[實(shí)用新型]一種用于開采頁巖氣的鉆機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320212569.5
• 申請(qǐng)日: 2013-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN203257328U
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董書朋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 董書朋
• 主分類號(hào): E21B7/00
• 分類號(hào): E21B7/00;E21B17/22;E21B17/04;E21B10/08;E21B10/18
• 代理公司: 洛陽公信知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 張彬

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種鉆采設(shè)備，具體的說是一種用于開采頁巖氣的鉆機(jī)。

背景技術(shù)

上世紀(jì)70年代，全球爆發(fā)了石油危機(jī)，中東國家的油價(jià)十倍以上的價(jià)格上漲并造成全球油價(jià)居高不下，這使得各國的企業(yè)盈利大幅下降，通脹大幅上升。但是石油高價(jià)的威懾首先被美國打破，打破這一威懾的法寶就是頁巖氣革命。通過頁巖氣革命，美國能源基本實(shí)現(xiàn)了自給自足，并且進(jìn)入了低成本制造時(shí)代。低廉的天然氣大幅度地降低了電力成本，美國2012年5月份平均工業(yè)電價(jià)為6.57美分/千瓦時(shí)，相當(dāng)于0.41元人民幣/千瓦時(shí)，不到中國沿海工業(yè)電價(jià)的一半，不到日本工業(yè)電價(jià)1/5；乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、PVC等從美國運(yùn)到中國港口的價(jià)格比中國工廠出廠價(jià)還低1/3，中東地區(qū)的化工廠與美國相比也黯然失色；低電價(jià)將電解鋁、電爐特種鋼、有色冶金等高載能產(chǎn)品價(jià)格大大拉低。

由于美國在頁巖氣革命取得的巨大成就，我國也把目光投向了頁巖氣并帶來了非常大的投資需求。至2020年末僅氣井鉆探帶來的資金需求就超過4000億。但是巨大的需求與無法商業(yè)化的技術(shù)形成鮮明的對(duì)比，目前我國已鉆完的頁巖氣氣井只有63口，不到美國0.07%，且多數(shù)為實(shí)驗(yàn)性質(zhì)。氣井造價(jià)昂貴，一口直井達(dá)到每米要投入2萬元，水平井每米要投入3萬元，打完一口3000米深的氣井需要投入1億元左右。

分析我國氣井造價(jià)昂貴的現(xiàn)狀，其主要原因是用沖洗液排出巖屑。根據(jù)P=ρgh可知液體的壓強(qiáng)與深度成正比，我國頁巖氣氣藏深度主要在2000米以下，如此深度的沖洗液壓強(qiáng)之大可想而知，要用沖洗液排出巖屑就要在鉆頭下部噴射的液體流達(dá)到使外部沖洗液向上流速，而這對(duì)周圍的巖石影響是很大的。我國頁巖氣上的地質(zhì)非常復(fù)雜，有的巖層可以吸收水分膨脹，卡死鉆機(jī)；有的巖層可以溶解于水中，造成井壁坍塌影響鉆井的進(jìn)行，這就使氣井鉆進(jìn)的技術(shù)難度大大提高，氣井產(chǎn)生的費(fèi)用大大提高。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種用于開采頁巖氣的鉆機(jī)，該裝置不同于常規(guī)頁巖鉆機(jī)的高壓沖洗液排料的原理，通過精確設(shè)計(jì)鉆頭機(jī)構(gòu)以及鉆頭與鉆桿連接模塊，并在垂直設(shè)置的鉆桿空腔內(nèi)設(shè)置螺旋機(jī)構(gòu)，采用滑動(dòng)摩擦力排出巖屑，無需用高壓沖洗液，即避免了鉆井底部的高速液流；還避免了井壁與沖洗液反應(yīng)影響鉆井，即節(jié)省了大量的能量，同時(shí)該鉆機(jī)的安全性能和環(huán)保性能大大提高。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種用于開采頁巖氣的鉆機(jī)，包括鉆桿、鉆頭、用于驅(qū)動(dòng)鉆桿的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和用于支撐鉆桿和動(dòng)力機(jī)構(gòu)的支架，鉆桿的一端通過傳動(dòng)組件與動(dòng)力機(jī)構(gòu)相連，所述的鉆頭由鉆頭本體和設(shè)置在鉆頭本體上的多個(gè)牙輪構(gòu)成，所述鉆頭本體包括圓柱體狀套筒和法蘭連接端，牙輪的一端設(shè)置在圓柱體狀套筒的內(nèi)壁上，另一端伸出圓柱體狀套筒外部，圓柱體狀套筒內(nèi)部的空腔構(gòu)成輸料通道，位于牙輪的上方在圓柱體狀套筒內(nèi)壁上還設(shè)有攪動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)，圓柱體狀套筒半包圍著牙輪并使巖屑通過內(nèi)部設(shè)置的攪動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)送入鉆桿內(nèi)，鉆頭本體的法蘭連接端通過聯(lián)接模塊與鉆桿的一端連接，所述鉆桿為空心軸結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)圓柱孔中設(shè)有螺旋機(jī)構(gòu)，在鉆桿上部還設(shè)有排屑孔，在螺旋葉片外緣應(yīng)有彈性材料層，例如覆蓋橡膠層，這樣的彈性結(jié)構(gòu)可以使得螺旋機(jī)構(gòu)中的葉片邊緣與鉆桿內(nèi)壁緊密接觸，同時(shí)在螺旋葉片磨損后彈性結(jié)構(gòu)起補(bǔ)償作用使得螺旋葉片與鉆桿內(nèi)壁繼續(xù)緊密接觸，螺旋機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)方向和鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向相反；

所述螺旋機(jī)構(gòu)的主軸一端通過傳動(dòng)組件與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸相連，主軸的另一端通過支撐機(jī)構(gòu)設(shè)置在鉆桿的內(nèi)圓柱孔中，所述主軸為空心軸結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)離鉆頭的主軸一端與冷卻液注入裝置相連，另一端連接有冷卻液噴頭，冷卻液噴頭噴液點(diǎn)靠近鉆頭的牙輪處。

所述的攪動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)由垂直設(shè)置在圓柱體狀套筒內(nèi)孔壁上的支撐桿和固定在支撐桿端部的撥料塊組成。

所述的聯(lián)接模塊由外連接套筒、軸承和內(nèi)套筒組成，在外連接套筒的內(nèi)壁上設(shè)有一臺(tái)階面，軸承設(shè)置在外連接套筒的臺(tái)階面上，內(nèi)套筒套裝在軸承內(nèi)孔中，內(nèi)套筒和外連接套筒將軸承密封在兩者之間。

所述的內(nèi)套筒上端面低于外連接套筒的上端面。

所述的支撐機(jī)構(gòu)包括一支撐底板，在支撐底板上端面設(shè)有多個(gè)加強(qiáng)筋板，多個(gè)加強(qiáng)筋板的端部卡在螺旋機(jī)構(gòu)中主軸的外圓周面上，支撐底板的下端面設(shè)置在外連接套筒的內(nèi)孔中并與內(nèi)套筒上端面相接觸。

所述的冷卻液噴頭垂直設(shè)置在支撐機(jī)構(gòu)中支撐底板端面的中心處。