本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井、煤層氣鉆井領(lǐng)域的鉆井工具領(lǐng)域，尤其是一種偏心雙階破巖裝置。

背景技術(shù)：

隨著油氣鉆井井深的增加，巖層更加堅(jiān)硬難以破碎，嚴(yán)重影響了機(jī)械鉆速的提高，鉆速的降低已經(jīng)成為制約我國(guó)深層油氣藏高效開(kāi)發(fā)的技術(shù)瓶頸，而現(xiàn)有常規(guī)破巖鉆井技術(shù)不能滿(mǎn)足提速提效的工藝要求。pdc鉆頭具有優(yōu)于其他鉆頭的優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用，但大尺寸井眼鉆速慢、高研磨性地層鉆頭磨損嚴(yán)重、大尺寸或高性能鉆頭價(jià)格昂貴、鉆頭中心線速度低破巖能量不足，也是pdc鉆頭面臨的主要問(wèn)題，新型鉆井技術(shù)如激光鉆井、熱能鉆井、粒子沖擊鉆井還不能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，為石油天然氣鉆井、煤層氣鉆井、地質(zhì)勘探、礦山鉆探提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，控制精度高，操作方便的偏心雙階破巖裝置，以進(jìn)一步提高堅(jiān)硬巖石、高研磨性巖石的破巖能力，大幅提高設(shè)計(jì)井眼的機(jī)械鉆速。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

偏心雙階破巖裝置，主包括外殼體1、容積式動(dòng)力總成2、傳動(dòng)軸5、下接頭7和一階鉆頭8；傳動(dòng)軸5上部加工旁通孔4，傳動(dòng)軸5下部與下接頭7連接，容積式動(dòng)力總成2、旁通孔4、傳動(dòng)軸5均安裝在外殼體1內(nèi)部，下接頭7位于外殼體下部，下接頭7與一階鉆頭8連接，其特征在于：還包括二階鉆頭9；外殼體1與二階鉆頭9連接；下接頭7位于二階鉆頭9內(nèi)部；容積式動(dòng)力總成2、傳動(dòng)軸5的中心軸與一階鉆頭中心軸13重合，外殼體1與二階鉆頭9中心軸12重合，一階鉆頭中心軸13和二階鉆頭中心軸12不重合。

上述方案進(jìn)一步包括：

容積式動(dòng)力總成2與傳動(dòng)軸5之間安裝聯(lián)軸器3，在外殼體1外部設(shè)有穩(wěn)定器6。

穩(wěn)定器6是螺旋穩(wěn)定器或者是直棱型穩(wěn)定器、滾輪穩(wěn)定器的一種。

一階鉆頭8底面突出于二階鉆頭9底面。

本發(fā)明的偏心雙階破巖裝置既具有同心結(jié)構(gòu)的雙階破巖破巖裝置的提高鉆速，并解決一階鉆頭中心線速度小，限制了一階鉆頭破巖效率的問(wèn)題；充分發(fā)揮現(xiàn)有技術(shù)裝備的優(yōu)勢(shì)，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，發(fā)揮雙階鉆井工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高鉆井速度，降低鉆井綜合成本，縮短施工作業(yè)周期，滿(mǎn)足深層油氣藏高效開(kāi)發(fā)鉆井的工藝要求，雙階破巖工藝能夠有效減小設(shè)計(jì)井眼所用鉆頭的破巖難度，進(jìn)一步提高鉆井破巖的效率；同時(shí)，偏心雙階破巖裝置還具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能可靠、操作方便特點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，利用偏心雙階破巖裝置鉆井，平均提高鉆井效率56.7%，節(jié)省鉆井周期5-8天，且鉆井質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了低能耗、高效率的鉆井目的。

附圖說(shuō)明

圖1是依據(jù)本發(fā)明所提出的偏心雙階破巖裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是依據(jù)本發(fā)明所提出的偏心雙階破巖裝置的一階鉆頭與二階鉆頭組合示意圖。

圖3是依據(jù)本發(fā)明所提出的偏心雙階破巖裝置中一階鉆頭和二階鉆頭在井眼中的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。

圖中1-外殼體、2-容積式動(dòng)力總成、3-聯(lián)軸器、4-旁通孔、5-傳動(dòng)軸、6-穩(wěn)定器、7-下接頭、8-一階鉆頭、9-二階鉆頭、10-一階鉆頭運(yùn)動(dòng)軌跡、11-二階鉆頭運(yùn)動(dòng)軌跡、12-二階鉆頭中心軸、13-一階鉆頭中心軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。

參照?qǐng)D1，偏心雙階破巖裝置，主包括外殼體1、容積式動(dòng)力總成2、傳動(dòng)軸5、下接頭7和一階鉆頭8；傳動(dòng)軸5上部加工旁通孔4，傳動(dòng)軸5下部與下接頭7連接，容積式動(dòng)力總成2、旁通孔4、傳動(dòng)軸5均安裝在外殼體1內(nèi)部，下接頭7位于外殼體下部，下接頭7與一階鉆頭8連接，其區(qū)別特征在于：還包括二階鉆頭9；外殼體1與二階鉆頭9連接；下接頭7位于二階鉆頭9內(nèi)部；容積式動(dòng)力總成2、傳動(dòng)軸5的中心軸與一階鉆頭中心軸13重合，外殼體1與二階鉆頭9中心軸12重合，一階鉆頭中心軸13和二階鉆頭中心軸12不重合。

上述實(shí)施例進(jìn)一步包括：

容積式動(dòng)力總成2與傳動(dòng)軸5之間安裝聯(lián)軸器3，在外殼體1外部設(shè)有穩(wěn)定器6。

穩(wěn)定器6是螺旋穩(wěn)定器或者是直棱型穩(wěn)定器、滾輪穩(wěn)定器的一種。

一階鉆頭8底面突出于二階鉆頭9底面。

本發(fā)明的工作機(jī)理和效果：

鉆井破巖時(shí)，當(dāng)鉆井液進(jìn)入偏心雙階破巖裝置后，鉆井液驅(qū)動(dòng)容積式動(dòng)力總成開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)下接頭轉(zhuǎn)動(dòng)，下接頭轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)一階鉆頭開(kāi)始自轉(zhuǎn)破巖，鉆井液經(jīng)過(guò)容積式動(dòng)力總成后，經(jīng)旁通孔進(jìn)入傳動(dòng)軸內(nèi)部，然后經(jīng)過(guò)一階鉆頭到達(dá)井底；同時(shí)地面轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩通過(guò)鉆柱傳遞至偏心雙階破巖裝置外殼體到達(dá)二階鉆頭，驅(qū)動(dòng)二階鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)破巖。一階鉆頭在繞自身中心軸旋轉(zhuǎn)破巖的同時(shí)，也隨著二階鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)而繞著二階鉆頭中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生了自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)，由于一階鉆頭中心軸與二階中心軸是偏心結(jié)構(gòu)，就使得一階鉆頭的高線速度區(qū)域經(jīng)過(guò)鉆頭中心低線速度區(qū)域，也就克服了常規(guī)鉆頭由于中心線速度小而造成破巖效率低的不足。偏心雙階破巖裝置通過(guò)控制兩階鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)形式和組合方式，既能夠鉆出階梯型井底，有利于設(shè)計(jì)井眼的快速高效鉆進(jìn)，又解決了常規(guī)鉆頭中心線速度小破巖效率低的問(wèn)題，并且所鉆井眼質(zhì)量更好，鉆柱穩(wěn)定性更強(qiáng)，適用于各種類(lèi)型鉆頭（牙輪鉆頭、pdc鉆頭）的技術(shù)要求，與常規(guī)破巖技術(shù)相比，在相同能耗和鉆井周期的條件下，能夠切削更多的巖石，即鉆進(jìn)速度更快、破巖效率更高，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種偏心雙階破巖裝置，主包括外殼體、容積式動(dòng)力總成、傳動(dòng)軸、下接頭和一階鉆頭；其中：外殼體1還包括與二階鉆頭連接；下接頭位于二階鉆頭內(nèi)部；容積式動(dòng)力總成、傳動(dòng)軸的中心軸與一階鉆頭中心軸重合，外殼體與二階鉆頭中心軸重合，一階鉆頭中心軸和二階鉆頭中心軸不重合。該裝置安裝在底部鉆具組合與鉆頭之間，既能為鉆頭破巖提供高轉(zhuǎn)速和大扭矩，又能鉆出階梯型井眼，降低規(guī)定尺寸鉆頭的破巖難度，較常規(guī)單階破巖方式能夠有效提高巖石破碎效率，降低鉆井綜合成本；可使一階鉆頭同時(shí)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，徹底解決了常規(guī)單階鉆頭中心線速度低破巖能量不足的問(wèn)題，能獲得更大的切削量，也能使鉆具組合更加穩(wěn)定，有利于控制井眼質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：李文飛;耿應(yīng)春;李玄燁;周延軍;李宗清;夏文安
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司;中石化勝利石油工程有限公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
技術(shù)研發(fā)日：2015.12.29
技術(shù)公布日：2017.07.07