[发明专利]井下步进式钻井设备

说明书

技术领域：

本发明涉及一种钻井装备，具体的是涉及一种井下步进式钻井装备。 

背景技术：

提取地壳深层的矿产和热能均涉及钻深井。目前钻深井均是动力在地面，通过数千米的钻杆将扭距和压力传到深井底部的钻头。即使很粗的钢管也都扭成麻花，大量能量消耗在钻杆的扭曲变形。致使深井的钻井效率很低，成本高得惊人，钻杆重量数百吨，井架巨大，动力巨大。目前钻斜井的动力可采用井下的泥浆马达，但其钻头的力矩靠弯曲的长钻杆在弯曲的井壁上的扭力来平衡，其钻井效率仍然较低，而且在直井中难以运用。能否利用泥浆的压力，在钻头附近产生力矩，平衡钻头占孔的扭距。在钻头钻进若干米深后，平衡扭距的装置再跟进若干米，形成步进式钻井。这样钻深井的成本将大幅降低，效率将大大提高。这样，泥浆马达不仅可用于钻斜井，也可用于钻直井。 

此项各国均有探索，但因在深井的钻头附近产生平衡扭矩困难，在数千米深处实现步进困难，没能解决此项技术。 

发明内容：

本发明就是针对上述问题和现有技术提出的一种：利用通用的泥浆马达做动力并利用泥浆马达的内外压降产生平衡力矩，从而实现步进式钻井的新途径。 

本发明为解决上述问题采取的方案，其包括：在泥浆马达5与钻杆1之间装一套力平衡器8，力平衡器内有一根可伸出的步进杆4。步进杆与泥浆马达的上部固死。步进杆在力平衡器内可上下滑动，但不能转动。力平衡器的主体与步进杆之间有动态密封件13，此密封件与泥浆马达和钻头6之间的成熟密封相似，可活动，但泥浆2难以溢出。力平衡器 内有导向件12，此导向件有通道9，允许泥浆进出。此导向件与力平衡器主体固死，此导向件有非完整园的内腔，只允许步进杆上下滑动，不能转动。当接通地面泥浆机时，力平衡器内压强增高，压头10伸出，并紧紧抓住井3的井壁。此压头有刹车片的构造，耐磨、耐压、摩擦系数高，并与力平衡器外壳用不透气的弹性件11相连，它在外壳上只能伸缩，不能透过泥浆。此时，泥浆马达5带动钻头6钻井，步进杆逐渐下伸。当泥浆马达钻到井底7即步进杆伸到底时，与普通钻机加长钻杆的操作方法相似，停止供给泥浆高压。此时压头缩回，力平衡器靠自身及钻杆的重量下降，一直降到泥浆马达的上部，等待下一次的钻进。钻头的压力来自泥浆的垂直压力和泥浆马达的重量。压头对井壁的压力来自力平衡器主体内的压力。力平衡器主体内泥浆的压强大于主体外泥浆的压强，其压强差即为泥浆马达的压降，此压降可近于5Mpa. 

此发明的优点： 

1.动力和扭矩平衡均在井下，钻杆不必承受巨大的扭矩，对钻杆承力的强度大幅减小。从而可大幅减小钻杆的尺寸和重量，从而大幅减小井架的尺寸和重量。届时，用3km的井架有可能钻5km的深井。 

2.动力和扭矩平衡均在井下，可省去大量用于钻杆扭曲变形的功，故可省去井架上带动钻杆转动的大量动力。 

3.动力和扭矩平衡均在井下，且是利用泥浆的液压做动力。对于液压传动，即使传到数千米深井下，也与浅井处的液压动力相近。所以数千米深处钻井的力度和效率与钻浅井接近。从而大大提高钻深井的效率，降低钻深井的成本，减短钻深井的周期。 

4.因泥浆马达紧靠力平衡器，故无需靠弯曲的长钻杆在斜井井壁上产生平衡力矩。所以此步进泥浆马达也能用于钻直井。 

附图说明

附图为本发明的结构示意图 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构进一步加以详细说明 

如附图所示，其包括：在泥浆马达5与钻杆1之间装一套力平衡器8，力平衡器内有一根可伸缩的步进杆4。步进杆固定在泥浆马达的上部。步进杆在力平衡器内可上下滑动，但不能转动。力平衡器的主体与步进杆之间有动态密封件13，此密封件与泥浆马达和钻头6之间的密封相似，可活动，但泥浆2难以溢出。力平衡器内有导向件12，此导向件有通道9，允许泥浆进出。此导向件有非完整园的内腔，只允许步进杆上下滑动，不能转动。当接通地面泥浆机时，力平衡器内压强增高，压头10伸出，并紧紧抓住井3的井壁。此压头与力平衡器外壳用不透气的弹性件11相连。此时，泥浆马达带动钻头钻井，步进杆逐渐下伸。当钻到井底7即步进杆伸到底时，与普通钻机加长钻杆的操作方法相似，停止供给泥浆高压。此时压头缩回，力平衡器靠自身及钻杆的重量下降，一直降到泥浆马达的上部，等待下一次的钻进。