CN201265360Y - 钻井高压连续液流喷射钻具 - Google Patents
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Abstract
一种钻井高压连续液流喷射钻具，钻杆(A)中依次连接过滤筛管(B)、多级涡轮马达轴承箱(C)、过滤网(D)、多级涡轮马达(E)、密封用旋流泵(F)、多级高压离心泵(G)、多级高压离心泵轴承箱(H)、设有高压射流喷嘴(j)和低压射流喷嘴(k)的钻头(I)。钻井液进入钻杆(A)分成2路，1路驱动多级涡轮马达(E)产生动力，另1路通过多级涡轮马达(E)空心轴进入多级高压离心泵(G)，增压后进入钻头(I)的高压腔(i)，从喷嘴(j)射入地层。从多级涡轮马达(E)出口的钻井液分成2路，1路进入密封用旋流泵(F)，另1路经钻杆(A)内壁的环空流道进入钻头(I)的低压腔(h)，从喷嘴(k)射向地层。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种钻井高压连续液流喷射钻具，尤其是能提高钻井速度的钻具。
背景技术
在地球钻探钻井领域里所使用的钻具，往往采用PDC钻头或牙轮钻头，安装在钻杆下端头，在钻杆旋转和重力的作用下，钻进地层。同时，在中空的钻杆里的钻井液以大约2~5Mpa的压力从钻头的切削齿间或牙轮间的喷嘴射向地层。当钻井液返回地面时，把破碎的岩屑携出地层。但是2~5Mpa的液流喷射清除岩屑的效果很不好，钻头的切削齿有一部分是在未清除的钻屑上划过而未钻去新岩石，限制了钻井速度。
中国实用新型专利ZL96207357.1公开了一种超高压井下脉冲射流增压器，其设有两级涡轮增压逐动的钻具，在涡轮钻具下面有一个用于增压的液压缸。钻井液经涡轮进入液压缸增压到100~200Mpa从喷嘴喷射出脉动的超高压射流破岩。这种脉冲射流增压器不能提供连续的射流，因此，破岩效率低。由于液压缸采用间隙密封，要求钻井液中所含钻屑的粒径非常小，在目前所使用的钻井液过滤设备不能达到要求时，这种超高压井下脉冲射流增压器很快磨损失效。
中国专利申请CN89101781.X公开了一种钻杆内的增压装置，由涡轮组成。这种增压装置不能提供具有足够压力的破岩射流。
美国专利US4,819,745公开了一种钻杆中脉冲射流装置，这种装置包括涡轮装置和一个换向阀，涡轮出口的液流经换向阀时，在换向阀的开闭作用下形成脉冲射流。这种装置也不能提供连续流态的高压破岩射流。
中国专利申请CN00250432.4公开了一种以涡轮为动力的井下高压喷射钻具。其设置有一提高离心泵转速的增速箱，以增加钻井液的喷射压力。该钻具虽能提供连续的高压射流，但其破岩效率不高，并且磨损严重。
发明内容
为了克服现有的钻具钻井速度低或寿命短的不足，本实用新型提供一种高压连续流喷射破岩、清岩和钻头破岩的联合破岩钻具，达到提高钻井速度的目的。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在常规钻头钻井破岩的基础上增加了高压连续液流喷射破岩、清岩。
本实用新型的有益效果是，可以在钻井的同时，提高钻井速度。
附图说明
图1是整体结构图。
图2是钻井液流图。
图1中，钻杆(A)、过滤筛管(B)、多级涡轮马达轴承箱(C)、过滤网(D)、多级涡轮马达(E)、密封用旋流泵(F)、多级高压离心泵(G)、多级高压离心泵轴承箱(H)、设有高压射流喷嘴(j)和低压射流喷嘴(k)的钻头(I)。
图2中，钻井液由地面供液设备以大约5~8Mpa的压力进入中空的钻杆(A)里，经过滤筛管(B)过滤后分成2路，1路有80％的钻井液驱动多级涡轮马达(E)产生旋转动力，带动同轴的密封用旋流泵(F)和多级高压离心泵(G)旋转，另1路20％的钻井液经过滤网(D)过滤后通过多级涡轮马达空心轴的空腔进入多级高压离心泵(G)的进口，经过多级高压离心泵(G)增压到20~40Mpa通过连接管进入钻头的高压腔(i)，从钻头的高压射流喷嘴(j)射入地层。由多级涡轮马达出口流出大约2Mpa的钻井液分成2路，1路进入密封用旋流泵(F)的进口，另1路经钻杆(A)内壁与密封用旋流泵(F)和多级高压离心泵(G)的外壳之间的环空流道进入钻头(I)的低压腔(h)，从钻头的低压射流喷嘴(k)射向地层。
具体实施方式
在中空的钻杆(A)里由上往下依次联接安装过滤筛管(B)、涡轮马达轴承箱(C)、过滤网(D)、多级涡轮马达(E)、密封用旋流泵(F)、多级高压离心泵(G)、多级高压离心泵轴承箱(H)，在钻杆下端头安装钻头(I)。
钻杆(A)由空心钻杆节(1)和钻杆接头(2)组成，用于联接本实用新型的其他部件和钻头。过滤筛管(B)做成筒状安装在第一节钻杆里。多级涡轮马达轴承箱(C)支撑多级涡轮马达转子空心轴组件，由平衡压力的活塞(3)、紧固螺母(4)、推力轴承(5)、轴向固定盘(6)、向心轴承(7)、机械密封(8)、橡胶油封(9)、防砂帽(10)、多级涡轮马达空心轴(13)和外壳组成。外壳固定在第一节钻杆接头上。多级涡轮马达空心轴(13)上端由轴承(5)、(7)和轴向固定盘(6)、紧固螺母(4)联接安装在轴承箱里，控制多级涡轮马达空心轴旋转时轴向和径向移动。机械密封(8)和橡胶油封(9)组成联合密封，阻止钻井液进入轴承箱。防砂帽(10)安装在多级涡轮马达空心轴上与外壳端头组成迷宫式密封，在旋转时对钻井液扰动产生离心力，钻井液中的沙粒在离心力的作用下远离防砂帽，以阻挡砂粒进入联合密封。在轴承箱里安装平衡压力的活塞(3)，井下压力液由孔(a)进入活塞室推动活塞使轴承箱里润滑油的压力与井下压力液相等。
在多级涡轮马达空心轴(13)进液孔(b)的周围安装着过滤网(D)，阻挡钻井液中的砂粒通过空腔(c)进入多级高压离心泵。多级涡轮马达(E)由一组定子(11)、一组转子(12)、空心轴(13)、外壳(14)组成，安装在钻杆(1)里。密封用旋流泵(F)由一组定子(15)、一组转子(16)、空心轴(17)、外壳(18)组成，同轴安装在钻杆(1)里。
多级高压离心泵(G)由一组定子(19)、一组转子(20)、轴(21)、外壳(22)组成，安装在钻杆(A)里，在外壳(22)与钻杆内壁之间设有环空流道。进入空心轴的钻井液经孔(b)进入多级高压离心泵的进口。多级高压离心泵轴承箱(H)支撑密封用旋流泵转子轴组件和多级高压离心泵转子轴组件，由防砂帽(23)、橡胶油封(24)、机械密封(25)、向心轴承(26)、推力轴承(27)、轴向固定盘(28)、紧固螺帽(29)、平衡压力的活塞(30)和外壳组成。外壳安装在离心泵的下端。轴(21)下端由轴承(26)、(27)、轴向固定盘(28)、紧固螺帽(29)联接安装在轴承箱里，控制轴(21)转动时轴向和径向移动。橡胶油封(24)、机械密封(25)组成联合密封，阻止钻井液进入轴承箱。防砂帽(23)安装在轴(21)上与外壳端头组成迷宫式密封，在旋转时对钻井液扰动产生离心力，钻井液中的砂粒在离心力的作用下远离防砂帽，以阻挡砂粒进入联合密封。在轴承箱里安装平衡压力的活塞(30)，井下压力液由(g)孔进入活塞室推动活塞使轴承箱里润滑油的压力与井下压力液相等。
密封用旋流泵(F)的出口与多级高压离心泵(G)的进口相连接。密封用旋流泵(F)出口的压力≥多级高压离心泵(G)进口的压力，以阻止供给多级高压离心泵(G)约5~8Mpa的钻进液串进多级涡轮马达(E)出口约2Mpa的低压流道，起到密封的作用。
钻头(I)由连接管(31)、切削齿(32)、低压腔(h)、高压腔(i)、高压喷嘴(j)、低压喷嘴(k)组成。来自多级涡轮马达出口的钻井液进入低压腔(h)，从低压喷嘴(k)射向地层。来自多级高压离心泵出口的钻井液经连接管(31)进入高压腔(i)，从高压喷嘴(j)射入地层。
Claims (10)
1.一种钻井高压连续液流喷射钻具，由钻杆、钻头顺序连接，其特征是：在钻杆(A)中依次连接过滤筛管(B)、多级涡轮马达轴承箱(C)、过滤网(D)、多级涡轮马达(E)、密封用旋流泵(F)、多级高压离心泵(G)、多级高压离心泵轴承箱(H)、设有高压射流喷嘴(j)和低压射流喷嘴(k)的钻头(I)。
2.如权利要求1所述的一种钻井高压连续液流喷射钻具，其特征是：多级涡轮马达轴承箱(C)支撑多级涡轮马达转子空心轴组件，多级高压离心泵轴承箱(H)支撑密封用旋流泵转子轴组件和多级高压离心泵转子轴组件，在多级高压离心泵(G)的进液端与多级涡轮马达(E)的出液端之间装有密封用旋流泵(F)。
3.如权利要求1所述的一种钻井高压连续液流喷射钻具，其特征是：多级涡轮马达轴承箱(C)上部装有平衡压力的活塞(3)，下部装有机械密封(8)和橡胶油封(9)组成的联合密封，下端头装有防砂帽(10)与外壳端头组成迷宫式密封。
4.如权利要求1所述的一种钻井高压连续液流喷射钻具，其特征是：多级高压离心泵轴承箱(H)下部装有平衡压力的活塞(30)，上部装有橡胶油封(24)、机械密封(25)组成的联合密封，上端头装有防砂帽(23)与外壳端头组成迷宫式密封。
5.如权利要求1所述的一种钻井高压连续液流喷射钻具，其特征是：密封用旋流泵(F)由一组定子(15)、一组转子(16)、空心轴(17)、外壳(18)组成，在外壳(18)与钻杆(A)内壁之间设有环空流道。
6.如权利要求1所述的一种钻井高压连续液流喷射钻具，其特征是：钻杆(A)由空心钻杆节(1)和钻杆接头(2)组成，联接本实用新型的其他部件和钻头(I)。
7.如权利要求1所述的一种钻井高压连续液流喷射钻具，其特征是：过滤网(D)安装在多级涡轮马达空心轴(13)进液孔(b)的周围。
8.如权利要求1所述的一种钻井高压连续液流喷射钻具，其特征是：多级涡轮马达(E)由一组定子(11)、一组转子(12)、空心轴(13)、外壳(14)组成。
9.如权利要求1所述的一种钻井高压连续液流喷射钻具，其特征是：多级高压离心泵(G)由一组定子(19)、一组转子(20)、轴(21)、外壳(22)组成，在外壳(22)与钻杆(A)内壁之间设有环空流道。
10.如权利要求1所述的一种钻井高压连续液流喷射钻具，其特征是：钻头(I)由连接管(31)、切削齿(32)、低压腔(h)、高压腔(i)、高压喷嘴(j)、低压喷嘴(k)组成。
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