CN115822443B - 一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统及钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统及钻井方法。一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，包含螺杆钻具、钻杆及钻机地表设备，螺杆钻具包括万向轴组件、传动轴组件和调速机构组件；调速机构组件包括行星外壳、行星架和调速壳体，行星架内设置有太阳轮、套设于太阳轮上的行星轮及设置于行星架内且与之抵紧的齿圈，太阳轮、行星轮与齿圈组成行星轮系；万向轴组件包括万向轴壳体和万向轴，传动轴组件包括传动轴壳体和传动轴；调速壳体与传动轴壳体连接，调速机构组件一端与万向轴连接，另一端与传动轴连接，传动轴远离调速机构组件的一端与钻头连接。此结构的螺杆钻具，转速高、寿命长；此钻井方法，可有效提高钻井效率。

Description

一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统及钻井方法

技术领域

本发明涉及石油钻修井领域，特别涉及一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统及钻井方法。

背景技术

由于浅层油气藏开采技术的成熟以及开采所耗费的成本相对较低，因此常规油气资源越来越少、品味越来越低。而目前所发现的大型、特大型油气藏都是深部油气藏、非常规油气藏以及超短半径老井侧钻等。但是我国油气钻井技术和机械在开采深层油气藏时，由于钻井的机械转速较低，因此所耗费的成本较高、工程周期长，导致整个工作过程中的效率较低，因此动力钻具对钻井效率起到决定性的作用。

目前主要使用的钻具是动力钻具驱动PDC钻头旋转钻进，从而达到机械破岩的目的。其中PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact)的简称。研究表明：钻速与钻头转速成正比，转速越大，单位时间能钻头切削岩石的次数越多，随转速增加而提高，PDC钻头机械钻速越高。另外，在一定范围内，钻速与钻压成正比，钻压越大，PDC钻头机械钻速越高。

随着深井、超深井、特殊工艺钻井需求的不断增加，传统的井下动力钻具在可操作性、可靠性和工作环境适应性上已经无法适应当前油气开发工作。井下动力钻具一方面需要低成本地提高钻头的机械转速，来降低钻井成本，另一方面需要增加机械使用寿命来完成钻探工作。

目前，主要使用的动力工具是螺杆钻具，如图1所示，螺杆钻具主要由旁通阀组件6、防掉组件5、马达组件4、传动轴组件3和万向轴组件1组成。其中马达组件4是螺杆钻具的主要部件。

旁通阀组件6由阀体、阀套、阀芯及弹簧等部件组成，在压力作用下阀芯在阀套中滑动，阀芯的运动改变了液体的流向，使得旁通阀组件6有旁通和关闭两个状态：在起、下钻作业过程中，阀套与阀体通孔未闭和，旁通阀组件6处于旁通状态，使钻柱中泥浆绕过马达进入环空；当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时泥浆流经马达，把压力能转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔处于开启位置--处于旁通状态。

马达组件4由定子、转子组成，定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成，其内孔是具有一定几何参数的螺旋；转子是一根有硬层的螺杆。转子与定子相互啮合，用两者的导程差形成螺旋密封腔，以完成能量转换。马达转子的螺旋线有单头和多头之分。转子的头数越多，转速越低；转子的头数越少，转速越高。高转速加速了转子和定子之间的磨损，会使动力泵过早失效，从而缩短了螺杆钻具的使用寿命。

转子头数与定子头数比一般为1：2、3：4、5：6、7：8或是9：10，常用的有5：6和7：8两种，转子头数为奇数，定子的头数比转子的头数大1。在转子螺旋线头数不同而其他设计参数及输入参数相同时，转子螺旋线的头数越少，转速越高，扭矩越小，反之，转子螺旋线的头数越多，转速越低，扭矩越大。

另外，一般螺杆钻具由多级马达组成，每级橡胶马达承受的压差约0.8MPa，否则，马达泄露量会增加，甚至直接击穿，造成螺杆提前失效。马达级数越多，能承受地总压降越大，可以施加的钻压越大。马达级数越多，加工难度和制造成本显著增加。

万向轴组件1的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，即将马达组件4产生的扭矩及转速传递给传动轴组件3至钻头。

传动轴组件3的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。

几者之间的连接关系为：旁通阀组件6的一端与防掉组件5的一端连接；防掉组件5包括防掉短接以及位于防掉短接中的防掉拉杆；马达组件4包括定子和右旋转子，定子包括定子管以及位于定子管内部的右旋螺旋橡胶衬套，右旋转子位于定子管中，右旋转子的一端通过右旋螺纹与防掉拉杆的一端螺纹连接，定子管通过左旋螺纹连接与防掉短接螺纹连接；万向轴组件1包括万向轴壳体以及位于万向轴壳体中的万向轴，万向轴的一端与右旋转子的一端连接，万向轴壳体与定子管连接；传动轴组件3包括传动轴壳体以及位于传动轴壳体中的传动轴，传动轴的一端与万向轴的另一端连接，传动轴的另一端用于与钻头连接。

为了提高螺杆钻具的转速，目前常用的方法有以下几种：一是在不降低螺杆输出扭矩、且控制钻头头数的情况下，加长螺杆长度，但是设计优化困难，加工和质量控制非常难，生产成本显著增加，使用寿命大幅度下降；二是选择单头或者双头动力钻具，提高输出转速，但寿命大幅下降，不能满足钻井作业对寿命的需求。

目前，为了平衡转速和钻压两个参数，一般转子和定子之比为5：6或是7：8时，选择5～7级的螺杆钻具，使用寿命接近300小时；但是在推荐排量下，输出转速仅为150rpm左右。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术中螺杆钻具不能同时实现高转速、低钻压这一技术问题，提供一种在不改变钻头数的情况下实现高转速且利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统及钻井方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，包含螺杆钻具、钻杆以及钻机地表设备，所述螺杆钻具顶端设置有用于连接所述钻机地表设备的所述钻杆，所述螺杆钻具包括万向轴组件和传动轴组件，所述螺杆钻具还包括调速机构组件；

所述调速机构组件包括行星外壳、设置于所述行星外壳内的行星架、以及套设于所述行星外壳上的调速壳体，所述行星架内设置有太阳轮、套设于所述太阳轮上的若干行星轮、以及设置于所述行星架内且与所述行星架内壁抵紧的若干齿圈，所述太阳轮、所述行星轮与所述齿圈组成行星轮系；

所述万向轴组件包括万向轴壳体以及位于所述万向轴壳体中的万向轴，所述传动轴组件包括传动轴壳体以及位于所述传动轴壳体中的传动轴；

所述调速壳体与所述传动轴壳体连接，所述调速机构组件一端与所述万向轴连接、另一端与所述传动轴连接，所述传动轴远离所述调速机构组件的一端与钻头连接。

上述的调速机构组件是以行星架为输入端、太阳轮为输出端。输入端有马达与万向轴直接连接，将马达转速传递给行星架；行星架上有多个行星轮，它们会在旋转驱动力的作用下，和行星架一起，围绕中心太阳轮旋转，共同承担和传递行星架所传递的输入扭矩。

由于行星轮又有另外一侧与行星外壳内壁上的环形内齿圈咬合，促使行星轮自转；同时，与行星轮的咬合作用，促使太阳轮自转，最终，行星轮将沿着与太阳轮旋转相同的方向在环形内齿圈上滚动，形成围绕太阳轮旋转的“公转”运动。从而达到行星架的转速低于太阳轮的转速，即：行星架处转速低于其钻头处的输出转速。

一般来说，在选择5～7级的螺杆钻具，在推荐排量下，输出转速仅为150rpm左右，因此，若是在不改变推荐排量的情况下，输出转速至少可达到150rpm以上，即为高转速，具体数值根据速比确定。速比是螺杆马达驱动侧与钻头输出侧之间的转速比值，称为行星增速机的增速比，它是由环形内齿圈与太阳轮的尺寸（周长或齿数）之比决定的。一般情况下，具有单级减速齿轮组的行星减速机速比通常在3~10之间；速比超过10以上的行星增速机，需要使用两级或两级以上的行星齿轮组增速。若是其速比为3，那么输出的转速可达到450rpm。

本发明的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，相较于已有技术中，在控制钻头头数的情况下提高转速时必须加长螺杆长度，致使螺杆钻具使用寿命大幅度下降而言，本发明的高转速螺杆钻具系统，是在控制钻头头数的情况下，提高转速且寿命较长的一种螺杆钻具，通过增设调速机构组件，依靠调速机构组件内设置的行星架、行星轮以及太阳轮之间的啮合关系，在马达转速不改变、钻头数量不变的情况下，太阳轮转速增大，太阳轮转速再通过传动轴传递至钻头，也就是负载侧，从而达到高转速输出的目的。此种利于延长寿命的高转速螺杆钻具，结构简单、操作方便、加工过程质量可控，且转速高、寿命长。

优选地，所述调速机构组件还包括上接头和下接头；所述上接头一端与所述行星架连接、另一端与所述万向轴连接，所述下接头与所述传动轴连接；所述行星架两端分别设置有上水帽以及下水帽，所述上水帽设置于所述上接头与所述行星架连接处，所述下水帽设置于所述下接头与所述传动轴连接处。

由于整个所述调速机构组件是为了达到增速的目的，所述行星架必然是设置在输入端，且与所述万向轴相近的位置。因此，所述上接头是为了连接所述万向轴与所述行星架；所述下接头连接所述传动轴与所述太阳轮。所述上接头与所述行星架连接处，外周设置有所述上水帽；所述下接头与所述传动轴连接处，外周设置有所述下水帽。

优选地，所述上接头与所述万向轴连接的一端设置有螺纹，所述上接头与所述万向轴螺纹连接；所述下接头与所述传动轴连接的一端设置有螺纹，所述下接头上设置有孔结构一、若干凹槽一以及斜孔；所述孔结构一与所述凹槽一通过所述斜孔连通。

设置顺次连通的所述凹槽一、所述斜孔以及所述孔结构一，则钻井液可沿着设置于所述调速机构组件内的流道，顺利通过连通的所述凹槽一、所述斜孔以及所述孔结构一，并从钻头喷射出来。

优选地，所述上水帽和所述下水帽上均设置有通孔，所述通孔有效流通面积大于所述钻杆最小内孔有效流通面积。

所述钻头在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时还需要循环钻井液以清洁井底，连续钻进，从而提高效率。因此需要使用设备将钻井流体向下循环到钻头，通过所述钻头和其他设备共同作用形成环空向上循环。

在实际的操作过程中，钻井泵是整个循环的心脏，当所述钻杆等中心孔有效流通面积越小，流动阻力越大；因此，应当尽最大可能的充分利用钻具的空间，把内孔做大，如钻杆，两端为了保证螺纹接头的强度，其最小内孔孔径较小，钻杆的中间部分内孔孔径在满足强度要求条件下，孔径尽可能最大。

为了减少流动阻力，让钻井液顺利通过动力钻具的调速机构组件，因此在所述上水帽和所述下水帽通过钻井液的地方需要设置通孔，其通孔孔径至少与所述钻杆最小内孔有效流通面积相同。

优选地，所述行星架内设置有若干齿轮槽，所述齿轮槽用于安装所述行星轮。

优选地，沿所述调速机构组件长度方向布置有若干组所述齿轮槽，每组所述齿轮槽环形分布于所述行星架周侧，相邻两组所述齿轮槽错位分布。

错位布置的所述齿轮槽，用于增加整个所述调速机构总成的强度；所谓错位布置，也就是说，沿所述调速机构组件长度方向相邻的两个所述齿轮槽，不位于同一条直线上。

优选地，所述行星外壳与所述调速壳体之间设置有间隙，所述间隙的环空有效流通面积大于所述钻杆的最小内孔有效流通面积。

在钻井液通过所述行星外壳与所述调速壳体之间设置的间隙时，为了循环钻井流体，减少流动阻力，应当尽可能的把钻具的最小内孔孔径做大。因此所述间隙的环空有效流通面积至少要与所述钻杆的最小内孔有效流通面积相同。

优选地，所述太阳轮上设置有若干排齿轮，所述齿轮的形式为人字型齿。

所述齿轮上采用人字型齿，是由于人字型齿可以平衡轴向推力。

优选地，所述行星架朝向所述传动轴组件的一端上设置有凹槽二，所述凹槽二为滚珠轴承沟槽。

所述凹槽二设置为滚珠轴承沟槽，滚珠轴承沟槽可以限制所述太阳轮的轴向移动。

一种钻井方法，采用上述的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，其钻井方法步骤包括：

S1：组装钻井设备；

将钻机地表设备、钻杆、螺杆钻具与钻头顺次连接固定；

S2：开动钻井泵，启动所述螺杆钻具；

S3：增加钻压；

缓慢增加钻压，马达组件扭矩增加，立杆压力表压值升高，保持马达组件转速稳定，钻压稳定，立杆压力表读数限制于阈值范围；

S4：稳定钻压，提高转速到最大值；

马达组件中转子旋转，从而定子通过万向轴组件传动至调速机构组件，提高转速，所述调速机构组件通过传动轴组件，驱动钻头，实现提速；

S5：钻井结束，拆除设备。

本发明的一种钻井方法，采用了一种高转速、低钻压且利于延长寿命的螺杆钻具系统，因此，此种钻井方法，可有效提高钻井效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，是在控制钻头头数的情况下，提高转速且寿命较长的一种螺杆钻具，此种利于延长寿命的高转速螺杆钻具，结构简单、操作方便、加工过程质量可控，且转速高、寿命长。

2、本发明的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，将调速机构组件应用于螺杆钻具，同时结合钻井仪器的使用特性，在调速机构组件上设置了环空面积不小于钻杆最小内径流通面积的间隙以及通孔，从而确保了整个螺杆钻具的使用效果。

3、本发明的一种钻井方法，采用了一种高转速、低钻压且利于延长寿命螺杆钻具，可有效提高钻井效率。

附图说明

图1为现有螺杆钻具结构示意图；

图2为本发明利于延长寿命的高转速螺杆钻具结构示意图；

图3为本发明利于延长寿命的高转速螺杆钻具调速机构组件结构示意图；

图4为本发明利于延长寿命的高转速螺杆钻具行星外壳结构示意图；

图5为本发明螺杆钻具中调速机构啮合原理结构示意图；

图6为本发明利于延长寿命的高转速螺杆钻具行星架结构示意图；

图7为本发明利于延长寿命的高转速螺杆钻具太阳轮结构示意图；

图8为本发明钻井方法钻井设备结构示意图；

图9为本发明钻井方法钻井设备中钻杆结构示意图；

图10为本发明钻井方法与常规钻井方法效果对比示意图。

图中标记：100-螺杆钻具，1-万向轴组件，11-万向轴壳体，12-万向轴，200-钻杆，2-调速机构组件，21-行星架，211-太阳轮，2111-齿轮，212-行星轮，213-齿圈，214-上水帽，215-下水帽，216-通孔，217-齿轮槽，219-凹槽二，22-行星外壳，23-调速壳体，24-上接头，25-下接头，251-孔结构一，252-凹槽一，253-斜孔，26-间隙，300-钻机地表设备，3-传动轴组件，31-传动轴壳体，32-传动轴，4-马达组件，41-定子，5-防掉组件，6-旁通阀组件。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本发明的利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，是在现有螺杆钻具的基础上，增加调速机构组件2，从而延长寿命、提高转速的一种螺杆钻具100。

上述的利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，包含螺杆钻具100、钻杆200以及钻机地表设备300，钻杆200连接钻机地表设备300与螺杆钻具100。如图1所示，目前已有的螺杆钻具是由旁通阀组件6、防掉组件5、马达组件4、万向轴组件1和传动轴组件3组成。本发明的螺杆钻具100，如图2所示，是在万向轴组件1和传动轴组件3之间增设了调速机构组件2。

调速机构组件2的原理是以行星架21为输入端，太阳轮211为输出端。输入端有马达组件4与万向轴12直接连接，并将较大转速传递给行星架21；行星架21上有多个行星轮212，它们会在旋转驱动力的作用下，和行星架21一起，围绕中心太阳轮211旋转，共同承担和传递行星架21所传递的输入扭矩。

由于行星轮212又有另外一侧与行星外壳22内壁上的环形内齿圈213咬合，促使行星轮212自转；同时，与行星轮212的咬合作用，促使太阳轮211自转，最终，行星轮212将沿着与太阳轮211旋转相同的方向在环形内齿圈213上滚动，形成围绕太阳轮211旋转的“公转”运动。从而达到行星架21的转速低于太阳轮211的转速，即：行星架21处转速低于其钻头处的输出转速，从而实现提速。

调速机构组件2和万向轴组件1以及传动轴组件3的连接，是通过轴和壳的关系，分别进行连接。万向轴组件1包括万向轴壳体11以及位于万向轴壳体11中的万向轴12，传动轴组件3包括传动轴壳体31以及位于传动轴壳体31中的传动轴32；调速壳体23与传动轴壳体31连接，调速机构组件2一端与万向轴12连接，另一端与传动轴32连接，传动轴32远离调速机构组件2的一端与钻头连接。

若是设置的行星轮212为两排时，如图3所示，调速机构组件2的结构，主要包括调速壳体23、上接头24、上支撑套、上水帽214、上隔套、上外齿圈213、中间隔套、下外齿圈213、下隔套、下水帽215、下支撑套、联轴器、行星架21、轴承、上排行星轮212、下排行星轮212、滚珠、太阳轮211和下接头25，上接头24与行星架21通过联轴器连接；如图4所示，上支撑套、上水帽214、上隔套、上外齿圈213、中间隔套、下外齿圈213、下隔套、下水帽215和下支撑套依次接触连接组成行星外壳22，并设置在调速机构组件2的调速壳体23内；行星架21通过两端设置的轴承固定在行星外壳22内；如图5所示，行星架21内设置了若干排行星轮212；太阳轮211设置在行星架21内，与行星架21上设置的行星轮212和齿圈213组成行星轮系，实现传动。

若是设置的行星轮212数量有变化，那么部分零件的数量随之发生变化，适应性调整即可。

针对行星增速机构的结构，在设置过程中，根据调速机构组件2提速原理，行星架21必然是设置在输入端，且与万向轴12相近的位置。因此，需要设置上接头24连接万向轴12与行星架21；设置下接头25连接传动轴32与太阳轮211。

使用上接头24和下接头25作为连接端，其连接方式主要是螺纹连接。二者的形式为：上接头24与万向轴12连接的一端为螺纹，与行星架21连接的一端则为外花键；下接头25与传动轴32连接的一端为螺纹，另一端为外花键。

同时，行星外壳22内设置的行星架21，如图6-图7所示，行星架21内设置有若干齿轮槽217，齿轮槽217用于安装行星轮212。为了增加整个调速机构组件2的强度，错位布置所有齿轮槽217，所谓的错位布置，也就是说，若是齿轮槽217仅仅设置有两组，那么每组齿轮槽217均环向布置于行星架21上，同时，沿调速机构组件2长度方向相邻的两个齿轮槽217，不位于同一条直线上。

设置的行星架21内的太阳轮211，为了限制其轴向移动，在行星架21末端内部设置有凹槽二219，凹槽二219处设置轴承进行限制，其中凹槽二219为滚珠轴承沟槽，轴承沟槽处可设置多组轴承，相较于单一轴承设置，此种轴承沟槽可有效防止设置的轴承失效，且加工较为容易。由于太阳轮211受到的荷载较大，因此，为了平衡轴向推力，将太阳轮211上设置的若干排齿轮2111，其齿型均设置为人字形齿轮2111。

将整个调速机构组件2与原有的螺杆钻具结合后，如图8所示，所得到的螺杆钻具100，与其余设备组合形成完整的钻井设备。在钻井过程中，通过钻头的旋转对井底岩石进行破碎，同时还需要循环钻井液以清洁井底，连续钻进，从而提高效率。因此需要使用将钻井流体向下循环到钻头，通过钻头和其他设备共同作用形成环空向上循环。

如图9所示，钻杆200是连接井口高压软管、泥浆泵、井下螺杆钻具100以及钻头的装置，通过钻杆200将钻井液输送到井下，为螺杆钻具100提供动力，将钻井液液压能转换为钻头旋转的机械能，从而实现旋转钻井；当钻杆200等中心孔有效流通面积越小，流动阻力越大；因此，应当尽最大可能的充分利用螺杆钻具100的空间，把内孔做大，如钻杆200，两端为了保证螺纹接头的强度，孔径D1较小，钻杆200的中间部分内孔孔径在满足强度要求条件下，孔径D2尽可能最大。

因此，在设置调速机构组件2时，需要满足以下三点：

第一，行星外壳22与调速壳体23之间设置的间隙26，其环空有效流通面积应当大于钻杆200的最小内孔有效流通面积；

在钻井液通过行星外壳22与调速壳体23之间设置的间隙26时，为了循环钻井流体，减少流动阻力，应当尽可能的把钻具的最小内孔孔径D1做大。因此间隙26的环空有效流通面积至少要与钻杆200的最小内孔有效流通面积相同。

第二，设置在整个调速机构组件2中用于隔绝泥沙的上水帽214和下水帽215处，应当设置有效流通面积大于钻杆200最小内孔有效流通面积的通孔216；

为了减少流动阻力，让钻井液顺利通过螺杆钻具100的调速机构组件2，因此所设置的通孔216，其孔径至少与钻杆200最小内孔的有效流通面积相同。

第三，为了使钻井液与底部机械连通，在下接头25中间设置有孔结构一251、外部设置有若干凹槽一252；有若干斜孔253一端与孔结构一251连通，另一端与凹槽一252连通；

设置顺次连通的凹槽一252、斜孔253以及孔结构一251，则钻井液可沿着设置于调速机构组件2内的流道，顺利通过连通的凹槽一252、斜孔253以及孔结构一251，并从钻头喷射出来。

本实施例的有益效果：本发明的螺杆钻具100，通过增设调速机构组件2，依靠调速机构组件2内设置的行星架21、行星轮212以及太阳轮211之间的啮合关系，在马达组件4转速不改变、钻头数量不变的情况下，增大传动轴32转速，从而达到高转速的目的；同时，将调速机构组件2应用于螺杆钻具100，结合钻井仪器的使用特性，在调速机构组件2上设置了环空面积不小于钻杆200最小内径流通面积的间隙26以及通孔216，此种结构的螺杆钻具100，结构简单、操作方便、加工过程质量可控，且转速高、寿命长。

实施例2

一种钻井方法，使用实施例1的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，具体步骤包括：

S1：组装钻井设备；

将钻机地表设备300、钻杆200、螺杆钻具100与钻头顺次连接固定，将螺杆钻具100下到距离井底0.3～0.4m处；

S2：开动钻井泵，启动螺杆钻具100；

S3：增加钻压；

缓慢增加钻压，马达组件4扭矩增加，立杆压力表压值升高，保持马达组件4转速稳定，钻压稳定，立杆压力表读数限制于阈值范围；

工作量较大时，为了既提高机械钻速，且提高钻头使用寿命，以减少起、下钻次数。在机械钻速达到预期的提速指标后，保持钻压不变，以保护钻头，提高钻头进尺的方式来提高转速；

工作量较低时，不需要保护钻头，可以继续增加钻压，达到推荐钻压的最大值，可在原本的基础上更进一步提高机械钻速；

S4：稳定钻压，提高转速到最大值；

开动钻井泵，启动井下的螺杆钻具100。钻井液流经旁通阀组件6，进入马达组件4的定子41和转子之间，并驱动转子旋转，从而定子41通过万向轴组件1传动至调速机构组件2，将速度提高多倍，调速机构组件2通过传动轴组件3，驱动钻头，实现提速；

如图10所示，根据切削深度、转速和钻速关系可知，在钻井过程中，通过螺杆钻具100提高转速，在相同的机械转速下，钻头切入地层的深度从0.02in降低到0.01in以下，而钻头的转速从200rpm提高到1000rpm，与常规大钻压低钻速钻井方法相比，新方法的机械钻速在切削深度一致时，提高了5倍，钻头使用寿命提高一倍。

S5：钻井结束，拆除设备。

本实施例的有益效果：本发明的一种钻井方法，采用了一种高转速、低钻压，且利于延长寿命的螺杆钻具100，可有效提高钻井效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，包含螺杆钻具(100)、钻杆(200)以及钻机地表设备(300)，所述螺杆钻具(100)顶端设置有用于连接所述钻机地表设备(300)的所述钻杆(200)，所述螺杆钻具(100)包括万向轴组件(1)和传动轴组件(3)，其特征在于，所述螺杆钻具(100)还包括调速机构组件(2)；

所述调速机构组件(2)包括行星外壳(22)、设置于所述行星外壳(22)内的行星架(21)、以及套设于所述行星外壳(22)上的调速壳体(23)，所述行星架(21)内设置有太阳轮(211)、套设于所述太阳轮(211)上的若干行星轮(212)、以及设置于所述行星架(21)内且与所述行星架(21)内壁抵紧的若干齿圈(213)，所述太阳轮(211)、所述行星轮(212)与所述齿圈(213)组成行星轮系；

所述万向轴组件(1)包括万向轴壳体(11)以及位于所述万向轴壳体(11)中的万向轴(12)，所述传动轴组件(3)包括传动轴壳体(31)以及位于所述传动轴壳体(31)中的传动轴(32)；

所述调速壳体(23)与所述传动轴壳体(31)连接，所述调速机构组件(2)一端与所述万向轴(12)连接、另一端与所述传动轴(32)连接，所述传动轴(32)远离所述调速机构组件(2)的一端与钻头连接；

所述调速机构组件(2)还包括上接头(24)和下接头(25)；

所述上接头(24)一端与所述行星架(21)连接、另一端与所述万向轴(12)连接，所述下接头(25)与所述传动轴(32)连接；

所述行星架(21)两端分别设置有上水帽(214)以及下水帽(215)，所述上水帽(214)设置于所述上接头(24)与所述行星架(21)连接处，所述下水帽(215)设置于所述下接头(25)与所述传动轴(32)连接处；

所述下接头(25)与所述传动轴(32)连接的一端设置有螺纹，所述下接头(25)上设置有孔结构一(251)、若干凹槽一(252)以及斜孔(253)；

所述孔结构一(251)与所述凹槽一(252)通过所述斜孔(253)连通；

所述上水帽(214)和所述下水帽(215)上均设置有通孔(216)，所述通孔(216)有效流通面积大于所述钻杆(200)最小内孔有效流通面积；

所述行星外壳(22)与所述调速壳体(23)之间设置有间隙(26)，所述间隙(26)的环空有效流通面积大于所述钻杆(200)的最小内孔有效流通面积。

2.根据权利要求1所述的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，其特征在于，所述上接头(24)与所述万向轴(12)连接的一端设置有螺纹，所述上接头(24)与所述万向轴(12)螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，其特征在于，所述行星架(21)内设置有若干齿轮槽(217)，所述齿轮槽(217)用于安装所述行星轮(212)。

4.根据权利要求3所述的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，其特征在于，沿所述调速机构组件(2)长度方向布置有若干组所述齿轮槽(217)，每组所述齿轮槽(217)环形分布于所述行星架(21)周侧，相邻两组所述齿轮槽(217)错位分布。

5.根据权利要求1所述的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，其特征在于，所述太阳轮(211)上设置有若干排齿轮(2111)，所述齿轮(2111)的形式为人字型齿。

6.根据权利要求1所述的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，其特征在于，所述行星架(21)朝向所述传动轴组件(3)的一端上设置有凹槽二(219)，所述凹槽二(219)为轴承沟槽。

7.一种钻井方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的一种利于延长寿命的高转速螺杆钻具系统，其钻井方法步骤包括：

S1：组装钻井设备；

将钻机地表设备(300)、钻杆(200)、螺杆钻具(100)与钻头顺次连接固定；

S2：开动钻井泵，启动所述螺杆钻具(100)；

S3：增加钻压；

缓慢增加钻压，马达组件(4)扭矩增加，立杆压力表压值升高，保持马达组件(4)转速稳定，钻压稳定，立杆压力表读数限制于阈值范围；

S4：稳定钻压，提高转速到最大值；

马达组件(4)中转子旋转，从而定子(41)通过万向轴组件(1)传动至调速机构组件(2)，提高转速，所述调速机构组件(2)通过传动轴组件(3)，驱动钻头，实现提速；

S5：钻井结束，拆除设备。

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