擾動(dòng)破巖鉆具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油天然氣勘探開發(fā)中鉆井工程領(lǐng)域，尤其涉及一種擾動(dòng)破巖鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆井工程占油氣開發(fā)成本的50%以上，投資大，且風(fēng)險(xiǎn)高，提高鉆井效率是降低勘探開發(fā)成本的最佳途徑，也是油公司、鉆井承包商和技術(shù)服務(wù)公司一貫追求的重要目標(biāo)。隨著深井、超深井、易斜井、硬地層、水平井及大位移井在石油鉆井中所占的比例越來越大，深井中遇到的硬地層和堅(jiān)硬地層用常規(guī)單純旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法破巖效果差，鉆進(jìn)效率低，深井中的井斜問題也日益突出；在水平井和大位移鉆井中，隨著水平位移的增加，水平井的加壓更為困難，鉆具的損壞也更為嚴(yán)重。近三五年，提高鉆速、降低鉆井成本是石油工程領(lǐng)域高度需求的技術(shù)之一。
[0003]目前，提高破巖效率主要從三個(gè)方面研宄:一是機(jī)械高效破巖法。1.新型高效鉆頭，2001年休斯克里斯坦森公司生產(chǎn)的BD536PDC鉆頭創(chuàng)造了一次下井鉆深6994m的世界紀(jì)錄。2.旋沖鉆具，國(guó)內(nèi)外對(duì)用旋沖鉆技術(shù)來解決這些問題比任何時(shí)候都重視，并投入大量人力物力進(jìn)行研宄。目前，旋沖鉆井技術(shù)因沖擊器質(zhì)量不過關(guān)，壽命還達(dá)不到所需要的時(shí)間，滿足不了實(shí)際鉆井的需要，不能廣泛推廣。目前德國(guó)和美國(guó)還在加緊研宄這一技術(shù)在超深井中的應(yīng)用。美國(guó)和德國(guó)共同投資700萬(wàn)美元研宄在石油鉆井特別是在超深井中應(yīng)用旋沖鉆井技術(shù)。沖擊器是通過沖錘提供沖擊力的，這種工作原理決定了提高其質(zhì)量是十分困難的。二是射流輔助鉆井破巖方法。1.井下增壓泵，美國(guó)S.D.Veenhuizen等通過井下增壓泵增壓達(dá)10MPa以上的超高壓射流，提高機(jī)械鉆速2倍，但最多工作50h失效，其關(guān)鍵技術(shù)室增壓結(jié)構(gòu)和使用壽命。2.井下它激增壓裝置，主要依靠射流卷吸作用或者共振腔反饋?zhàn)饔没蛘攮h(huán)空流體壓力的它激作用。三是降低井底壓降提高破巖效率的方法，如空氣鉆井技術(shù)。
[0004]魏小梅等將高應(yīng)力+動(dòng)力擾動(dòng)破巖方法引入石油鉆井，是一種利用深部地層巖石本身屬于儲(chǔ)能體，且?guī)r石屬于非連續(xù)相，通過外部機(jī)械引誘發(fā)生裂紋擴(kuò)展或巖爆的方法，是一種不同于常規(guī)鉆井破巖的非常有前景的新方法。把“高應(yīng)力+動(dòng)力擾動(dòng)”這一實(shí)際工程問題上升到科學(xué)層面，即為巖石動(dòng)靜組合加載的力學(xué)問題。巖石動(dòng)靜組合加載問題作為一個(gè)嶄新的研宄課題，是李夕兵教授和古德生院士在2002年香山175次科學(xué)會(huì)議首次提出的。但是由于動(dòng)靜組合加載問題從提出到現(xiàn)在，還處于初步發(fā)展的階段，同時(shí)動(dòng)靜組合加載實(shí)驗(yàn)本身涉及的影響因素眾多，因此該領(lǐng)域內(nèi)的研宄仍然是方興未艾。目前工程應(yīng)用方面己經(jīng)取得了很多研宄成果，還沒有在鉆井工程應(yīng)用，值得繼續(xù)進(jìn)行深入探索和研宄。
[0005]事實(shí)上，石油鉆井的深部地層巖石在承受動(dòng)力擾動(dòng)載荷作用之前，已經(jīng)處于一定的靜應(yīng)力或地應(yīng)力狀態(tài)之中，只要井下動(dòng)力工具提供周期性的擾動(dòng)動(dòng)力，可以引發(fā)突然巖爆或誘導(dǎo)致裂。顯然，該方法是不同于常規(guī)鉆井破巖，也不同于旋轉(zhuǎn)沖擊破巖，而是一種新的高應(yīng)力+動(dòng)力擾動(dòng)破巖方法。
[0006]現(xiàn)有的一種動(dòng)力擾動(dòng)破巖鉆具，其包括:芯軸設(shè)于外筒內(nèi)，外筒與芯軸通過花鍵連接；渦輪套筒設(shè)于外筒內(nèi)，其上端與導(dǎo)流器通過螺紋鏈接，其中部的環(huán)形槽中設(shè)置有橡膠密封圈，其下端與芯軸的上端通過螺紋連接；渦輪設(shè)于渦輪套筒內(nèi)部，渦輪固定于導(dǎo)流器的軸芯上，渦輪的下端與旋轉(zhuǎn)偏心閥片通過螺紋連接；旋轉(zhuǎn)偏心閥片的下端面與固定偏心閥片的上端面緊密接觸，固定偏心閥片與芯軸的上端通過螺紋連接。在鉆井過程中，鉆井液使渦輪旋轉(zhuǎn)，再通過渦輪驅(qū)動(dòng)動(dòng)閥片旋轉(zhuǎn)，使動(dòng)閥片和固定閥片之間的有效流通面積周期性變化，從而產(chǎn)生水擊力，形成周期性柔和變化的動(dòng)載荷，與鉆具自重產(chǎn)生的靜載荷，共同作用于巖石，實(shí)現(xiàn)高應(yīng)力擾動(dòng)破巖。在鉆水平井或定向井時(shí)，仍然需要在基于渦輪的動(dòng)力擾動(dòng)破巖鉆具的上部與螺桿鉆具連接，不僅增加了整個(gè)鉆具組合的長(zhǎng)度，還增加了螺桿鉆具的定向鉆井難度。
[0007]因此，有必要直接利用螺桿鉆具提高動(dòng)力實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)破巖，即研制一種基于螺桿的擾動(dòng)破巖鉆具，不僅可以為鉆頭提供破巖所需要的旋轉(zhuǎn)能，還為鉆頭提供連續(xù)的周期性柔和的動(dòng)載荷，以提高破巖效率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，提供了一種可以提高破巖速度和鉆井機(jī)械速度的擾動(dòng)破巖鉆具。
[0009]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0010]本實(shí)用新型提供一種擾動(dòng)破巖鉆具，包括防掉總成、馬達(dá)總成、萬(wàn)向軸總成、傳動(dòng)軸總成以及擾動(dòng)總成，所述防掉總成連接所述馬達(dá)總成，所述馬達(dá)總成連接所述萬(wàn)向軸總成，所述萬(wàn)向軸總成連接所述傳動(dòng)軸總成，所述傳動(dòng)軸總成連接所述擾動(dòng)總成，所述擾動(dòng)總成下端連接用于鉆巖的鉆頭；所述傳動(dòng)軸總成包括芯軸、下TC外筒、上齒輪、下齒輪以及傳遞桿，所述下TC外筒套設(shè)于所述芯軸的外側(cè)，所述下TC外筒的下端所處的位置高于所述芯軸下端所處的位置，所述下TC外筒的下端設(shè)有齒圈，所述上齒輪設(shè)于所述芯軸下端與所述齒圈之間，所述下齒輪設(shè)于所述芯軸的下端部，所述上齒輪與所述下齒輪之間通過所述傳遞桿連接；所述擾動(dòng)總成包括外殼、中空傳動(dòng)軸、擾動(dòng)軸以及固定閥，所述外殼與所述芯軸通過螺紋連接，所述中空傳動(dòng)軸上端通過外齒圈與所述下齒輪連接，所述中空傳動(dòng)軸的下端設(shè)置有偏心孔，并且與設(shè)置于所述擾動(dòng)軸上的所述固定閥進(jìn)行面接觸，所述外殼與所述擾動(dòng)軸通過花鍵連接，所述外殼的下端面、所述擾動(dòng)軸和位于所述擾動(dòng)軸的臺(tái)階上的密封蓋形成一密封腔，所述密封腔內(nèi)設(shè)置有碟形彈簧。
[0011]進(jìn)一步地，所述中空傳動(dòng)軸的下端與沿軸向運(yùn)動(dòng)的偏心孔通過花鍵連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述中空傳動(dòng)軸的下端與偏心孔通過螺紋連接成一整體。
[0013]進(jìn)一步地，所述碟形彈簧由每組1-2個(gè)碟簧片，2-4組疊合組成。
[0014]進(jìn)一步地，所述擾動(dòng)軸的下部設(shè)置有與所述鉆頭連接的螺紋。
[0015]進(jìn)一步地，所述芯軸下部與所述鉆頭一體成型。
[0016]進(jìn)一步地，所述中空傳動(dòng)軸的下端和所述固定閥上均設(shè)有I個(gè)偏心孔。
[0017]進(jìn)一步地，所述中空傳動(dòng)軸的下端和所述固定閥在相同圓半徑上均設(shè)置有2-4個(gè)相互間隔的大小相等的孔。
[0018]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0019]本實(shí)用新型提供的擾動(dòng)破巖鉆具是將現(xiàn)有的用螺桿傳動(dòng)軸外殼和芯軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換為齒輪旋轉(zhuǎn)，最后實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)總成產(chǎn)生周期性水擊力，并與上部鉆具組合的重力共同形成鉆壓，實(shí)現(xiàn)“高應(yīng)力+擾動(dòng)”，其具有高破巖效率和高機(jī)械鉆速等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0021]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的擾動(dòng)破巖鉆具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的傳動(dòng)軸總成和擾動(dòng)總成的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為圖2中的A-A橫截面示意圖；
[0024]圖4為圖2中的B-B橫截面示意圖；
[0025]圖5為圖2中的C-C橫截面示意圖；
[0026]圖6為擾動(dòng)總成的空傳動(dòng)軸的偏心孔與固定閥的偏心孔在擾動(dòng)破巖鉆井過程中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不意圖；
[0027]圖7為擾動(dòng)破巖鉆井過程中擾動(dòng)總成的固定閥上部產(chǎn)生的水擊力示意圖；
[0028]圖8為擾動(dòng)破巖鉆井時(shí)擾動(dòng)破巖鉆具對(duì)鉆頭正下方巖石的作用力不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
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