⅱ分别位于导电滑环的两侧，避免推动导电滑环的钻井液进入导电滑环两侧，影响导电性能。

上述方案中的电池式电机驱动的双速PDC钻头，其特征在于：电池架和外延大钻头设计有安装电池导线和电动机导线的小孔；在电池架安装控制电动机的液压开关的位置，周向均布有四个通液小孔，钻井液通过小孔推动导电滑环，从而连通电池导线和电动机导线给电动机供电。

上述方案中的电池式电机驱动的双速PDC钻头，其特征在于：导流接头上开有周向均布的三个斜孔，钻井液从外延大钻头与导流接头之间的环空，通过斜孔进入导流接头，从而进入中心小钻头，从小钻头喷嘴喷射出来，斜孔有利于降低钻井液的压降。

上述方案中的电池式电机驱动的双速PDC钻头，其特征在于：外延大钻头中间开有通孔，以至于导流接头能够穿过外延大钻头连接中心小钻头；通孔内部设计有装配Y形密封圈Ⅲ的两个凹槽，两个Y形密封圈Ⅲ的开口方向相反，上面的朝上，下面的朝下，起到良好的密封作用，可以避免钻井液从外延大钻头与导流接头之间流出来或者流进去。

上述方案中的电池式电机驱动的双速PDC钻头，其特征在于：电动机与电池架之间设计有大弹簧，装配时电池架对其进行预压紧；当钻压过大时，大弹簧适当收缩，避免压坏内部钻具组合；同时可以吸收震动，避免电动机被震动破坏。

本发明的有益效果是：(1)此电池式电机驱动的双速PDC钻头结构紧凑合理；(2)可以在井下由液压控制电动机的开启与关闭；(3)可以实现外延大钻头与中心小钻头双速钻井功能，提高机械钻速。

附图说明

图1所示为本发明电池式电机驱动的双速PDC钻头的结构示意图。

图2所示为本发明图1中的液压控制开关局部放大示意图。

图3所示为本发明图1中的钻头三维正视图。

图4所示为本发明图1的三维外观示意图。

附图标记说明：1.上接头，2.电池架，3.密封圈，4.电池，5.电池保护盖，6.电池导线，7.小弹簧，8.导电滑环，9.Y形密封圈Ⅰ，10.Y形密封圈Ⅱ，11.电动机导线，12.大弹簧，13.电动机，14.外延大钻头，15.电动机转轴接头，16.导流接头，17.Y形密封圈Ⅲ，18.中心小钻头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

根据附图所示，电池式电机驱动的双速PDC钻头，由上接头(1)，电池架(2)，密封圈(3)，电池(4)，电池保护盖(5)，电池导线(6)，小弹簧(7)，导电滑环(8)，Y形密封圈Ⅰ(9)，Y形密封圈Ⅱ(10)，电动机导线(11)，大弹簧(12)，电动机(13)，外延大钻头(14)，电动机转轴接头(15)，导流接头(16)，Y形密封圈Ⅲ(17)，中心小钻头(18)组成；其特征是：装配顺序为先将Y形密封圈Ⅲ(17)和电动机导线(11)装入外延大钻头(14)；给电动机(13)的转轴装上电动机转轴接头(15)，连接导流接头(16)，整体装入外延大钻头(14)，装入大弹簧(12)；将电池导线(6)、电池(4)、密封圈(3)、电池保护盖(5)依次装入电池架(2)；将小弹簧(7)、Y形密封圈Ⅰ(9)、导电滑环(8)、Y形密封圈Ⅱ(10)依次装在电池架(2)上；将装好的电池架(2)整体通过螺纹与装好的外延大钻头(14)装配在一起；最后装配上接头(1)和中心小钻头(18)，装配完成。

电池式电机驱动的双速PDC钻头工作过程：上接头(1)上端连接钻柱，下钻到钻进位置，钻柱旋转的同时驱动外延大钻头(14)旋转破岩；从钻柱内部打入高压钻井液，钻井液流经电池式电机驱动的双速PDC钻头的上接头(1)、电池架(2)，从电池架(2)内部周向均布的四个通液小孔进入导电滑环(8)一侧的空腔，推动导电滑环(8)移动压缩小弹簧(7)，同时连通电池导线(6)和电动机导线(11)，实现电池(4)给电动机(13)供电，电动机(13)转轴旋转，驱动连接在一起的电动机转轴接头(15)、导流接头(16)、中心小钻头(18)旋转，实现破岩功能；钻井液继续流过电动机(13)，进入外延大钻头(14)与导流接头(16)之间的环空，部分从外延大钻头(14)喷嘴喷射出来，另一部分通过导流接头(16)进入中心小钻头(18)，从中心小钻头(18)喷嘴喷射出来，从而清洗井底，从井筒内携带出来岩屑，进行钻井作业。需要停止钻进时，卸压之后小弹簧(7)回弹，推动导电滑环(8)移动，断开电池导线(6)和电动机导线(11)，停止电池(4)给电动机(13)供电，进而电动机(13)停止驱动中心小钻头(18)旋转。

上述方案中的电池架(2)与外延大钻头(14)螺纹连接处设计有控制电动机(13)的液压开关，该开关由小弹簧(7)、导电滑环(8)、Y形密封圈Ⅰ(9)、Y形密封圈Ⅱ(10)组成；小弹簧(7)安装在导电滑环(8)一端，Y形密封圈Ⅰ(9)、Y形密封圈Ⅱ(10)分别位于导电滑环(8)的两侧，避免推动导电滑环(8)的钻井液进入导电滑环(8)两侧，影响导电性能。

上述方案中的电池架(2)和外延大钻头(14)设计有安装电池导线(6)和电动机导线(11)的小孔；在电池架(2)安装控制电动机(13)的液压开关的位置，周向均布有四个通液小孔，钻井液通过小孔推动导电滑环(8)，从而连通电池导线(6)和电动机导线(11)给电动机(13)供电。

上述方案中的导流接头(16)上开有周向均布的三个斜孔，钻井液从外延大钻头(14)与导流接头(16)之间的环空，通过斜孔进入导流接头(16)，从而进入中心小钻头(18)，从小钻头喷嘴喷射出来，斜孔有利于降低钻井液的压力损失。

电池式电机驱动的双速PDC钻头，外延大钻头(14)中间开有通孔，以至于导流接头(16)能够穿过外延大钻头(14)连接中心小钻头(18)；通孔内部设计有装配Y形密封圈Ⅲ(17)的两个凹槽，两个Y形密封圈Ⅲ(17)的开口方向相反，上面的朝上，下面的朝下，起到良好的密封作用，可以避免钻井液从外延大钻头(14)与导流接头(16)之间流出来或者流进去。

电池式电机驱动的双速PDC钻头，电动机(13)与电池架(2)之间设计有大弹簧(12)，装配时电池架(2)对其进行预压紧；当钻压过大时，大弹簧(12)适当收缩，避免压坏内部钻具组合；同时可以吸收震动，避免电动机(13)被震动破坏。

上述方案中的电池式电机驱动的双速PDC钻头，装配顺序为：先将Y形密封圈Ⅲ17和电动机导线11装入外延大钻头14；给电动机13的转轴装上电动机转轴接头15，连接导流接头16，整体装入外延大钻头14，装入大弹簧12；将电池导线6、电池4、密封圈3、电池保护盖5依次装入电池架2；将小弹簧7、Y形密封圈Ⅰ9、导电滑环8、Y形密封圈Ⅱ10依次装在电池架2上；将装好的电池架2整体通过螺纹与装好的外延大钻头14装配在一起；最后装配上接头1和中心小钻头18，装配完成。

Claims (4)

1.电池式电机驱动的双速PDC钻头，由上接头（1），电池架（2），密封圈（3），电池（4），电池保护盖（5），电池导线（6），小弹簧（7），导电滑环（8），Y形密封圈Ⅰ（9），Y形密封圈Ⅱ（10），电动机导线（11），大弹簧（12），电动机（13），外延大钻头（14），电动机转轴接头（15），导流接头（16），Y形密封圈Ⅲ（17），中心小钻头（18）组成；其特征是：装配顺序为先将Y形密封圈Ⅲ（17）和电动机导线（11）装入外延大钻头（14）；给电动机（13）的转轴装上电动机转轴接头（15），连接导流接头（16），整体装入外延大钻头（14），装入大弹簧（12）；将电池导线（6）、电池（4）、密封圈（3）、电池保护盖（5）依次装入电池架（2）；将小弹簧（7）、Y形密封圈Ⅰ（9）、导电滑环（8）、Y形密封圈Ⅱ（10）依次装在电池架（2）上；将装好的电池架（2）整体通过螺纹与装好的外延大钻头（14）装配在一起；最后装配上接头（1）和中心小钻头（18），装配完成；电池架（2）与外延大钻头（14）螺纹连接处设计有控制电动机（13）的液压开关，该开关由小弹簧（7）、导电滑环（8）、Y形密封圈Ⅰ（9）、Y形密封圈Ⅱ（10）组成；小弹簧（7）安装在导电滑环（8）一端，Y形密封圈Ⅰ（9）、Y形密封圈Ⅱ（10）分别位于导电滑环（8）的两侧，避免推动导电滑环（8）的钻井液进入导电滑环（8）两侧，影响导电性能；外延大钻头（14）中间开有通孔，以至于导流接头（16）能够穿过外延大钻头（14）连接中心小钻头（18）；通孔内部设计有装配Y形密封圈Ⅲ（17）的两个凹槽，两个Y形密封圈Ⅲ（17）的开口方向相反，上面的朝上，下面的朝下，起到良好的密封作用，可以避免钻井液从外延大钻头（14）与导流接头（16）之间流出来或者流进去。

2.根据权利要求1所述的电池式电机驱动的双速PDC钻头，其特征在于：电池架（2）和外延大钻头（14）设计有安装电池导线（6）和电动机导线（11）的小孔；在电池架（2）安装控制电动机（13）的液压开关的位置，周向均布有四个通液小孔，钻井液通过小孔推动导电滑环（8），从而连通电池导线（6）和电动机导线（11）给电动机（13）供电。

3.根据权利要求1所述的电池式电机驱动的双速PDC钻头，其特征在于：导流接头（16）上开有周向均布的三个斜孔，钻井液从外延大钻头（14）与导流接头（16）之间的环空，通过斜孔进入导流接头（16），从而进入中心小钻头（18），从小钻头喷嘴喷射出来，斜孔有利于钻井液的压降。

4.根据权利要求1所述的电池式电机驱动的双速PDC钻头，其特征在于：电动机（13）与电池架（2）之间设计有大弹簧（12），装配时电池架（2）对其进行预压紧；当钻压过大时，大弹簧（12）适当收缩，避免压坏内部钻具组合；同时可以吸收震动，避免电动机（13）被震动破坏。

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