[發(fā)明專利]防制動(dòng)渦輪鉆具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010042154.2
• 申請(qǐng)日: 2020-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN113123718B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王甲昌;劉匡曉;玄令超;張仁龍;張海平;孫峰;劉曉丹;胡彥峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): E21B4/02
• 分類號(hào): E21B4/02;F03C2/08
• 代理公司: 北京聿華聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11611
• 代理人: 金偉英;劉華聯(lián)

本發(fā)明提出了一種防制動(dòng)渦輪鉆具，所述防制動(dòng)渦輪鉆具上端與鉆鋌或鉆桿螺紋連接，其下端經(jīng)動(dòng)力輸出軸與鉆頭連接；該防制動(dòng)渦輪鉆具包括依次連接成一個(gè)整體的短螺桿馬達(dá)總成、特制渦輪總成和雙嚙合復(fù)合驅(qū)動(dòng)總成，短螺桿馬達(dá)總成的下端通過(guò)螺紋串聯(lián)連接特制渦輪總成的上端，特制渦輪總成的下端通過(guò)螺紋連接雙嚙合復(fù)合驅(qū)動(dòng)總成的上端，雙嚙合復(fù)合驅(qū)動(dòng)總成通過(guò)其內(nèi)配合的兩對(duì)嚙合棘輪結(jié)構(gòu)連接與鉆頭連接的動(dòng)力輸出軸。該防制動(dòng)渦輪鉆具能夠大幅降低研磨性硬地層鉆井中的卡鉆風(fēng)險(xiǎn)，更安全可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地質(zhì)探礦工程及石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種具有防鉆頭制動(dòng)功能的防制動(dòng)渦輪鉆具。

背景技術(shù)

石油鉆井作為油氣勘探開發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，鉆井技術(shù)水平的高低直接關(guān)系到油氣勘探開發(fā)的效益的好壞，但目前鉆穿硬、研磨性地層常常意味著巨大而獨(dú)特的挑戰(zhàn)。鉆遇高研磨性硬地層通常會(huì)遇到機(jī)械鉆速(ROP)低、振動(dòng)大、井下鉆具組合失效風(fēng)險(xiǎn)增加、頻繁起下鉆更換鉆頭和馬達(dá)等問(wèn)題導(dǎo)致大幅增加鉆井成本。

在高研磨性硬地層鉆井中，使用含螺桿鉆具和PDC鉆頭的常規(guī)井下鉆具組合(BHA)無(wú)法取得經(jīng)濟(jì)有效的進(jìn)尺和可靠性。渦輪鉆具非常適用于這種惡劣工況，能夠更加高效地鉆穿硬、研磨性地層，減少鉆達(dá)完鉆井深的起下鉆次數(shù)，避免非生產(chǎn)時(shí)間，降低每米成本；但現(xiàn)有渦輪鉆具受自身結(jié)構(gòu)、性能的限制，其轉(zhuǎn)速高扭矩小、工具壓降相對(duì)于載荷變化不大的特點(diǎn)，在剛發(fā)生鉆頭制動(dòng)或卡鉆頭復(fù)雜情況時(shí)，地面操作人員無(wú)法及時(shí)判斷，易導(dǎo)致由于鉆頭粘卡造成的鉆具落井事故，事故處理難度大，經(jīng)常出填井側(cè)鉆甚至井眼報(bào)廢等嚴(yán)重?fù)p失，使渦輪鉆井技術(shù)的應(yīng)用受到了嚴(yán)重制約。

中國(guó)專利CN106555549A公布的一種摩擦棘輪式防制動(dòng)渦輪鉆具可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)防鉆頭制動(dòng)功能，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜；而且無(wú)法通過(guò)泵壓的變化及時(shí)判斷鉆頭制動(dòng)，尤其是無(wú)法及時(shí)判斷是上部鉆具還是鉆頭制動(dòng)，不利于消除井下卡鉆風(fēng)險(xiǎn)；其整機(jī)輸出扭矩小、轉(zhuǎn)速低也不利于及時(shí)消除鉆頭制動(dòng)。

因此，迫切需要盡快解決現(xiàn)有渦輪鉆具鉆井的技術(shù)難點(diǎn)，大幅降低渦輪鉆具鉆井卡鉆風(fēng)險(xiǎn)，使這項(xiàng)技術(shù)更加安全可靠，為研磨性硬地層鉆井提供有效技術(shù)支撐。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述技術(shù)問(wèn)題的部分或者全部，本發(fā)明提出了一種防制動(dòng)渦輪鉆具，該渦輪鉆具能夠大幅降低研磨性硬地層鉆井中的卡鉆風(fēng)險(xiǎn)，更安全可靠。

為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明提出了一種防制動(dòng)渦輪鉆具，所述防制動(dòng)渦輪鉆具上端與鉆鋌或鉆桿螺紋連接，其下端經(jīng)動(dòng)力輸出軸與鉆頭連接；該防制動(dòng)渦輪鉆具包括依次連接成一個(gè)整體的短螺桿馬達(dá)總成、特制渦輪總成和雙嚙合復(fù)合驅(qū)動(dòng)總成，短螺桿馬達(dá)總成的下端通過(guò)螺紋串聯(lián)連接特制渦輪總成的上端，特制渦輪總成的下端通過(guò)螺紋連接雙嚙合復(fù)合驅(qū)動(dòng)總成的上端，雙嚙合復(fù)合驅(qū)動(dòng)總成通過(guò)其內(nèi)配合的兩對(duì)嚙合棘輪結(jié)構(gòu)連接與鉆頭連接的動(dòng)力輸出軸。

在一種實(shí)施方案中，所述短螺桿馬達(dá)總成包括：短螺桿馬達(dá)定子、短螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子和撓性軸，短螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子外表面設(shè)有螺紋槽且安裝在短螺桿馬達(dá)定子內(nèi)，短螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子下端連接撓性軸；所述短螺桿馬達(dá)定子與短螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子組成大間隙容積式馬達(dá)，通過(guò)鉆井液驅(qū)動(dòng)短螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子相對(duì)于短螺桿馬達(dá)定子轉(zhuǎn)動(dòng)。

在一種實(shí)施方案中，所述特制渦輪總成包括：渦輪馬達(dá)定子組件、渦輪馬達(dá)轉(zhuǎn)子組件和渦輪轉(zhuǎn)子主軸。

在一種實(shí)施方案中，渦輪馬達(dá)定子組件包括渦輪上接頭、渦輪節(jié)外筒、多級(jí)扶正軸承外圈和多級(jí)渦輪定子葉片，其中，渦輪上接頭與短螺桿馬達(dá)定子下端連接，渦輪節(jié)外筒連接在渦輪上接頭的下端外側(cè)，多級(jí)扶正軸承外圈設(shè)在渦輪定子葉片外側(cè)。

在一種實(shí)施方案中，渦輪馬達(dá)轉(zhuǎn)子組件包括渦輪轉(zhuǎn)子主軸、渦輪轉(zhuǎn)子壓緊套、多級(jí)扶正軸承內(nèi)圈和多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子葉片，所述渦輪轉(zhuǎn)子壓緊套設(shè)在渦輪轉(zhuǎn)子主軸外側(cè)并壓在扶正軸承內(nèi)圈上，扶正軸承內(nèi)圈設(shè)在渦輪轉(zhuǎn)子葉片的兩端，渦輪轉(zhuǎn)子壓緊套和渦輪轉(zhuǎn)子葉片均連接在渦輪轉(zhuǎn)子主軸上。