鑽井力矩平衡器的製作方法
2023-12-10 16:03:47 3
專利名稱：鑽井力矩平衡器的製作方法
技術領域：
:本實用新型涉及一種鑽井裝備，具體的是涉及一種井下步進式鑽井所需的鑽井力矩平衡器。
技術背景:提取地殼深層的礦產和熱能均涉及鑽深井。目前鑽深井均是動力在地面，通過數千米的鑽杆將扭距和壓力傳到深井底部的鑽頭。即使很粗的鋼管也都扭成麻花，大量能量消耗在鑽杆的扭曲變形。致使深井的鑽井效率很低，成本高得驚人，鑽杆重量數百噸，井架巨大，動力巨大。目前鑽斜井的動力可採用井下的泥漿馬達，但其鑽頭的力矩靠彎曲的長鑽杆在彎曲的井壁上的扭力來平衡，其鑽井效率仍然較低，而且在直井中難以運用。能否利用泥漿的壓力，在鑽頭附近產生力矩，平衡鑽頭佔孔的扭距。在鑽頭鑽進若干米深後，平衡扭距的裝置再跟進若干米，形成步進式鑽井。這樣鑽深井的成本將大幅降低，效率將大大提高。這樣，泥漿馬達不僅可用於鑽斜井，也可用於鑽直井。此項各國均有探索，但因在深井的鑽頭附近產生平衡力矩困難，沒能解決此項技術
實用新型內容
:本實用新型就是針對上述問題和現有技術提出的一種:利用通用的泥漿馬達做動力時，利用泥漿馬達的內外壓降製成鑽井力矩平衡器，從而實現步進式鑽井的新途徑。本實用新型為解決上述問題採取的方案:包括殼體，殼體上端與鑽杆相連，殼體內腔固定有導向件，導向件的上部設有泥漿通道，導向件內腔截面為非完整圓，導向件內腔套裝步進杆，步進杆的下端與泥眾馬達相連，步進杆可在導向件內上下運動不能轉動，殼體的側面設置有多排只能伸縮的壓頭。按上述方案，所述步進杆與殼體下端設有密封件，此密封件同於泥漿馬達與鑽頭之間的動態密封，此密封允許步進杆伸出和回入殼體。按上述方案，步進杆能隨泥漿馬達的鑽進下伸，當步進杆伸到底時，殼體內泥漿壓強減小，壓頭從井壁縮回，鑽井力矩平衡器靠重力跟進下降直達泥漿馬達的上部，此時步進杆又回到殼體內起始位置，等待下一次步進。按上述方案，所述殼體為中空得圓柱體，其上下端直徑略大於中部，但比井壁孔略小，上下端與中部剛性連成一體。按上述方案，所述壓頭在殼體的配合孔內，能在孔內滑動。按上述方案，所述壓頭與殼體側壁通過彈性件相連，彈性件與壓頭固死，彈性件的另一端與殼體側壁固死。按上述方案，所述彈性件由不透氣的彈性材料製成。按上述方案，所述壓頭採用耐磨、耐壓、摩擦係數高的剎車材料製成。本實用新型的工作原理:鑽井力矩平衡器按裝在鑽杆與泥漿馬達之間，鑽井力矩平衡器的步進杆的下端與泥漿馬達連接，殼體的上端與鑽杆連接；當接通地面泥漿機時，殼體內腔的壓強增高，多排壓頭在壓力的作用下壓向井壁，緊緊抓住井壁，在井下形成鑽井所需的平衡力矩。此時鑽頭不斷鑽進，步進杆不斷下伸，當鑽到井底7即步進杆伸到底時，停止供給泥漿高壓，此時殼體內的壓強下降，壓頭縮回，力矩平衡器靠自身及鑽杆的重量下降，一直降到泥漿馬達的上部，等待下一次的鑽進。壓頭對井壁的壓力來自力矩平衡器殼體內的壓力。力矩平衡器殼體內泥漿的壓強大於殼體外泥漿的壓強，其壓強差即為泥漿馬達的壓降，此壓降可近於5MPa。這樣，鑽井力距平衡器就與泥漿馬達組成井下步進式泥漿馬達，進行井下步進式鑽井。此實用新型的優點:1.動力和扭矩平衡均在井下，鑽杆不必承受巨大的扭矩，對鑽杆承力的強度大幅減小。從而可大幅減小鑽杆的尺寸和重量，從而大幅減小井架的尺寸和重量。屆時，用3km的井架有可能鑽5km的深井。2.動力和扭矩平衡均在井下，可省去大量用於鑽杆扭曲變形的功，故可省去井架上帶動鑽杆轉動的大量動力。3.動力和扭矩平衡均在井下，且是利用泥漿的液壓做動力。對於液壓傳動，即使傳到數千米深井下，也與淺井處的液壓動力相近。所以數千米深處鑽井的力度和效率與鑽淺井接近。從而大大提聞鑽深井的效率，降低鑽深井的成本，減短鑽深井的周期。4.因泥漿馬達緊靠力矩平衡器，故無需靠彎曲的長鑽杆在斜井井壁上產生平衡力矩。所以此步進泥漿馬達也能用於鑽直井。
附圖為本實用新型的結構示意圖具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的結構進一步加以詳細說明包括殼體8,殼體8為截面略小於井壁3的圓柱體,殼體8的上端與鑽杆I相連。殼體8內腔固定有導向件12，導向件12的上部設有泥漿通道9，導向件12內腔截面為非完整圓，導向件12內腔裝有步進杆4,步進杆4可在導向件12內上下運動,但不能轉動,步進杆的下端與泥漿馬達5相連。殼體8的側壁設有多排只能伸縮的壓頭10，壓頭10在殼體8側壁的配合孔內。步進杆4與殼體8下端之間設有動態密封件13，壓頭10與殼體8之間有彈性件11，彈性件11與壓頭10固死，彈性件11的另一端與殼體8側壁固死，彈性件11由不透氣的彈性材料製成，所述壓頭10採用耐磨、耐壓、摩擦係數高的剎車材料製成。當接通泥漿2的高壓時，殼體8的內腔壓強增大，壓頭10壓向井壁3，並緊緊抓住井壁3，在泥漿馬達近處產生鑽井所需的平衡力矩。當鑽頭6鑽到底7即步進杆伸出到底時，斷開泥漿2的高壓，殼體8的內腔壓強減小，壓頭10縮回，鑽杆I與鑽井力矩平衡器靠自身重量下降，一直降到泥漿馬達5的上部，此時步進杆又重新回到殼體8的起始位置，等待下一次鑽進。
權利要求1.一種鑽井力矩平衡器,其特徵在於:包括殼體，殼體上端與鑽杆相連，殼體內腔固定有導向件，導向件的上部有泥漿通道，導向件內腔截面為非完整圓，導向件內腔套裝步進杆，步進杆下端與泥漿馬達相連，步進杆可在導向件內上下運動不能轉動，殼體的側面設有多排只能伸縮的壓頭，壓頭與殼體之間有彈性件連接。
2.根據權利要求1所述的鑽井力矩平衡器，其特徵在於:所述步進杆與殼體下端之間設置有動態密封件，此密封允許步進杆進出殼體，此密封同於泥漿馬達與鑽頭之間的動態密封。
3.根據權利要求1所述的鑽井力矩平衡器，其特徵在於:所述步進杆能隨泥漿馬達的鑽進下伸，當步進杆伸到底時，殼體內泥漿壓強減小，壓頭從井壁縮回，鑽井力矩平衡器靠重力跟進下降直到泥漿馬達的上部，此時步進杆又重新回到殼體內起始位置，等待下一次步進。
4.根據權利要求1所述的鑽井力矩平衡器，其特徵在於:所述殼體為中空的圓柱體，其上下端的直徑比中部略大，但比井壁孔略小，其上下端與中部剛性連為一體。
5.根據權利要求1所述的鑽井力矩平衡器，其特徵在於:所述壓頭與彈性件中部密封固死，彈性件的另一端與殼體密封固死。
6.根據權利要求4所述的鑽井力矩平衡器，其特徵在於:所述彈性件由不透氣的彈性材料製成。
7.根據權利要求1所述的鑽井力矩平衡器，其特徵在於:所述壓頭採用耐磨、耐壓、摩擦係數高的材料製成。
專利摘要本實用新型涉及一種鑽井力矩平衡器，其特徵在於包括殼體，殼體上端與輸入泥漿的鑽杆相連，殼體內腔固定有導向件，導向件的上部設有泥漿通道，導向件內腔截面為非完整圓，導向件內腔套裝步進杆，步進杆下端與泥漿馬達相連，步進杆可在導向件內腔上下運動不能轉動，殼體的側面設有多排只能伸縮的壓頭。在高壓泥漿的推動下，壓頭伸出緊緊抓住井壁，產生平衡鑽頭鑽井的力矩。鑽井力矩平衡器還能通過步進杆隨泥漿馬達步進。
文檔編號E21B4/02GK203066856SQ20122055681
公開日2013年7月17日 申請日期2012年10月26日 優先權日2011年10月28日
發明者倪元武 申請人:倪元武