[發明專利]一種空氣鉆牙輪鉆頭裝置

有效

• 申請號: 201711407412.7
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN109958396B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 王磊;柯珂;周號博;張輝;張東清;孫峰;錢德儒;吳超;孫連忠;孫連環
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B10/02
• 分類號: E21B10/02;E21B10/18;E21B4/02;E21B21/16
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 羅華;劉華聯

本發明提供了一種空氣鉆牙輪鉆頭裝置，包括：用于接收空氣的內筒和設置在所述內筒外部的外筒，在所述內筒和外筒之間形成冷卻腔；若干設置在所述冷卻腔內的渦流管，所述渦流管用于使來自所述內筒的空氣轉化為高溫氣流和低溫氣流；以及安裝在所述外筒一端的牙輪鉆頭，所述牙輪鉆頭設有軸承冷卻機構，其中，所述渦流管產生的低溫氣流被引導至所述軸承冷卻機構。

技術領域

本發明涉及地熱資源開發及石油鉆井領域，具體地涉及一種空氣鉆牙輪鉆頭裝置，特別是一種用于開發干熱巖的空氣鉆牙輪鉆頭裝置。

背景技術

隨著礦物資源日益枯竭，以及環境污染嚴重等問題，人們開始積極開發新能源。其中，干熱巖地熱能具有綠色低碳無污染、儲量巨大等特點。因此，干熱巖資源逐漸成為新能源開發的熱點。

干熱巖資源的賦存條件具有兩個特點，一個是地層溫度高，其溫度高達200-300℃；另外一個是地層堅硬，一般巖性為花崗巖和火成巖，單軸抗壓強度一般在200Mpa上以上，可鉆性接近10級，巖石硬脆性特點明顯。在此賦存條件下，為了提高鉆井速度一般采用空氣鉆井，并且大多使用空氣鉆牙輪鉆頭裝置。

然而，目前在干熱巖資源的開發過程中仍然存在一些問題。由于空氣鉆牙輪鉆頭裝置的橡膠密封軸承和液壓油的耐溫能力都十分有限，無法滿足200℃以上的施工環境，這使得牙輪空氣鉆牙輪鉆頭裝置的壽命極短，從而需要反復起下鉆更換空氣鉆牙輪鉆頭裝置，嚴重制約了干熱巖開發的成井速度，影響了干熱巖開發的效率和成本的控制。

發明內容

針對至少一些如上所述的技術問題，本發明旨在提供一種空氣鉆牙輪鉆頭裝置。該裝置通過低溫氣流冷卻牙輪軸承，延長了牙輪軸承的工作壽命，并通過低溫氣流噴射井底高溫巖石，增強破巖效果，提高了破巖效率。同時，該裝置還通過反向噴射高壓氣體，進一步提高了破巖效率。

為此，根據本發明，提供了一種空氣鉆牙輪鉆頭裝置，包括：用于接收空氣的內筒和設置在所述內筒外部的外筒，在所述內筒和外筒之間形成冷卻腔；若干設置在所述冷卻腔內的渦流管，所述渦流管用于使來自所述內筒的空氣轉化為高溫氣流和低溫氣流；以及安裝在所述外筒一端的牙輪鉆頭，所述牙輪鉆頭設有軸承冷卻機構，其中，所述渦流管產生的低溫氣流被引導至所述軸承冷卻機構。

在一個優選的實施例中，在所述冷卻腔內設有管狀聯通構件，所述聯通構件與所述內筒和所述渦流管連接，以將空氣從所述內筒提供給所述渦流管。

在一個優選的實施例中，在所述管狀聯通構件的側壁上設有若干孔，每個孔分別與一個對應的渦流管連接。

在一個優選的實施例中，所述軸承冷卻機構包括軸承冷卻噴嘴，所述軸承冷卻噴嘴與相對應渦流管的低溫氣流出口相連通。

在一個優選的實施例中，所述空氣鉆牙輪鉆頭裝置還包括井底冷卻噴嘴，所述井底冷卻噴嘴設置在相鄰的所述牙輪鉆頭之間。

在一個優選的實施例中，所述井底冷卻噴嘴與相對應的所述渦流管的低溫氣流出口相連通。

在一個優選的實施例中，在所述外筒的遠離牙輪鉆頭的一端設有反向噴射增壓噴嘴，所述反向噴射增壓噴嘴與相對應的渦流管的高溫氣流出口相連通，

在一個優選的實施例中，在各所述渦流管中均設有流量調節閥，所述流量調節閥用于調節相對應的反向噴射增壓噴嘴噴射高溫氣流的速度，用以對所述空氣鉆牙輪鉆頭裝置進行糾斜。

在一個優選的實施例中，所述反向噴射增壓噴嘴在周向上非對稱地設置，用以對所述空氣鉆牙輪鉆頭裝置進行糾斜。

在一個優選的實施例中，在所述內筒的遠離牙輪鉆頭的一端設有用于連接其他鉆具的連接部分。