钻井装置

专利2026-03-07  16


本发明涉及石油钻井,尤其涉及一种钻井装置。


背景技术:

1、随着石油消耗量不断增加,浅层油田已经不能满足人类需求,石油开采正向着深井、超深井这类存油大、地质复杂难钻的方向发展。现在常规钻井主要采用的是利用转盘带动钻柱转动钻头来破碎孔底岩石的钻进方法(旋转钻进)。而深井、超深井钻进时,岩石往往硬度大,工况复杂,使用传统的方法往往会出现钻头破岩效率低,机械钻速下降等问题。

2、目前,旋转冲击钻井是解决上述问题的一种有效方法,即通常情况下是在普通的旋转钻进的钻具上部加上一个冲击器,将连续的冲击载荷传递到钻头上,使钻头以旋转切削和冲击两种方式联合破岩。如公开号cn103670269b的专利文件公开的涡轮扭转冲击发生器,其包括转换接头、外壳、涡轮、定轴、传动套、冲击爪、冲击架、传动轴和钻头套筒,外壳上端连接转换接头,外壳下端连接钻头套筒,涡轮转子固定在定轴上,涡轮定子固定在外壳上,定轴和传动套通过花键配合,传动套安装在冲击架上端,冲击架下端安装端盖,传动轴安装在传动套和端盖,冲击爪安装在冲击架。涡轮带动定轴旋转,定轴通过花键带动传动套旋转,传动套拨动冲击爪,冲击爪带动冲击架高速旋转,在旋转过程中冲击爪和传动套作用并周期性地冲击传动轴,形成高频扭转冲击,传动轴将获得的高频冲击能量传递到钻头套筒上,钻头套筒带动钻头脉动地冲击地层岩石,从而将底层岩石冲破。

3、钻井装置虽然通过钻井液的驱动可带动冲击架对钻头进行冲击,但受到钻井装置振动的影响,使得钻井装置的进液速度难以得到有效控制,进而难以控制涡轮的转速,导致钻头的旋转频率和冲击锤的冲击频率难以保持稳定,进而导致钻井装置的钻井效率降低。


技术实现思路

1、有鉴于此,有必要提供一种钻井装置,解决现有技术中的钻井装置难以控制涡轮的转速,导致钻井装置的钻井效率降低的技术问题。

2、为达到上述技术目的,本发明的技术方案提供一种钻井装置,包括:

3、壳体,设置有进液口和进液腔,所述进液口与所述进液腔连通;

4、涡轮组件,装设于所述进液腔,用于通过钻井液的驱动进行转动;

5、钻头安装套,固定于所述壳体,用于供钻头安装;及

6、控速模块,装设于所述涡轮组件靠近所述进液口的一端,用于在所述涡轮组件转速增大时,控制所述进液口的进液量减少,并在所述涡轮组件转速减小时,控制所述进液口的进液量增大;

7、冲击锤,所述冲击锤连接于所述涡轮组件靠近所述钻头安装套的一端,可通过所述涡轮组件的转动冲击所述钻头安装套。

8、在一些实施例中,所述控速模块包括离心驱动单元和控速件,所述控速件朝靠近或远离所述进液口的方向滑动连接于所述涡轮组件,所述控速件靠近所述进液口的一侧设置有截流斜面,所述离心驱动单元装设于所述涡轮组件并与所述控速件连接,用于通过离心作用带动所述控速件朝靠近或远离所述进液口的方向移动。

9、在一些实施例中,所述离心驱动单元包括离心架和推杆,所述离心架与所述涡轮组件铰接,所述推杆的两端分别与所述离心架和推杆连接。

10、在一些实施例中,所述推杆连接控速件的一端设置有弹簧。

11、在一些实施例中,所述离心架的端部设置有实心球。

12、在一些实施例中,所述钻头安装套的内壁设置有升降限位槽和冲击台阶,所述升降限位槽沿所述钻头安装套的轴向方向延伸,所述冲击台阶位于所述升降限位槽远离所述进液口的一端,所述冲击锤滑动连接于所述升降限位槽。

13、在一些实施例中,所述涡轮组件的圆周方向设置有升降驱动槽,所述升降驱动槽沿所述涡轮组件的轴向方向迂回延伸,所述冲击锤设置有连接头,所述连接头延伸至所述升降驱动槽。

14、在一些实施例中,所述连接头为球形。

15、在一些实施例中,所述升降限位槽和所述冲击锤均设置有两个,两个所述升降限位槽相对设置,两个所述冲击锤分别滑动连接于两个升降限位槽。

16、在一些实施例中,所述钻头安装套远离所述进液口的一端设置有钻头安装腔,所述涡轮组件靠近所述钻头安装腔的一端设置有通槽,所述通槽与所述进液腔和所述钻头安装腔连通。

17、与现有技术相比,本发明的钻井装置的有益效果包括:钻井装置通过设置壳体、涡轮组件和钻头安装套,壳体设置有进液口和进液腔,进液口与进液腔连通,钻井液可通过进液口进入进液腔,涡轮组件装设于进液腔,钻井液进入进液腔时,将带动涡轮组件转动,钻头安装套固定连接于壳体远离进液口的一端,进行钻井工作时,钻头装设于钻头安装套,钻头可通过钻杆或井下动力钻具的带动进行钻井破岩作业,由于钻井装置还设置有控速模块,控速模块装设于涡轮组件靠近进液口的一端,控速模块可在涡轮组件转速增大时,控制进液口的进液量减少,进而降低涡轮组件的转速,并在涡轮组件转速减小时,控制进液口的进液量增大,进而增大涡轮组件的转速,通过对钻井液进液量的控制,从而将涡轮组件的转速控制在一定范围内,使涡轮组件的转速保持稳定,涡轮组件转动过程中,可带动冲击锤往复运动,进而能够在钻头钻井过程中,对钻头不断进行冲击,方便钻头的破岩,由于涡轮组件的转速始终保持稳定,从而使得冲击锤对钻头安装套的冲击频率能够始终保持稳定,提升钻头的破岩效率。



技术特征:

1.一种钻井装置,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的钻井装置,其特征在于,所述控速模块包括离心驱动单元和控速件,所述控速件朝靠近或远离所述进液口的方向滑动连接于所述涡轮组件,所述控速件靠近所述进液口的一侧设置有截流斜面,所述离心驱动单元装设于所述涡轮组件并与所述控速件连接,用于通过离心作用带动所述控速件朝靠近或远离所述进液口的方向移动。

3.根据权利要求2所述的钻井装置,其特征在于,所述离心驱动单元包括离心架和推杆,所述离心架与所述涡轮组件铰接,所述推杆的两端分别与所述离心架和推杆连接。

4.根据权利要求3所述的钻井装置,其特征在于,所述推杆连接控速件的一端设置有弹簧。

5.根据权利要求3所述的钻井装置,其特征在于,所述离心架的端部设置有实心球。

6.根据权利要求1-5任一项所述的钻井装置,其特征在于,所述钻头安装套的内壁设置有升降限位槽和冲击台阶,所述升降限位槽沿所述钻头安装套的轴向方向延伸,所述冲击台阶位于所述升降限位槽远离所述进液口的一端,所述冲击锤滑动连接于所述升降限位槽。

7.根据权利要求6所述的钻井装置,其特征在于,所述涡轮组件的圆周方向设置有升降驱动槽,所述升降驱动槽沿所述涡轮组件的轴向方向迂回延伸,所述冲击锤设置有连接头,所述连接头延伸至所述升降驱动槽。

8.根据权利要求7所述的钻井装置,其特征在于,所述连接头为球形。

9.根据权利要求7所述的钻井装置,其特征在于,所述升降限位槽和所述冲击锤均设置有两个,两个所述升降限位槽相对设置,两个所述冲击锤分别滑动连接于两个升降限位槽。

10.根据权利要求1-5任一项所述的钻井装置,其特征在于,所述钻头安装套远离所述进液口的一端设置有钻头安装腔,所述涡轮组件靠近所述钻头安装腔的一端设置有通槽,所述通槽与所述进液腔和所述钻头安装腔连通。


技术总结
本发明涉及石油钻井技术领域,尤其涉及一种钻井装置,包括壳体、涡轮组件、钻头安装套和冲击锤,壳体设置有进液口和进液腔,进液口与进液腔连通,涡轮组件装设于进液腔,钻井液进入进液腔时,将带动涡轮组件转动,钻头安装套与涡轮组件连接,进行钻井工作时,钻头装设于钻头安装套,可在钻杆的带动下进行破岩,由于钻井装置还设置有控速模块,控速模块可在涡轮组件转速增大时,控制进液口的进液量减少,并在涡轮组件转速减小时,控制所述进液口的进液量增大,从而将涡轮组件的转速控制在一定范围内,使涡轮组件的转速保持稳定,使得冲击锤对钻头的冲击频率能保持稳定,从而方便钻头的破岩,提升钻井装置的破岩效率。

技术研发人员:管锋,万锋,周传喜,刘望,夏雨生,李子睿,胡海
受保护的技术使用者:长江大学
技术研发日:
技术公布日:2024/7/25
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