行星磨铣式破岩装置的制作方法

本发明涉及石油天然气钻井、煤层气钻井领域的钻井工具，尤其是一种行星磨铣式破岩装置。

背景技术：

对于深层油气藏的开发，随着井深的增加，岩层更加坚硬难以破碎，严重影响了机械钻速的提高，而现有常规破岩钻井技术不能满足提速提效的工艺要求。pdc钻头面临的主要问题是大尺寸井眼钻速慢、高研磨性地层钻头磨损严重、大尺寸或高性能钻头价格昂贵、钻头中心线速度低破岩能量不足。新型钻井技术如激光钻井、热能钻井、粒子冲击钻井还不能进行现场应用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探提出一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的行星磨铣式破岩装置。该装置在发挥常规钻井工艺技术优势的同时，进一步提高坚硬岩石、高研磨性岩石的破岩能力，打破国外技术垄断，实现小尺寸钻头钻成大尺寸井眼的功能，提高井眼质量的控制能力，降低钻井综合成本，缩短施工作业周期，满足深层油气藏高效开发钻井的工艺要求，对于提升深层油气藏高效开发的钻井工艺技术水平具有重要的经济价值和社会价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

行星磨铣式破岩装置，主要由壳体1、容积式动力总成2、旁通孔4、稳定器5、传动轴6、下接头10、钻头9组成，其中，容积式动力总成2、传动轴6均安装在壳体1内部，传动轴6上部与容积式动力总成2结合部设有旁通孔4，传动轴6下部与下接头10连接，下接头10位于壳体1下部，下接头10与钻头9连接，其特征在于：容积式动力总成2与传动轴6的中心轴重合，构成钻头中心轴7；壳体1、稳定器5、下接头10的中心轴重合，构成井眼中心轴8；钻头中心轴7和井眼中心轴8不重合。

上述方案进一步包括：

容积式动力总成2与传动轴6之间安装联轴器3。

壳体1外部安装稳定器5。

所述稳定器5是滚轮稳定器，或者是螺旋稳定性稳定器，或者是直棱型稳定器。

本发明的效果主要体现在：

将行星磨铣式钻孔技术与钻井工艺相结合，行星磨铣式破岩装置使得钻头能够以行星式旋转运动切削岩石，较常规单轴旋转破岩方式，所钻井眼质量更好，钻柱稳定性更强，适用于各种类型钻头（牙轮钻头、pdc钻头）的技术要求，与常规破岩技术相比，在相同能耗和钻井周期的条件下，能够切削更多的岩石，即钻进速度更快、破岩效率更高；而且小尺寸钻头较大尺寸钻头便宜，又能够钻出大尺寸井眼，其经济效益十分显著。现场实践证明，利用行星磨铣式破岩装置钻井，平均提高钻井效率56.7%，节省钻井周期5-8天，且钻井质量符合设计标准，实现了低能耗、高效率的钻井目的。

同时，行星磨铣式破岩装置还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便特点。

附图说明

图1是依据本发明所提出的行星磨铣式破岩装置结构示意图。

图2是依据本发明所提出的行星磨铣式破岩装置的下接头与钻头组合示意图。

图3是依据本发明所提出的行星磨铣式破岩装置旋转过程中钻头在井眼中的运动轨迹示意图。

图中1-壳体、2-容积式动力总成、3-联轴器、4-旁通孔、5-稳定器、6-传动轴、7-钻头中心轴、8-井眼中心轴、9-钻头、10-下接头。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本发明。

参照图1，行星磨铣式破岩装置，主要由壳体1、容积式动力总成2、旁通孔4、稳定器5、传动轴6、下接头10、钻头9组成，其中，容积式动力总成2、传动轴6均安装在壳体1内部，传动轴6上部与容积式动力总成2结合部设有旁通孔4，传动轴6下部与下接头10连接，下接头10位于壳体1下部，下接头10与钻头9连接，其实质性区别在于：容积式动力总成2与传动轴6的中心轴重合，构成钻头中心轴7；壳体1、稳定器5、下接头10的中心轴重合，构成井眼中心轴8；钻头中心轴7和井眼中心轴8不重合。

上述实施例进一步包括：

容积式动力总成2与传动轴6之间安装联轴器3。

壳体1外部安装稳定器5。

所述稳定器5是滚轮稳定器，或者是螺旋稳定性稳定器，或者是直棱型稳定器。

本发明的工作原理和效果：

钻井破岩时，将钻头与下接头连接，然后开动地面转盘和液压泵，当钻井液进入行星磨铣式破岩装置后，钻井液驱动容积式动力总成开始转动，通过联轴器驱动传动轴转动，进而驱动下接头转动，下接头转动驱动钻头开始自转破岩，钻井液经过容积式动力总成后，经旁通孔进入传动轴内部，然后到达下接头，最后经过钻头到达井底。与此同时，由于地面转盘的转动扭矩通过钻柱传递至行星磨铣式破岩装置壳体到达钻头，也驱动钻头随着行星磨铣式破岩装置壳体的转动而转动破岩，当行星磨铣式破岩装置中不同构件分别绕着各自的中心轴旋转时，就使得钻头同时具有自转和公转两种状态。由于容积式动力总成、联轴器、传动轴的中心轴与钻头中心轴重合，而壳体、稳定器、下接头的中心轴与井眼中心轴重合，就使得钻头中心轴与井眼中心轴产生偏心，随着钻头自转与公转的同时进行，钻头在井底就形成了行星式运动。行星式运动既能使小尺寸钻头具有钻成大尺寸井眼的功能，又能最大限度的切削井底岩石，从而获得更高的钻进速度，还能够控制井眼质量，同时也克服了常规钻头中心线速度低破岩效率差的不足。行星磨铣式破岩装置使得钻头能够以行星式旋转运动切削岩石，较常规单轴旋转破岩方式，所钻井眼质量更好，钻柱稳定性更强，适用于各种类型钻头（牙轮钻头、pdc钻头）的技术要求，与常规破岩技术相比，在相同能耗和钻井周期的条件下，能够切削更多的岩石，即钻进速度更快、破岩效率更高；而且小尺寸钻头较大尺寸钻头便宜，又能够钻出大尺寸井眼，其经济效益十分显著。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种行星磨铣式破岩装置，主要由壳体、容积式动力总成、旁通孔、稳定器、传动轴、下接头、钻头组成，其中，容积式动力总成与传动轴的中心轴重合，构成钻头中心轴；壳体、稳定器、下接头的中心轴重合，构成井眼中心轴；钻头中心轴7和井眼中心轴8不重合。该装置可使钻头产生行星式运动，解决了常规钻头中心线速度低破岩能量不足的问题，为钻头破岩提供高转速和大扭矩，具有利用小尺寸钻头钻成大尺寸井眼的功能，打破了传统一个钻头只能钻单一尺寸井眼的局限，在提高破岩效率的同时降低钻井综合成本；能获得更大的切削量，也能使钻具组合更加稳定，有利于控制井眼质量，还能防止岩屑重复切削，促进岩屑上返。

技术研发人员：李文飞;耿应春;李玄烨;周延军;夏文安
受保护的技术使用者：中石化石油工程技术服务有限公司;中石化胜利石油工程有限公司;中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
技术研发日：2015.12.29
技术公布日：2017.07.07