局部电动旋转钻井装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及的是局部电动旋转钻井装置，这种局部电动旋转钻井装置包括上部钻杆、钻铤、上短接、局部电动旋转装置、下短接、钻头，局部电动旋转装置通过螺纹与上下短接连接；局部电动旋转装置的中心轴从内筒穿过，旋转外筒套置在内筒外，内筒与旋转外筒之间有连接销，内筒中从上到下依次安装轴流式水力发电机、上储电器、马达、下储电器、压电转换器、承压装置，轴流式水力发电机、上储电器、马达依次连接，下储电器也连接马达，马达分别连接中心轴和内筒，承压装置连接压电转换器，压电转换器连接下储电器。本发明将流体的部分动能转化为电能并进行存储，带动底部钻具旋转进行钻进，充分地利用了钻井液的动能和压能，提高了钻速。
【专利说明】局部电动旋转钻井装置
[0001]一、【技术领域】:
本发明涉及的是石油钻井工程中破岩工艺领域中的钻井装置，具体涉及的是局部电动旋转钻井装置。
[0002]二、【背景技术】:
随着钻井技术的不断发展，钻井工艺和钻井工具也得到了迅猛发展。特别是随着水平井、大位移井等特殊井的数量增多，加快了新的钻井技术以及新的井下工具研发速度。钻井方式从顿钻到目前常用的旋转钻井、旋转导向钻井、地质导向钻井、再到套管钻井、激光钻井等新的钻井方式。
[0003]目前，钻井技术的主要技术难点主要包括:(I)深部地层大位移水平井安全高效钻进存在技术瓶颈；(2)复杂油气层、难钻地层所占比例逐年增加，需要新的钻井方式来不断补充现在的钻井技术。针对我国目前的钻井工程实际情况及长水平段水平井钻井的技术难点，急需发展新型、高效的钻井技术。
[0004]现代钻井技术是在顿钻、旋转钻井、水力射流的旋转钻井钻井的基础上发展起来的，是应用最为广泛的钻井技术手段。然而，对于一些复杂井型的钻进，如大位移水平井、长水平段水平井钻井等，旋转钻井存在许多弊端，如受钻具强度以及井身结构等方面的限制，钻井事故频发、钻井成本高。
[0005]三、
【发明内容】
:
本发明的一个目的是提供局部电动旋转钻井装置，它用于现有钻井装置机械钻速低、井下工具摩阻扭矩大解决的问题。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:这种局部电动旋转钻井装置包括上部钻杆、钻铤、上短接、局部电动旋转装置、下短接、钻头，局部电动旋转装置通过螺纹与上下短接连接；局部电动旋转装置包括上螺纹、轴流式水力发电机、旋转外筒、上储电器、马达、中心轴、连接销、内筒、下储电器、压电转换器、承压装置、下螺纹，上螺纹与上钻具连接，下螺纹与下钻具连接，中心轴从内筒穿过，旋转外筒套置在内筒外，内筒与旋转外筒之间有连接销，内筒中从上到下依次安装轴流式水力发电机、上储电器、马达、下储电器、压电转换器、承压装置，轴流式水力发电机、上储电器、马达依次连接，下储电器也连接马达，马达分别连接中心轴和内筒，承压装置连接压电转换器，压电转换器连接下储电器。
[0007]上述方案中轴流式水力发电机包括励磁系统、机座、发电机、上轴承座、转轴、下轴承座、水轮机；转轴一端通过上轴承座与发电机转子连接，转轴另一端通过下轴承座与水轮机连接；发电机上端面安装机座，机座上设置励磁系统。
[0008]有益效果:
(I)在以往的钻井中，主要是通过旋转钻柱，或是通过高速流动的钻井液带动底部动力钻具转动，并对钻头施加一定钻压进行钻进的；本发明将通过局部电动旋转钻井装置将流体的部分动能通过该装置转化为电能并进行存储，带动底部钻具旋转进行钻进，充分地利用了钻井液的动能和压能，提高了钻速。
[0009](2)与传统的转盘钻井相比，局部电动旋转钻井客服了以往转盘钻井的一些缺点，如井口施加扭矩，传递到井底钻头处扭矩损失大；
(3)电动控制精密，可以为井下随钻测量装置提供电能；
(4)可以利用钻具的振动冲击能，将其转化为可以利用的电能，既能防止钻具振动带来的危害，同时也能继续钻进提供电能；
(5)局部电动旋转装置可以通过旋转外筒降低井下钻柱的摩擦阻力，提高水平井及大位移水平井极限延伸能力；
(6)工具结构简单，工作性能安全、可靠，便于与现有钻具配合使用；
(7)该局部钻井工具及钻井方式使得钻井效率得到提闻，进而提闻油气减的闻效开发。
[0010]四、【专利附图】
【附图说明】:
图1是本发明的结构示意图；
图2为本发明中局部电动旋转装置的结构示意图；
图3为本发明中轴流式水力发电机的结构示意图。
[0011]I钻杆 2钻铤 3上短接 4局部电动旋转装置5下短接6钻头 7上螺纹 8轴流式水力发电机 9旋转外筒 10上储电器 11马达12中心轴13连接销 14内筒 15下储电器 16压电转换器 17承压装置 18下螺纹 19励磁系统 20机座 21发电机 22上轴承座 23转轴 24下轴承座 25导水罩 26水轮机。
[0012]五、【具体实施方式】:
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
如图1所示，这种局部电动旋转钻井装置包括上部钻杆1、钻铤2、上短接3、局部电动旋转装置4、下短接5、钻头6，钻铤2通过螺纹与上部钻杆I连接，局部电动旋转装置4通过螺纹与上下短接连接，下短接5与底部钻头6连接。钻具为通用标准各尺寸，在实现各自功能基础上，能够方便、快捷的进行顺利连接。
[0013]如图2所示，局部电动旋转装置4包括上螺纹7、轴流式水力发电机8、旋转外筒9、上储电器10、马达11、中心轴12、连接销13、内筒14、下储电器15、压电转换器16、承压装置17、下螺纹18，上螺纹7与上钻具连接，下螺纹18与下钻具连接，中心轴12从内筒14穿过，旋转外筒9套置在内筒14外，内筒14与旋转外筒9之间有连接销13，内筒14中从上到下依次安装轴流式水力发电机8、上储电器10、马达11、下储电器15、压电转换器16、承压装置17，轴流式水力发电机8、上储电器10、马达11依次连接，下储电器15也连接马达11，马达11分别连接中心轴12和内筒14，承压装置17连接压电转换器16，压电转换器16连接下储电器15。压电转换器16为电陶瓷片或磁致伸缩材料。上螺纹7为内螺纹，设置在上部连接头的内壁上，下螺纹18为外螺纹，设置在下部连接头的外壁上。
[0014]如图3所示，轴流式水力发电机8包括励磁系统19、机座20、发电机定子和转子、上轴承座22、转轴23、下轴承座24、导水罩25、水轮机26 ;转轴23 —端通过上轴承座22与发电机21转子连接，转轴23另一端通过下轴承座24与水轮机26连接，导水罩25设置在水轮机26上；发电机21内安装定子和转子，发电机21上端面安装机座20，机座20上设置励磁系统19。水轮机26在内部钻井液带动下旋转工作，转轴23带动发电机转子旋转，励磁系统19控制发电机定子的电压使其产生变化的磁场，转子旋转发电，并将电能存储在上储电器10中，上储电器10连接的马达11带动中心轴12和内筒13共同旋转，为底部钻具旋转钻进提供电能。内部中心轴12在局部电动旋转装置4内部钻井液带动连接销13旋转，同时带动旋转外筒9旋转，起到降低钻柱摩阻力的作用。底部钻具振动的动能通过承压装置17接收，并将振动的机械能转化为电能，不但具有减震功效，同时将这部分能力储存到下储电器15中，为局部电动系统提供电能。
[0015]本发明的工作原理:钻柱内高速流动的钻井液流入底部钻具上的局部电动旋转装置4，带动井下轴流式水力发电机8，产生的电能储存在该装置的内部蓄电装置，同时，钻柱纵向振动的动能通过压电转换装置转化为电能也储存在内部蓄电装置(上储电器和下储电器)之中。蓄电装置中的电能带动内部中心轴12推动底部钻具进行钻进，外部的旋转外筒9也可以实现同步反向旋转，变滑动摩擦为转动摩擦，为底部钻具的导向钻进降低阻力。
[0016]本发明的钻井方法:
(1)检查局部电动旋转装置4工作是否正常，检查该装置连接的密封性，并将上述各部件依次连接，下入井下；
(2)循环钻井液，通过调整大钩载荷并给钻头施加钻压；
(3)钻井液的压能、动能通过局部电动旋转装置4，将钻井液的压能和动能转化为电能并进行储存；
(4)承压垫块接收钻柱纵向振动的能量，并将振动产生的压能转化为电能，储存在局部电动旋转装置中的上、下储电器之中；
(5)上、下储电器内的电能带动局部电动旋转装置4的旋转外筒9进行旋转，可以降低局部井段的摩阻力；
(6)局部电动旋转装置4内部的轴承带动底部钻具进行旋转，并将轴力和扭矩传递到底部钻头，钻头旋转挤压破碎岩石。
【权利要求】
1.一种局部电动旋转钻井装置，其特征在于:这种局部电动旋转钻井装置包括上部钻杆(I)、钻铤(2)、上短接(3)、局部电动旋转装置(4)、下短接(5)、钻头(6)，局部电动旋转装置(4)通过螺纹与上下短接连接；局部电动旋转装置(4)包括上螺纹(7)、轴流式水力发电机(8)、旋转外筒(9)、上储电器(10)、马达(11)、中心轴(12)、连接销(13)、内筒(14)、下储电器(15)、压电转换器(16)、承压装置(17)、下螺纹(18)，上螺纹(7)与上钻具连接，下螺纹(18)与下钻具连接，中心轴(12)从内筒(14)穿过，旋转外筒(9)套置在内筒(14)外，内筒(14)与旋转外筒(9)之间有连接销(13)，内筒(14)中从上到下依次安装轴流式水力发电机(8)、上储电器(10)、马达(11)、下储电器(15)、压电转换器(16)、承压装置(17)，轴流式水力发电机(8)、上储电器(10)、马达(11)依次连接，下储电器(15)也连接马达(11)，马达(11)分别连接中心轴(12)和内筒(14)，承压装置(17)连接压电转换器(16)，压电转换器(16)连接下储电器(15)。
2.根据权利要求1所述的局部电动旋转钻井装置，其特征在于:所述的轴流式水力发电机(8 )包括励磁系统(19 )、机座(20 )、发电机(21)、上轴承座(22 )、转轴(23 )、下轴承座(24)、水轮机(26);转轴(23) 一端通过上轴承座(22)与发电机转子连接，转轴(23)另一端通过下轴承座与水轮机(26)连接；发电机(21)上端面安装机座(20)，机座(20)上设置励磁系统(19)。
【文档编号】F03B13/00GK103437701SQ201310414632
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】闫铁, 王鹏, 毕雪亮, 李井辉, 逯广东, 单丹丹 申请人:东北石油大学