[發明專利]一種油氣深井鉆進用行星輪系節能雙層鉆頭

有效

• 申請號: 201310270978.5
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103306606A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 契霍特金V·F;段隆臣;譚松成;湯鳳林;龐豐
• 申請（專利權）人: 中國地質大學(武漢)
• 主分類號: E21B10/00
• 分類號: E21B10/00;E21B10/42
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 周宗貴;劉榮

技術領域

本發明提供了一種深井鉆進中所使用的雙頭鉆具，尤其涉及一種石油天然氣深井鉆進用節能裝置，可以顯著能降低鉆進時轉盤驅動所需要的功率，并實現鉆頭不同半徑處的同步磨損。

背景技術

中國人口眾多，是一個能源消耗大國。隨著國民經濟的迅速發展和人民生活質量的提高，能源消耗問題將更加突出，而石油和天然氣在能源結構中占有重要位置。在石油和天然氣能源勘探和開采過程中，鉆井工程是必不可少的一個項目。現在常用的鉆井方法包括轉盤驅動、頂部驅動和井下動力驅動等幾大類。但是，在深井鉆井過程中，不論何種驅動方法都存在一個節能問題，這在轉盤驅動鉆井時更是明顯。轉盤驅動技術雖然有其固有缺點，但在油氣深井鉆進中仍然是一種非常重要的鉆井方法之一，仍廣泛應用于中國、俄羅斯和獨聯體等發展中國家。然而，當鉆井深度超過2000m時，隨井深的增加，回轉鉆桿柱（包括加重鉆桿和接頭）用的功率將急劇增加，從而影響鉆頭在井底的碎巖效果。

油氣鉆井的井眼直徑較大，鉆頭在井底工作時，其不同半徑處的工作強度差異巨大。傳統的一體式鉆頭由于不同半徑處旋轉線速度差異過大，容易導致鉆頭磨損不同步，使鉆頭提前報廢，使用效率低下。

發明內容

本發明提供了一種行星輪系節能雙層鉆頭，解決了現有技術中深井鉆進時轉盤驅動功率需求過高，且油氣大口徑鉆進時鉆頭磨損不同步造成鉆頭提前報廢的缺陷。使用本發明所提供的雙層鉆頭，能夠實現鉆頭不同半徑處同步均勻磨損，提高鉆頭使用效率。

實現本發明上述目的所采用的技術方案為：

一種油氣深井鉆進用行星輪系節能雙層鉆頭，至少包括鉆進導向部分和井眼形成部分，兩者均由刀翼以及切削具組成，該雙層鉆頭中還設有行星輪系節能裝置，其中行星輪系節能裝置與鉆進導向部分和井眼形成部分連接并驅動兩者轉動，所述的行星輪系節能裝置包括齒圈驅動機構、行星架、行星輪、中心齒輪、行星輪上部固定裝置以及動力驅動機構，其中動力驅動機構的底端與鉆進導向部分固定連接，且帶動鉆進導向部分旋轉；所述的中心齒輪套在動力驅動機構上并且隨動力驅動機構一起旋轉，所述的齒圈驅動機構的上部為圓筒狀，其內壁上設有內齒輪且套在中心齒輪上，齒圈驅動機構的下部套在動力驅動機構上，且能夠繞動力驅動機構旋轉，齒圈驅動機構的下部通過鎖接頭與井眼形成部分固定連接，并且帶動井眼形成部分共同旋轉；所述的行星輪至少設有1個，且位于齒圈驅動機構上部的內齒輪與中心齒輪之間并與兩者嚙合，行星架和行星輪上部固定裝置分別安裝于行星輪的上方和下方，兩者共同將行星輪的轉動軸固定。

所述的雙層鉆頭中還設有外殼和下支座，所述的外殼套在整體行星輪系節能裝置上，下支座位于外殼的下方且與外殼固定連接，下支座套在齒圈驅動機構的下部上，且兩者之間設置有軸承。

所述的行星輪設有兩個，且兩行星輪分別位于中心齒輪的左右兩側。

本發明中所提供的鉆頭中導向鉆進部分由井底的動力驅動機構以轉速wn按順時針方向回轉；中心齒輪（齒數為Za）與動力驅動機構的回轉方向和速度相同，而行星輪的旋轉軸固定，其回轉方向與中心齒輪相反，兩者回轉線速度相同；齒圈驅動機構（齒數為Zb）與行星輪的回轉方向和線速度相同。因此，齒圈驅動機構和中心齒輪具有相反的回轉方向和相同的回轉線速度，整體節能裝置的傳動比為Zb/Za。

由于齒圈驅動機構和中心齒輪具有相反的回轉方向和相同的回轉線速度，因此可以實現鉆頭導向鉆進部分和井眼形成部分產生相向運動，從而降低鉆頭整體在井底工作時的回轉力矩，減小油氣井深井鉆進時鉆機驅動鉆具回轉所需功率，并使得鉆頭不同半徑范圍處能同步磨損。

由于導向鉆井部分和井眼形成部分按照相反方向回轉，兩個部分的回轉速度與其直徑成反比。因此行星輪系裝置的傳動原理可以使鉆頭產生兩個回轉運動，鉆頭上部分的井眼形成部分向一個方向回轉，鉆頭下部分的導向鉆井部分向另一個方向回轉。同時切削具破碎巖石速度和切削具磨損程度在鉆頭上、下兩部分是相同的。由于鉆頭的上、下兩部分在井底按相反方向回轉，在洗井時產生較強的紊流流態，有利于迅速排除井底巖屑，其最終結果將有利于鉆井機械鉆速的提高。

同時，還可以根據鉆頭所需要的回轉速度，選擇不同的中心齒輪、行星輪和齒圈的齒數，以形成合理的傳動比，實現不同鉆具的正常鉆進。

附圖說明

圖1為本發明所提供的雙層鉆頭的整體結構示意圖；

圖2為發明所提供的導向鉆井部分和井眼形成部分的結構示意圖；

圖3為圖2的俯視圖；