CN109989707A - 基于涡轮发电式电机驱动的双速pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头。主要包括上接头,涡轮轴上定位块,大钢珠,涡轮叶片,发电机,大弹簧,外延大钻头,电动机,电动机转轴接头,中心小钻头等;装配顺序为先将电动机转轴接头、导流接头装好,随电动机装入装好Y形密封圈的外延大钻头,装配中心小钻头和大弹簧;给涡轮轴下定位块装上小钢珠再与涡轮轴装配,再装配发电机和涡轮叶片,一起装入涡轮外壳,依次装配大钢珠、涡轮轴上定位块、上接头;两部分组装在一起,装配完成。本发明通过钻井液驱动涡轮进行井下发电,可以实现电动机驱动中心小钻头,钻柱驱动外延大钻头的双速钻井的特点,可有效提高机械钻速。
Description
技术领域
本发明属于石油和天然气钻采技术领域,具体涉及一种基于涡轮发电式电机驱动的双速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,本发明的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,能够利用涡轮驱动发电机发电,进而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背景技术中传统PDC钻头在破岩过程中井眼心部的切削齿运动速度低,最中心甚至为零,切削效率低,导致机械钻速不高的问题,提出了一种基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头。
本发明的技术方案是:基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,由上接头,涡轮轴上定位块,大钢珠,涡轮外壳,涡轮叶片,涡轮轴,小钢珠,涡轮轴下定位块,发电机,大弹簧,外延大钻头,电动机,电动机转轴接头,导流接头,Y形密封圈,中心小钻头组成;其特征是:装配顺序为先将电动机转轴接头装在电动机转轴上,将导流接头装在电动机转轴接头上,将上述整体装入装有Y形密封圈的外延大钻头内部;装配中心小钻头和大弹簧;将涡轮叶片装配在涡轮轴上,在涡轮轴下定位块凹槽处装上小钢珠与涡轮轴装配在一起,再装配发电机,将整体装入涡轮外壳,依次装入大钢珠、涡轮轴上定位块,通过螺纹连接上接头;整体与外延大钻头通过螺纹连接在一起,装配完成。
上述方案中的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其特征在于:涡轮轴下定位块和涡轮轴上有凹槽,在两者凹槽间装入小钢珠;工作时,涡轮轴驱动发电机转轴旋转发电,降低涡轮轴下定位块与涡轮轴之间的摩擦阻力;涡轮轴上端与涡轮轴上定位块上有凹坑,在两者凹坑之间装上大钢珠;工作时,涡轮轴驱动发电机转轴旋转发电,降低涡轮轴上定位块与涡轮轴之间的摩擦阻力。
上述方案中的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其特征在于:外延大钻头与导流接头之间设计有两个Y形密封圈,两个Y形密封圈的开口方向相反,上面的朝上,下面的朝下;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。
上述方案中的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其特征在于:涡轮轴上定位块、涡轮轴下定位块开有过流通道;钻井液能够通过涡轮轴上定位块推动涡轮叶片,进而驱动涡轮轴旋转;之后,钻井液能够通过涡轮轴下定位块,一部分从外延大钻头的喷嘴喷射出来,另一部分通过导流接头进入中心小钻头,从中心小钻头的喷嘴喷射出来。
上述方案中的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其特征在于:电动机与涡轮外壳之间设计有大弹簧,装配时涡轮外壳对其进行预压紧;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。
上述方案中的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其特征在于:外延大钻头内部设计有电动机,由钻井液推动涡轮叶片,带动涡轮轴,驱动发电机发电,为电动机驱动中心小钻头提供所需电源。
本发明的有益效果是:(1)此基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头结构紧凑合理;(2)可以利用涡轮驱动发电机实现井下发电的功能;(3)可以实现电动机驱动中心小钻头,钻柱驱动外延大钻头以不同速度破岩。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述,其中:
图1所示为本发明基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头的结构示意图。
图2所示为本发明图1中的导流接头三维图。
图3所示为本发明图1中的内部电动机驱动装配模型图。
图4所示为本发明图1中的涡轮轴上定位块三维图。
附图标记说明:1.上接头,2.涡轮轴上定位块,3.大钢珠,4.涡轮外壳,5.涡轮叶片,6.涡轮轴,7.小钢珠,8.涡轮轴下定位块,9.发电机,10.大弹簧,11.外延大钻头,12.电动机,13.电动机转轴接头,14.导流接头,15.Y形密封圈,16.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,基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,由上接头(1),涡轮轴上定位块(2),大钢珠(3),涡轮外壳(4),涡轮叶片(5),涡轮轴(6),小钢珠(7),涡轮轴下定位块(8),发电机(9),大弹簧(10),外延大钻头(11),电动机(12),电动机转轴接头(13),导流接头(14),Y形密封圈(15),中心小钻头(16)组成;其特征是:装配顺序为先将电动机转轴接头(13)装在电动机(12)转轴上,将导流接头(14)装在电动机转轴接头(13)上,将上述整体装入装有Y形密封圈(15)的外延大钻头(11)内部;装配中心小钻头(16)和大弹簧(10);将涡轮叶片(5)装配在涡轮轴(6)上,在涡轮轴下定位块(8)凹槽处装上小钢珠(7)与涡轮轴(6)装配在一起,再装配发电机(9),将整体装入涡轮外壳(4),依次装入大钢珠(3)、涡轮轴上定位块(2),通过螺纹连接上接头(1);整体与外延大钻头(11)通过螺纹连接在一起,装配完成。
基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头工作过程:上接头(1)上端连接钻柱,钻柱旋转的同时驱动外延大钻头(11)旋转破岩;从钻柱内部打入高压钻井液,钻井液通过基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头的上接头(1),流过涡轮轴上定位块(2)推动涡轮叶片(5),进而驱动涡轮轴(6)转动;由于涡轮轴(6)与发电机(9)相连,进而驱动发电机(9)发电,进而为电动机(12)提供所需电源,电动机(12)转轴旋转,驱动连接在一起的电动机转轴接头(13)、导流接头(14)、中心小钻头(16)旋转,实现破岩功能;钻井液依次流过涡轮轴下定位块(8)、发电机(9)、电动机(12),进入外延大钻头(11)与导流接头(14)之间的环空,部分从外延大钻头(11)喷嘴喷射出来,另一部分通过导流接头(14)进入中心小钻头(16),从中心小钻头(16)的喷嘴喷射出来,从而清洗井底,从井筒内携带出来岩屑,进行钻井作业。
上述方案中的导流接头(14)上开有环向均布的三个斜孔,钻井液从外延大钻头(11)与导流接头(14)之间的环空,通过斜孔进入导流接头(14),从而进入中心小钻头(16),钻进时从中心小钻头(16)的喷嘴喷出,斜孔有利于降低钻井液的压降。
上述方案中的涡轮轴下定位块(8)和涡轮轴(6)上有凹槽,在两者凹槽间装入小钢珠(7);工作时,涡轮轴(6)驱动发电机(9)转轴旋转发电,降低涡轮轴下定位块(8)与涡轮轴(6)之间的摩擦阻力;涡轮轴(6)上端与涡轮轴上定位块(2)上有凹坑,在两者凹坑之间装上大钢珠(3);工作时,涡轮轴(6)驱动发电机(9)转轴旋转发电,降低涡轮轴上定位块(2)与涡轮轴(6)之间的摩擦阻力。
基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其外延大钻头(11)与导流接头(14)之间设计有两个Y形密封圈(15),两个Y形密封圈(15)的开口方向相反,上面的朝上,下面的朝下;可以避免钻井液从外延大钻头(11)与导流接头(14)之间流出来或者流进去。
基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其外延大钻头(11)内部设计有电动机(12),由钻井液推动涡轮叶片(5),带动涡轮轴(6),驱动发电机(9)发电,为电动机(12)驱动中心小钻头(16)提供所需电源;电动机(12)与涡轮外壳(4)之间设计有大弹簧(10),装配时涡轮外壳(4)对其进行预压紧;当钻压过大时,大弹簧(10)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(12)被震动破坏。
上述方案中的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,装配顺序为:先将电动机转轴接头13装在电动机12转轴上,将导流接头14装在电动机转轴接头13上,将上述整体装入装有Y形密封圈15的外延大钻头11内部;装配中心小钻头16和大弹簧10;将涡轮叶片5装配在涡轮轴6上,在涡轮轴下定位块8凹槽处装上小钢珠7与涡轮轴6装配在一起,再装配发电机9,将整体装入涡轮外壳4,依次装入大钢珠3、涡轮轴上定位块2,通过螺纹连接上接头1;整体与外延大钻头11通过螺纹连接在一起,装配完成。
Claims (6)
1.基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,由上接头(1),涡轮轴上定位块(2),大钢珠(3),涡轮外壳(4),涡轮叶片(5),涡轮轴(6),小钢珠(7),涡轮轴下定位块(8),发电机(9),大弹簧(10),外延大钻头(11),电动机(12),电动机转轴接头(13),导流接头(14),Y形密封圈(15),中心小钻头(16)组成;其特征是:装配顺序为先将电动机转轴接头(13)装在电动机(12)转轴上,将导流接头(14)装在电动机转轴接头(13)上,将上述整体装入装有Y形密封圈(15)的外延大钻头(11)内部;装配中心小钻头(16)和大弹簧(10);将涡轮叶片(5)装配在涡轮轴(6)上,在涡轮轴下定位块(8)凹槽处装上小钢珠(7)与涡轮轴(6)装配在一起,再装配发电机(9),将整体装入涡轮外壳(4),依次装入大钢珠(3)、涡轮轴上定位块(2),通过螺纹连接上接头(1);整体与外延大钻头(11)通过螺纹连接在一起,装配完成。
2.根据权利要求1所述的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其特征在于:涡轮轴下定位块(8)和涡轮轴(6)上有凹槽,在两者凹槽间装入小钢珠(7);工作时,涡轮轴(6)驱动发电机(9)转轴旋转发电,降低涡轮轴下定位块(8)与涡轮轴(6)之间的摩擦阻力;涡轮轴(6)上端与涡轮轴上定位块(2)上有凹坑,在两者凹坑之间装上大钢珠(3);工作时,涡轮轴(6)驱动发电机(9)转轴旋转发电,降低涡轮轴上定位块(2)与涡轮轴(6)之间的摩擦阻力。
3.根据权利要求1所述的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其特征在于:外延大钻头(11)与导流接头(14)之间设计有两个Y形密封圈(15),两个Y形密封圈(15)的开口方向相反,上面的朝上,下面的朝下;可以避免钻井液从外延大钻头(11)与导流接头(14)之间流出来或者流进去。
4.根据权利要求1所述的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其特征在于:涡轮轴上定位块(2)、涡轮轴下定位块(8)开有过流通道;钻井液能够通过涡轮轴上定位块(2)推动涡轮叶片(5),进而驱动涡轮轴(6)旋转;之后,钻井液到导流接头(14)与外延大钻头(11)之间的环空,一部分从外延大钻头(11)的喷嘴喷射出来,另一部分通过导流接头(14)进入中心小钻头(16),从中心小钻头(16)的喷嘴喷射出来。
5.根据权利要求1所述的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其特征在于:电动机(12)与涡轮外壳(4)之间设计有大弹簧(10),装配时涡轮外壳(4)对其进行预压紧;当钻压过大时,大弹簧(10)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(12)被震动破坏。
6.根据权利要求1所述的基于涡轮发电式电机驱动的双速PDC钻头,其特征在于:外延大钻头(11)内部设计有电动机(12),由钻井液推动涡轮叶片(5),带动涡轮轴(6),驱动发电机(9)发电,为电动机(12)驱动中心小钻头(16)提供所需电源。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190709 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |