鑽井增壓提速器的製造方法
2023-07-13 23:22:26 2
鑽井增壓提速器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種鑽井增壓提速器，用於石油鑽井時提高鑽井鑽速。該裝置包括：動力機構、換向與過濾機構、增壓系統和增壓器鑽頭系統共四大部分。螺杆馬達的輸出軸帶有外花鍵，與帶有內花鍵的旋轉芯軸配合一起旋轉；旋轉芯軸的外部設計有兩個螺旋槽，與銷軸、推力軸承、連接螺栓、過濾筒體等一起組成了外螺旋槽式換向機構；在該機構的作用下，螺杆馬達的旋轉運動轉換成柱塞的直線往復運動，將過濾後的一部分液體在增壓腔內增至超高壓，超高壓液體通過排出閥、超高壓流道流向鑽頭內的超高壓噴嘴，達到切割巖石、加速鑽進的目的。
【專利說明】鑽井增壓提速器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鑽井增壓提速器，用於石油鑽井時提高鑽井速度。
【背景技術】
[0002]90年代以來，隨著深井、超深井在油田所佔的比例越來越大，鑽進中遇到的地層越來越堅硬，井下環境也越來越複雜，鑽井過程中遇到的問題也日益突出，比如鑽井速度大幅度下降、由於沿途壓力損耗而導致井底液流幾乎沒有破巖能力等等。因此，在現代鑽井工業中，如何提高鑽井速度、縮短鑽井周期、降低鑽井成本，引起了國內外研究人員的高度重視，並對此展開了大量的研究。國內外鑽井增壓的發展，大致可以分為三個階段:地面全增壓、地面局部排量增壓和井下增壓器增壓。
[0003]地面全增壓和地面局部排量增壓，最早都是出現在上世紀七八十年代的美國，該技術的缺點是:首先，整個增壓管路密封要求高，現場應用需相應鑽井系統與之匹配，安全性差；其次，在管路中流動的泥漿壓力損耗大，能效比差，增壓能力有限。對於井下增壓器增壓技術，先後出現了靜壓式和射流式兩種增壓器，該技術的缺點是:都有一套複雜的換向閥系統和較多的流道，結構複雜而且嬌小，降低了可靠性，同時增加了加工難度。還有渦輪離心式井下增壓器，該技術的缺點是:由於渦輪的轉速較高，需要設計特殊的減速器與之匹配；為了滿足必要的壓力要求，必須採用多級離心泵，從而系統比較複雜，降低了系統的可靠性。斜坡式井下增壓器，該結構的缺點是:換向機構中，兩接觸面磨損嚴重，對復位彈簧的性能要求較高，而且該裝置軸向分力很大，對螺杆鑽具中的推力軸承產生很大的載荷衝擊，使其壽命下降。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了克服現有井下增壓裝置的不足，提供一種鑽井增壓提速器，實現射流破巖、快速鑽進。
[0005]本發明的技術方案:整個鑽井增壓提速器包括動力機構、換向與過濾機構、增壓系統、增壓器鑽頭系統四大部分組成，通過螺紋連接起來，組成一個整體。工作時，將組裝好的整套裝置接於常規鑽鋌的下方，隨鑽柱下入井底。
[0006]動力機構採用特殊設計的螺杆馬達，螺杆馬達輸出軸設計成外花鍵，與帶有內花鍵的旋轉芯軸相配合，從而傳遞扭矩；外殼接頭加工成密封錐螺紋，與下部增壓部分連接。不改變螺杆馬達的基本結構，以保證成熟產品的可靠性。
[0007]換向與過濾機構由旋轉芯軸、連接端蓋、推力軸承、連接螺栓、過濾筒體、過濾網、壓緊螺母、筒體、滑動軸套、銷軸組成；旋轉芯軸與馬達輸出軸通過花鍵配合，可一起旋轉；旋轉芯軸外部設計有兩個螺旋槽，銷軸一端安裝在筒體上，另一端安裝在螺旋槽裡，致使芯軸在旋轉的同時還做上下移動。柱塞缸體上端設計有滑鍵槽，過濾筒體與柱塞缸體通過滑鍵連接，馬達的旋轉運動通過兩個外螺旋槽、推力軸承和滑鍵的作用，傳到過濾筒體時就變成了軸嚮往復運動。
[0008]增壓系統由柱塞、止退墊片、組合密封件、進液閥、進液閥堵、排液閥體、排液閥、柱塞缸體等零部件組成；柱塞缸體中心設計有高壓腔，四周設計有常規泥漿流道；柱塞與過濾筒體螺紋連接，只能軸嚮往復運動，柱塞採用雙向密封，上下兩端與柱塞缸體間隙配合。柱塞上行時，進液閥打開，排液閥關閉，液體進入增壓腔；柱塞下行時，進液閥關閉，排液閥打開，被增至超高壓的液體經超高壓流道流向鑽頭和超高壓噴嘴，破碎巖石。
[0009]增壓器鑽頭系統由轉換接頭、上連接管、下連接管、鑽頭體、超高壓短接、超高壓噴嘴組成；轉換接頭內部設計有扶正孔，增加連接管的剛性；上連接管與排液閥體、以及下連接管與超高壓短接均採用螺紋連接並密封；超高壓短接與鑽頭體燒結而成。
[0010]本發明的有益效果:由於鑽井增壓提速器是在不增加鑽井泵常規排量和泵壓的基礎上設計的，它的應用並不改變現有的鑽井工藝和設備。動力源是市場上比較成熟的螺杆馬達，可靠性較高；換向機構中外螺旋槽結構加工方便；過濾筒體外部安裝過濾網，實現二次過濾，防止大顆粒泥砂進入增壓腔；柱塞採用雙向密封，性能可靠；將整個裝置放於井底，杜絕了因高壓水射流洩露造成的危險；該裝置的應用可解決目前鑽井速度慢、周期長、成本高的問題，特別是在地層堅硬複雜的環境下，增速效果更好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1鑽井增壓提速器整體方案圖；
圖2換向與過濾機構圖；
圖3增壓系統圖；
圖4增壓器鑽頭系統圖。
[0012]圖中:1.動力機構，2.換向與過濾機構，3.增壓系統，4.增壓器鑽頭系統，5.螺杆馬達輸出軸，6.旋轉芯軸，7.連接端蓋，8.推力軸承，9.連接螺栓，10.過濾筒體，11.過濾網，12.壓緊螺母，13.筒體，14.滑動軸套，15.銷軸，16.柱塞，17.止退墊片，18.組合密封件，19.進液閥，20.進液閥堵，21.排液閥體，22.排液閥，23.柱塞缸體，24.轉換接頭，25.上連接管，26.下連接管，27.鑽頭體，28.超高壓短接，29.超高壓噴嘴。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖來詳細描述本發明的結構和實施方式。
[0014]首先，將動力機構、換向與過濾機構、增壓系統和增壓器鑽頭系統通過螺紋連接起來，組成整個鑽井增壓提速器(見圖1)。旋轉芯軸(6)外表面加工有雙螺旋槽，銷軸(15)的一端在螺旋槽內相對滑動，另一端固定安裝在筒體(13)上；螺杆馬達輸出軸(5)與旋轉芯軸通過花鍵配合，馬達轉動帶動旋轉芯軸一起旋轉，由於銷軸是固定的，加工有螺旋槽的旋轉芯軸旋轉的同時還要上下移動；旋轉芯軸與過濾筒體(10)通過推力軸承(8)、連接螺栓
(9)連接，過濾筒體與柱塞缸體(23)通過滑鍵配合，由於滑鍵的導向作用，旋轉芯軸的複合運動最終轉換成過濾筒體的直線往復運動。過濾筒體與柱塞(16)螺紋連接並通過止退墊片
(17)防松，因此，柱塞也只能作軸嚮往復運動。柱塞上行時，進液閥(19)打開，排液閥(22)關閉，液體進入增壓腔；柱塞下行時，進液閥關閉，液體壓力達到一定值後，排液閥打開，高壓液體經內部超高壓流道流向超高壓噴嘴(29 )，實現射流破巖。而後，柱塞又上行，如此往復。
[0015]鑽井時，將整套裝置接於常規鑽鋌的下端，隨整個鑽柱體系下入井底，由地面轉盤帶動其旋轉鑽進。
【權利要求】
1.一種用於石油鑽井時提高鑽井速度的鑽井增壓提速器，其特徵是:整個增壓提速器由動力機構(I)、換向與過濾機構(2)、增壓系統(3)和增壓器鑽頭系統(4)四大部分組成，通過螺紋連接起來，組成一個整體。
2.根據權利要求1所述的鑽井增壓提速器，其特徵是:動力機構(I)採用特殊設計的螺杆馬達，螺杆馬達輸出軸(5)設計成外花鍵，與帶有內花鍵的旋轉芯軸(6)相配合；外殼接頭加工成密封錐螺紋。
3.根據權利要求1所述的鑽井增壓提速器，其特徵是:換向與過濾機構(2)由旋轉芯軸(6)、連接端蓋(7)、推力軸承(8)、連接螺栓(9)、過濾筒體(10)、過濾網(11)、壓緊螺母(12)、筒體(13)、滑動軸套(14)、銷軸(15)組成；旋轉芯軸外部設計有兩個螺旋槽，銷軸一端安裝在筒體上，另一端安裝在螺旋槽裡；柱塞缸體(23)上端設計有滑鍵槽，過濾筒體與柱塞缸體通過滑鍵連接。
4.根據權利要求1所述的鑽井增壓提速器，其特徵是:增壓系統(3)由柱塞(16)、止退墊片(17)、組合密封件(18)、進液閥(19)、進液閥堵(20)、排液閥體(21)、排液閥(22)、柱塞缸體(23)等零部件組成；柱塞缸體中心設計有高壓腔，四周設計有常規泥漿流道；柱塞(16)採用雙向密封。
5.根據權利要求1所述的鑽井增壓提速器，其特徵是:增壓器鑽頭系統(4)由轉換接頭(24)、上連接管(25)、下連接管(26)、鑽頭體(27)、超高壓短接(28)、超高壓噴嘴(29)組成；轉換接頭內部設計有扶正孔，超高壓短接與鑽頭體燒結而成。
【文檔編號】E21B4/02GK104141457SQ201310162825
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月7日 優先權日:2013年5月7日
【發明者】趙軍友, 徐曉娜, 徐依吉, 鄒俊豔, 劉祥猛, 張蕊蕊, 束奇, 張振國, 王秀會, 萬法偉, 王雷, 蘭凱 申請人:中國石油大學(華東)