CN204457418U - 瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达 - Google Patents

Abstract

一种瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达，包括外壳体以及其内部自上而下依次安装的容积式动力总成和传动轴；容积式动力总成由定子和转子组成，其中转子下端与传动轴传动连接；传动轴为中空管状，传动轴上部加工有与容积式动力总成连通的旁通孔，传动轴内部自上而下依次安装上盘阀、下盘阀以及压力调制腔；下盘阀固定在传动轴的内壁上，上盘阀通过中心轴安装在下盘阀上；上盘阀受到钻井液的冲击能够绕中心轴旋转，并联动控制上盘阀、下盘阀上的流道能够连续交替连通和关闭。本实用新型在钻头旋转破岩的基础上，同时增加了瞬态低压、空蚀效应、脉冲射流三种高效破岩石方式，达到了进一步提高井下动力马达钻井的速度。

Description

瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达

技术领域

本实用新型涉及钻井设备领域，具体来说是一种用于石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业的瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达。

背景技术

井下动力马达仍是目前国内外主要应用的钻井工具，在石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业领域内，完成了95%以上的钻井施工任务。但在钻井过程中，现有井下动力马达除提供钻头破岩的转速和扭矩外，不具备其他高效破岩的功能。研究结果与现场实践表明，井底瞬态脉动低压状态能够有效降低岩石的抗破碎能力，降低压持效应，促进岩石快速脱离母体，有助于提高钻井速度；脉冲射流，有助于提高井底岩屑清理效果，防止重复切削；空蚀效应，有助于提高射流辅助破碎岩石的能力。国内外针对上述三种辅助破岩方式均开展了相关研究，现场应用效果良好，但关于三种高效破岩技术配合井下动力马达的应用情况，国内外均未见报道，根据井下动力马达的结构特点，不能够简单的将三种高效钻井破岩装置与井下动力马达组合连接，不仅达不到提高钻井速度的目的，还可能影响马达的使用效果或引发井下安全事故的发生。因此急需设计研发一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达，这对于发挥井下动力马达技术优势，进一步提高钻井破岩的效率，提升我国动力马达钻井的工艺技术水平，增强国际竞争力，形成具有自主知识产权的瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达技术具有重要的经济价值和社会价值。

实用新型内容

为了进一步提高井下动力马达在复杂结构井中的钻井速度，充分发挥瞬态脉动低压、脉冲射流、空蚀效应三种破岩技术的优势，达到利用复杂结构井高效开发难动用油气资源的要求，本实用新型的目的是为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等的现场提供瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达

本实用新型的技术方案是：包括外壳体以及其内部自上而下依次安装传动连接的容积式动力总成和传动轴，所述传动轴的下端设有用于与钻头连接的接头；所述的容积式动力总成由定子和转子组成，其中转子下端与传动轴传动连接；所述的传动轴为中空管状，所述传动轴上部加工有与容积式动力总成连通的旁通孔，所述传动轴内部自上而下依次安装上盘阀、下盘阀以及压力调制腔，且所述的上盘阀、下盘阀分别设有流道，其中下盘阀上的流道与压力调制腔连通；所述的下盘阀固定在传动轴的内壁上，所述的上盘阀通过中心轴安装在下盘阀上；所述的上盘阀受到钻井液的冲击能够绕中心轴旋转，并联动控制上盘阀、下盘阀上的流道能够连续交替连通和关闭。

上述方案进一步优选为：

所述的压力调制腔为连续安装的两个。

所述的上盘阀为盘状，其上由中心向周边辐射分布多个凹槽，且所述上盘阀的上表面设有用于接受钻井液冲击而带动上盘阀旋转的斜面；所述的下盘阀也为盘状，其上由中心向周边也辐射分布多个凹槽；所述上盘阀坐于下盘阀之上，且当上盘阀绕中心轴旋转时，所述上盘阀与下盘阀的凹槽发生重叠时即联通流道、完全错开时即关闭流道。

所述的转子和传动轴通过联轴器连接，连接简单方便且便于拆卸。

所述的第一旁通孔为斜向下设计的通孔，减少液流的压力损失。

本实用新型在钻头旋转破岩的基础上，同时增加了瞬态低压、空蚀效应、脉冲射流三种高效破岩石方式，达到了进一步提高井下动力马达钻井的速度。瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达对于大位移井、长水平段水平井、多级分支井等复杂结构井的高效快速钻进、井眼轨迹的精确控制、延长钻头和钻具的使用寿命、降低能耗和综合成本、提高经济效益具有重要意义。同时，瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便等特点。

附图说明

图1是依据本实用新型所提出的一种实施例的结构示意图。

图2是图1中上盘阀结构示意图。

图3是图2中下盘阀结构示意图。

图4是上盘阀与下盘阀组合示意图。

图中1-外壳体、2-容积式动力总成、3-联轴器、4-旁通孔、5-传动轴、6-中心轴、7-上盘阀、8-下盘阀、9-一级压力调制腔、10-二级压力调制腔、11-下接头、12-凹槽、13-斜面。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本发明。

如图1-4，一种瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达，包括外壳体1以及其内部自上而下依次安装传动连接的容积式动力总成2和传动轴5；容积式动力总成2由定子和转子组成，其中转子下端通过联轴器3与传动轴5连接，传动轴5上加工旁通孔4，上盘阀7与下盘阀8安装在中心轴6上，并都安装在传动轴5内部，下盘阀8固定在传动轴5内壁上，上盘阀7能够绕中心轴6转动，一级压力调制腔9、二级压力调制腔10也安装在传动轴5内部，并位于下盘阀8下部，上述全部构件均安装在外壳体1内部，传动轴5下部加工下接头11。

瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达安装在钻具组合与钻头之间，开始钻井施工时，钻井液首先到达容积式动力总成2，驱动转子转动，并通过联轴器3驱动传动轴5旋转，钻井液经过容积式动力总成2后，通过传动轴5上部的旁通孔4进入传动轴5内部，并到达上盘阀7，冲击上盘阀的斜面13，由于斜面分力的作用，上盘阀7开始绕中心轴6转动，下盘阀8固定不转动，当上盘阀7流道与下盘阀8流道连通时（即上、下盘阀的凹槽12开始发生重叠），钻井液通过流道依次进入一级压力调制腔9、二级压力调制腔10，经过调制后产生空蚀效应，并通过与下接头11连接的钻头水眼射出作用在井底岩石上；随着钻井液的流动，上盘阀7继续转动，当上盘阀7关闭下盘阀8的流道时（即上、下盘阀的凹槽12完全错开），瞬时阻断了钻井液的流动，而下盘阀8下部的钻井液在惯性的作用下继续流动并进入环空，由于钻井液流动被阻断，无后续钻井液补充，因此就在井底岩层内产生瞬时低压状态，有利于降低压持效应，促进岩石快速脱离基体；当上盘阀7继续转动，连通下盘阀8的流道时，钻井液开始流动，由于钻井液的连续流动被周期性阻断，从而产生脉冲射流效应，上述过程在钻井液的流动下循环发生，即在钻头旋转破岩的基础上，同时增加了瞬态低压、空蚀效应、脉冲射流三种高效破岩石方式，达到了进一步提高井下动力马达钻井的速度。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，有可能对具体尺寸，或者局部结构做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达，其特征在于：包括外壳体以及其内部自上而下依次安装传动连接的容积式动力总成和传动轴，所述传动轴的下端设有用于与钻头连接的接头；所述的容积式动力总成由定子和转子组成，其中转子下端与传动轴传动连接；所述的传动轴为中空管状，所述传动轴上部加工有与容积式动力总成连通的旁通孔，所述传动轴内部自上而下依次安装上盘阀、下盘阀以及压力调制腔，且所述的上盘阀、下盘阀分别设有流道，其中下盘阀上的流道与压力调制腔连通；所述的下盘阀固定在传动轴的内壁上，所述的上盘阀通过中心轴安装在下盘阀上；所述的上盘阀受到钻井液的冲击能够绕中心轴旋转，并联动控制上盘阀、下盘阀上的流道能够连续交替连通和关闭；所述的上盘阀为盘状，其上由中心向周边辐射分布多个凹槽，且所述上盘阀的上表面设有用于接受钻井液冲击而带动上盘阀旋转的斜面；所述的下盘阀也为盘状，其上由中心向周边也辐射分布多个凹槽；所述的上盘阀坐于下盘阀之上，且当上盘阀绕中心轴旋转时，所述上盘阀与下盘阀的凹槽发生重叠时即联通流道、完全错开时即关闭流道。

2.根据权利要求1所述的瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达，其特征在于，所述的压力调制腔为连续安装的两个。

3.根据权利要求1所述的瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达，其特征在于，所述的转子和传动轴通过联轴器连接。

4.根据权利要求1所述的瞬态低压空蚀脉冲射流钻井马达，其特征在于，所述的旁通孔为斜向下设计的通孔。