井下液驱动聚能钻具及使用方法技术

本发明专利技术提供一种井下液驱动聚能钻具及使用方法目的为获取能满足超深、高温井钻井井况要求的高性能井下液驱动钻具，依靠高集成钢性模块化结构和带异形螺旋凹槽做功转子相配合，能自动实现连续的动态分配憋压和泄流旋转做功工况，由于主体工件采用钢性和高性能材料加工成的复合密封、润滑环，使得耐高温和耐磨性能非常优异，同时有多种规格和型号的配套设计，能很好地满足与不同尺寸执行API标准的石油管具丝扣的连接，具有很好的市场前景和普及推广价值。

Drilling tools driven by downhole liquid and its use method

The present invention provides a downhole fluid drive tool and use method for obtaining energy can meet the high performance downhole fluid ultra deep well drilling, high temperature wells requirements drive drill, rely on high integrated steel modular structure with special-shaped rotor with spiral groove work, automatic dynamic allocation is the real continuous pressure and discharge rotary working conditions, because the main body adopts the steel workpiece and high performance materials into the composite sealing and lubricating ring, the high temperature resistance and wear resistance is excellent, while supporting the design of various specifications and models, can better meet the different sizes and the implementation of API standard oil pipe is connected with the thread. Has a good market prospect and popularization value.

【技术实现步骤摘要】
井下液驱动聚能钻具及使用方法
本专利技术属于地下能源开采领域，涉及一种井下液驱动聚能钻具及使用方法。
技术介绍
地下能源的开采，需要借助钻井设备才能钻探到目的开发层位，早期由于受钻井配套技术的制约，只能钻完成低产能的直井，随着钻井工艺技术的高速发展，国外研发出了井下液驱动钻具，配合先进的钻井随钻导向仪器就能钻完成针对性很强的高产能的定向井和产能更高的定向水平井，假如能研发出性能更好的井下液驱动钻具，就能满足今后超深井的钻井作业，甚至能真正的为国内、外大批量的老井提供更科学、产能更高的近储层或直接进储层超小半径定向水平井的综合钻井服务。由于我国能源开采工业起步较晚，国内一些大专院校和企业通过多年的辛勤研发，已能生产井下液驱动钻具，由于仿的因素多一点，所以只能用量来拼占低端钻井市场，涉及深度在5000m以上或钻井难度大的井况，国产井下液驱动钻具就很吃力，难度高的还需要依赖国外产井下液驱动钻具或直接让外国油服公司给我们提供技术服务，无形中增加了国内油田的开采成本，在当今低油价时期更是取舍两难。跟着跑永远都会慢一截，要赶超只有从原理的最基本点着手，结合国内已有的新型材料和机加工技术，大胆地进行创新专利技术，才能真正搞出中国人自己的高性能井下液驱动钻具。目前我们所采用的井下液驱动钻具类动力钻具主要有螺杆钻具和涡轮钻具两个种类：螺杆钻具是欧美主导专利技术的，其外筒内所附多条凸凹橡胶筒和自带螺旋槽的钢性长转子构成，钢性长转子上的凸出条能在橡胶凸出部件上挤压出能憋压的封闭腔，钻井泥浆循环液通过这些封闭腔时液流的压力就会升高从而迫使长钢性长转子转动，而钢性长转子在旋转的同时又能连续不问断地挤压外筒内所附凸起橡胶条而构成新的封闭腔，连续循环的钻井泥浆循环液被憋的迫使钢性长转子始终能不停地旋转从而产生能满足钻井所需要的旋转动能，金属与橡胶件之间反复高速地挤压旋转摩擦，再光洁也容易磨损，在高温环境下橡胶就更容易老化而加快磨损，客观上就造成了其在井下的工作寿命偏短。由于其加工工艺简单成本又低，所以目前国内使用量非常大。虽然它使用成本低，但反复地起下钻更换井下螺杆钻具，自然延长了钻完井周期，对整个单井成本的控制非常不利；另一种是涡轮钻具从前苏联引进，其由近百套动叶轮和静导流轮组合串在一起构成，动叶轮套在中心转子上、静导流轮固定在外筒内壁上，所以整体工具很长。由钻井泥浆循环液的流过全部动叶轮能带动转子高速地旋转，由于转速与扭矩成反比，为了获得钻井所需的低转速高扭矩，必须加接减速短节把转子的转速降下来才能得到匹配的旋转动能，所以其结构非常复杂。涡轮钻具不采用橡胶件配合憋压以及全是钢性结构，其耐高温和耐磨损性能都很好，相对工作寿命也比螺杆钻具长，所以每涉及重点超深井的钻井作业时都选择采用。由于整体偏长结构复杂，后期维护非常繁琐，所以其使用成本非常高，一般的普通井用不起。各国为了能源类原材料的持续供给，今后将逐步向5000m以上更深埋藏层位进行钻探开发，井越深井下温度就越高，参照每下入100m温度升高梯度值大约为1.5-4℃计算，某5000m深井下温度将有可能接近或超过200℃，虽然钻井泥浆循环液对各类井下钻具有一定的降温作用，但连续钻井时间长了井下温度也会自然地逐渐传递到井下各类钻具，高温对井下各类带橡胶件的钻具来说是残酷的。着眼当今形势，特别是新型清洁能源干热岩的勘探发现，我国已探明的干热岩埋深在3000-10000万m之间，温度在300度左右，如要实现应用性开采，就非常迫切地需要具有耐高温和耐磨损性能优异的井下液驱动钻具，所以需要加快研发步伐，力争在性能上超过国外同类井下液驱动钻具。而国内目前已有的研究仅集中在如何改进提高橡胶件和所配套轴承的耐高温及耐磨损性能上，在如何从原理、结构以及新材料的应用上进行大胆地创新性这一研究还进行的很少，未见公开报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了获得耐高温和耐磨损性能更优异的井下液驱动钻具，其主体采用高集成钢性模块化设计，又凭借圆柱型转子上所设计的异形螺旋凹槽，当钻井泥浆循环液通过每组钢性模块旋转做功总成时能自动逐级升高钻井泥浆循环液的冲压能从而能产生强大的旋转扭矩，能根据钻井作业需求通过改变异形螺旋凹槽的长度或螺旋度来控制转速，也能把不同螺旋度的钢性模块旋转做功总成连接在一起工作，以实现最理想的工作工况，全新的集成化设计保证了其在维护及维修方面非常简便、快捷，提供一种井下液驱动聚能钻具及使用方法。本专利技术的技术方案是这样来实现的，一种井下液驱动聚能钻具及使用方法，其特点是，由包括传动轴总成、聚能旋转做功马达总成两个子总成，与配套的过滤短节、井下安全接头及钻头组成：a)传动轴总成主要由外筒、旋转中轴、非标立式高强度绕轴滚柱轴承、总扭矩向外输出端、内扭矩承接凹键、调节防掉螺母、水眼及API标准石油钻具母扣构成。b)聚能旋转做功马达总成主要由外筒、圆柱型转子、异形螺旋凹槽、圆柱型多功能轴承座、内扭矩输出凸键、内扭矩承接凹键、调节螺母、API标准石油钻具公扣及API标准石油钻具母扣构成。本专利技术提供一种井下液驱动聚能钻具及使用方法目的为获取能满足超深、高温井钻井井况要求的高性能井下液驱动钻具，依靠高集成钢性模块化结构和带异形螺旋凹槽做功转子相配合，能自动实现连续的动态分配憋压和泄流旋转做功工况，由于主体工件采用钢性和高性能材料加工成的复合密封、润滑环，使得耐高温和耐磨性能非常优异，同时有多种规格和型号的配套设计，能很好地满足与不同尺寸执行API标准的石油管具丝扣的连接。附图说明图1为井下液驱动聚能钻具及使用方法构成图；图2为井下液驱动聚能钻具及使用方法基本结构示意图；图3为传动轴总成示意图；图4为聚能旋转做功马达总成示意图；图5为过滤短节示意图；图6为井下安全接头示意图；图7为钻头示意图。具体实施方式由图1所示，井下液驱动聚能钻具及使用方法，其特点是，能够清晰直观地显示液驱动聚能钻具的整体结构，它由传动轴总成、聚能旋转做功马达总成两个子总成，与配套的过滤短节、井下安全接头及钻头组成。由图2所示，为实现本专利技术目的，其特点是，非常清晰地显示它由钻头1、传动轴总成2、聚能旋转做功马达总成3、过滤短节4和井下安全接头5这五个功能不同的其中由两个核心总成部件和三个配套部件联合组成；在设计上除钻头1外在外筒上都设有符合API标准石油管具母扣13、又除传动轴总成2和钻头1外在外筒上也都设有符合API标准石油管具公扣19，该设计的特点是能把各部件按功能依次通过PI标准石油管具公扣19与P工标准石油管具母扣13方便可靠地连接在一起而构成一个能有效做功整体。由图3所示，传动轴总成2主要由外筒6、旋转中轴7、非标立式高强度绕轴滚柱轴承8、总扭矩向外输出端26、内扭矩承接凹槽10、防掉调节螺母11、水眼12及API标准石油钻具母扣13构成，其中旋转中轴7所设水眼12到总扭矩向外输出端26中部为通孔，在总扭矩向外输出端26的顶端加工有API标准石油钻具另一种小尺寸公扣，其目的是为与(图7)所述钻头1上尺寸相匹配的API标准石油钻具母扣28连接，把井下液驱动聚能钻具所产生的总扭矩传递给钻头1而实现破岩钻进；为能使旋转中轴7平稳可靠地工作，采用非标立式高强度绕轴滚柱轴承8来替代原先同类钻具所采用的多组滚珠轴承合用设计，由外筒6内壁、非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下液驱动聚能钻具及使用方法，其特点是，由包括传动轴总成、聚能旋转做功马达总成两个子总成，与配套的过滤短节、井下安全接头及钻头组成：a)传动轴总成主要由外筒(6)、旋转中轴(7)、非标立式高强度绕轴滚柱轴承(8)、总扭矩向外输出端(26)、内扭矩承接凹键(10)、防掉调节螺母(11)、水眼(12)及API标准石油钻具母扣(13)构成；b)聚能旋转做功马达总成主要由外筒(14)、圆柱型转子(15)、异形螺旋凹槽(16)、圆柱型多功能轴承座(17)、调节螺母(18)、内扭矩输出凸键(9)、内扭矩承接凹键(10)、API标准石油钻具母扣(13)及API标准石油钻具公扣(19)构成。

【技术特征摘要】
1.一种井下液驱动聚能钻具及使用方法，其特点是，由包括传动轴总成、聚能旋转做功马达总成两个子总成，与配套的过滤短节、井下安全接头及钻头组成：a)传动轴总成主要由外筒(6)、旋转中轴(7)、非标立式高强度绕轴滚柱轴承(8)、总扭矩向外输出端(26)、内扭矩承接凹键(10)、防掉调节螺母(11)、水眼(12)及API标准石油钻具母扣(13)构成；b)聚能旋转做功马达总成主要由外筒(14)、圆柱型转子(15)、异形螺旋凹槽(16)、圆柱型多功能轴承座(17)、调节螺母(18)、内扭矩输出凸键(9)、内扭矩承接凹键(10)、API标准石油钻具母扣(13)及API标准石油钻具公扣(19)构成。2.根据权利要求1所述的井下液驱动聚能钻具及使用方法，其特征在于，所述的负...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨龙飞，
申请(专利权)人：杨龙飞，
类型：发明
国别省市：河南,41