鑽井高壓連續液流噴射鑽具的製作方法

2023-05-25 21:56:16

專利名稱：鑽井高壓連續液流噴射鑽具的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，尤其是能提高鑽井速度的鑽具。
背景技術：
在地球鑽探鑽井領域裡所使用的鑽具，往往採用PDC鑽頭或牙輪鑽頭，安裝在鑽杆下端頭，在鑽杆旋轉和重力的作用下，鑽進地層。同時，在中空的鑽杆裡的鑽井液以大約2 5 Mpa的壓力從鑽頭的切削齒間或牙輪間的噴嘴射向地層。當鑽井液返回地面時，把破碎的巖屑攜出地層。但是2 5Mpa的液流噴射清除巖屑的效果很不好，鑽頭的切削齒有一部分是在未清除的鑽屑上划過而未鑽去新巖石，限制了鑽井速度。
中國實用新型專利ZL96207357. 1公開了一種超高壓井下脈衝射流增壓器，其設有兩級渦輪增壓逐動的鑽具，在渦輪鑽具下面有一個用於增壓的液壓缸。鑽井液經渦輪進入液壓缸增壓到100 200Mpa從噴嘴噴射出脈動的超高壓射流破巖。這種脈衝射流增壓器不能提供連續的射流，因此，破巖效率低。由於液壓缸採用間隙密封，要求鑽井液中所含鑽屑的粒徑非常小，在目前所使用的鑽井液過濾設備不能達到要求時，這種超高壓井下脈衝射流增壓器很快磨損失效。
中國專利申請CN89101781. X公開了一種鑽杆內的增壓裝置，由渦輪組成。這種增壓裝置不能提供具有足夠壓力的破巖射流。美國專利US4， 819， 745公開了一種鑽杆中脈衝射流裝置，這種裝置包 括渦輪裝置和一個換向閥，渦輪出口的液流經換向閥時，在換向閥的開閉作 用下形成脈衝射流。這種裝置也不能提供連續流態的高壓破巖射流。
中國專利申請CN00250432.4公開了一種以渦輪為動力的井下高壓噴射 鑽具。其設置有一提高離心泵轉速的增速箱，以增加鑽井液的噴射壓力。該 鑽具雖能提供連續的高壓射流，但其破巖效率不高，並且磨損嚴重。 發明內容
為了克服現有的鑽具鑽井速度低或壽命短的不足，本實用新型提供一種 高壓連續流噴射破巖、清巖和鑽頭破巖的聯合破巖鑽具，達到提高鑽井速度 的目的。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是在常規鑽頭鑽井破巖 的基礎上增加了高壓連續液流噴射破巖、清巖。
本實用新型的有益效果是，可以在鑽井的同時，提高鑽井速度。

圖1是整體結構圖。
圖2是鑽井液流圖。
圖1中，鑽杆(A)、過濾篩管(B)、多級渦輪馬達軸承箱(C)、過濾網 (D)、多級渦輪馬達(E)、密封用旋流泵(F)、多級高壓離心泵(G)、多級 高壓離心泵軸承箱(H)、設有高壓射流噴嘴(j)和低壓射流噴嘴(k)的鑽頭 (1)。
圖2中，鑽井液由地面供液設備以大約5 8 Mpa的壓力進入中空的鑽杆 (A)裡，經過濾篩管(B)過濾後分成2路，1路有80%的鑽井液驅動多級渦輪馬達(E)產生旋轉動力，帶動同軸的密封用旋流泵(F)和多級高壓離 心泵(G)旋轉，另1路20%的鑽井液經過濾網(D)過濾後通過多級渦輪馬達 空心軸的空腔進入多級高壓離心泵(G)的進口，經過多級高壓離心泵(G)增 壓到2(T40Mpa通過連接管進入鑽頭的高壓腔(i)，從鑽頭的高壓射流噴嘴(j) 射入地層。由多級渦輪馬達出口流出大約2 Mpa的鑽井液分成2路，l路進 入密封用旋流泵(F)的進口，另l路經鑽杆(A)內壁與密封用旋流泵(F) 和多級高壓離心泵(G)的外殼之間的環空流道進入鑽頭(I)的低壓腔(h)， 從鑽頭的低壓射流噴嘴(k)射向地層。
具體實施方式

在中空的鑽杆(A)裡由上往下依次聯接安裝過濾篩管(B)、渦輪馬達 軸承箱(C)、過濾網(D)、多級渦輪馬達(E)、密封用旋流泵(F)、多級高 壓離心泵(G)、多級高壓離心泵軸承箱(H)，在鑽杆下端頭安裝鑽頭(1)。
鑽杆(A)由空心鑽杆節(1)和鑽杆接頭(2)組成，用於聯接本實用 新型的其他部件和鑽頭。過濾篩管(B)做成筒狀安裝在第一節鑽杆裡。多 級渦輪馬達軸承箱(C)支撐多級渦輪馬達轉子空心軸組件，由平衡壓力的 活塞(3)、緊固螺母(4)、推力軸承(5)、軸向固定盤(6)、向心軸承(7)、 機械密封(8)、橡膠油封(9)、防砂帽(10)、多級渦輪馬達空心軸(13) 和外殼組成。外殼固定在第一節鑽杆接頭上。多級渦輪馬達空心軸(13)上 端由軸承(5)、 (7)和軸向固定盤(6)、緊固螺母(4)聯接安裝在軸承箱 裡，控制多級渦輪馬達空心軸旋轉時軸向和徑向移動。機械密封(8)和橡 膠油封(9)組成聯合密封，阻止鑽井液進入軸承箱。防砂帽(10)安裝在 多級渦輪馬達空心軸上與外殼端頭組成迷宮式密封，在旋轉時對鑽井液擾動產生離心力，鑽井液中的沙粒在離心力的作用下遠離防砂帽，以阻擋砂粒進
入聯合密封。在軸承箱裡安裝平衡壓力的活塞(3)，井下壓力液由孔(a) 進入活塞室推動活塞使軸承箱裡潤滑油的壓力與井下壓力液相等。
在多級渦輪馬達空心軸(13)進液孔(b)的周圍安裝著過濾網(D)， 阻擋鑽井液中的砂粒通過空腔(c)進入多級高壓離心泵。多級渦輪馬達(E) 由一組定子(11)、 一組轉子(12)、空心軸(13)、外殼(14)組成，安裝 在鑽杆(1)裡。密封用旋流泵(F)由一組定子(15)、 一組轉子(16)、空 心軸(17)、外殼(18)組成，同軸安裝在鑽杆(1)裡。
多級高壓離心泵(G)由一組定子(19)、 一組轉子(20)、軸(21)、外 殼(22)組成，安裝在鑽杆(A)裡，在外殼(22)與鑽杆內壁之間設有環 空流道。進入空心軸的鑽井液經孔(b)進入多級高壓離心泵的進口。多級 高壓離心泵軸承箱(H)支撐密封用旋流泵轉子軸組件和多級高壓離心泵轉 子軸組件，由防砂帽(23)、橡膠油封(24)、機械密封(25)、向心軸承(26)、 推力軸承(27)、軸向固定盤(28)、緊固螺帽(29)、平衡壓力的活塞(30) 和外殼組成。外殼安裝在離心泵的下端。軸(21)下端由軸承(26)、 (27)、 軸向固定盤(28)、緊固螺帽(29)聯接安裝在軸承箱裡，控制軸(21)轉 動時軸向和徑向移動。橡膠油封(24)、機械密封(25)組成聯合密封，阻 止鑽井液進入軸承箱。防砂帽(23)安裝在軸(21)上與外殼端頭組成迷宮 式密封，在旋轉時對鑽井液擾動產生離心力，鑽井液中的砂粒在離心力的作 用下遠離防砂帽，以阻擋砂粒進入聯合密封。在軸承箱裡安裝平衡壓力的活 塞(30)，井下壓力液由(g)孔進入活塞室推動活塞使軸承箱裡潤滑油的壓 力與井下壓力液相等。密封用旋流泵(F)的出口與多級高壓離心泵(G)的進口相連接。密封 用旋流泵(F)出口的壓力》多級高壓離心泵(G)進口的壓力，以阻止供給 多級高壓離心泵(G)約5~8 Mpa的鑽進液串進多級渦輪馬達(E)出口約2Mpa 的低壓流道，起到密封的作用。
鑽頭(I)由連接管(31)、切削齒(32)、低壓腔(h)、高壓腔(i)、 高壓噴嘴(j)、低壓噴嘴(k)組成。來自多級渦輪馬達出口的鑽井液進入 低壓腔(h)，從低壓噴嘴(k)射向地層。來自多級高壓離心泵出口的鑽井 液經連接管(31)進入高壓腔(i)，從高壓噴嘴(j)射入地層。
權利要求1. 一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，由鑽杆、鑽頭順序連接，其特徵是在鑽杆(A)中依次連接過濾篩管(B)、多級渦輪馬達軸承箱(C)、過濾網(D)、多級渦輪馬達(E)、密封用旋流泵(F)、多級高壓離心泵(G)、多級高壓離心泵軸承箱(H)、設有高壓射流噴嘴(j)和低壓射流噴嘴(k)的鑽頭(I)。
2. 如權利要求1所述的一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，其特徵是多級 渦輪馬達軸承箱(C)支撐多級渦輪馬達轉子空心軸組件，多級高壓離心泵 軸承箱(H)支撐密封用旋流泵轉子軸組件和多級高壓離心泵轉子軸組件， 在多級高壓離心泵(G)的進液端與多級渦輪馬達(E)的出液端之間裝有密 封用旋流泵(F)。
3. 如權利要求1所述的一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，其特徵是多級 渦輪馬達軸承箱(C)上部裝有平衡壓力的活塞(3)，下部裝有機械密封(8) 和橡膠油封(9)組成的聯合密封，下端頭裝有防砂帽(10)與外殼端頭組 成迷宮式密封。
4. 如權利要求1所述的一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，其特徵是多級 高壓離心泵軸承箱(H)下部裝有平衡壓力的活塞(30)，上部裝有橡膠油封(24)、機械密封(25)組成的聯合密封，上端頭裝有防砂帽(23。與外殼 端頭組成迷宮式密封。
5. 如權利要求1所述的一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，其特徵是密封 用旋流泵(F)由一組定子(15)、 一組轉子(16)、空心軸(17)、外殼(18) 組成，在外殼(18)與鑽杆(A)內壁之間設有環空流道。
6. 如權利要求1所述的一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，其特徵是鑽杆(A)由空心鑽杆節(1)和鑽杆接頭(2)組成，聯接本實用新型的其他部件和鑽頭(1)。
7. 如權利要求1所述的一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，其特徵是過濾網(D)安裝在多級渦輪馬達空心軸(13)進液孔(b)的周圍。
8. 如權利要求l所述的一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，其特徵是多級渦輪馬達(E)由一組定子(11)、 一組轉子(12)、空心軸(13)、外殼(14) 組成。
9. 如權利要求1所述的一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，其特徵是多級 高壓離心泵(G)由一組定子(19)、 一組轉子(20)、軸(21)、外殼(22) 組成，在外殼(22)與鑽杆(A)內壁之間設有環空流道。
10. 如權利要求1所述的一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，其特徵是鑽 頭(I)由連接管(31)、切削齒(32)、低壓腔(h)、高壓腔(i)、高壓噴 嘴(j)、低壓噴嘴(k)組成。
專利摘要一種鑽井高壓連續液流噴射鑽具，鑽杆(A)中依次連接過濾篩管(B)、多級渦輪馬達軸承箱(C)、過濾網(D)、多級渦輪馬達(E)、密封用旋流泵(F)、多級高壓離心泵(G)、多級高壓離心泵軸承箱(H)、設有高壓射流噴嘴(j)和低壓射流噴嘴(k)的鑽頭(I)。鑽井液進入鑽杆(A)分成2路，1路驅動多級渦輪馬達(E)產生動力，另1路通過多級渦輪馬達(E)空心軸進入多級高壓離心泵(G)，增壓後進入鑽頭(I)的高壓腔(i)，從噴嘴(j)射入地層。從多級渦輪馬達(E)出口的鑽井液分成2路，1路進入密封用旋流泵(F)，另1路經鑽杆(A)內壁的環空流道進入鑽頭(I)的低壓腔(h)，從噴嘴(k)射向地層。
文檔編號E21B7/18GK201265360SQ200720195518
公開日2009年7月1日 申請日期2007年11月1日 優先權日2007年11月1日
發明者李俊起, 汪衛軍, 鋒 金 申請人:天津市景寶科技有限公司