[发明专利]钻井动力工具、钻井工具及形成井眼的钻井方法

权利要求书

1.一种钻井动力工具，包括能量转换机构和阀轴系统，其特征是所述能量转换机构为旋转发生器或扭力发生器，所述阀轴系统设置在能量转换机构下端，并与能量转换机构连接；所述阀轴系统包括定子、转子、动阀片总成、定阀片总成和轴总成；转子位于定子的空腔内且能够在其中左右往复摆动，转子穿过下端的定阀片总成且不与定阀片总成接触；定阀片总成与最下方的轴总成本体连接固定；动阀片总成位于转子的下端，与转子为一整体或直接连接固定在转子上；动阀片总成为带有偏离动力工具中心轴线的偏心圆孔的旋转阀片，定阀片总成上供转子通过的圆孔同样为偏离动力工具中心轴线的偏心孔，且两者的孔的中心不重合；动阀片总成与定阀片总成紧密接触、并相对定阀片总成的圆孔往复运动使动阀片总成的偏心圆孔与定阀片总成的圆孔相互交错或重合形成动态变化的阀流通孔；所述阀流通孔的面积随着旋转发生器或扭力发生器的转动而周期性变化。

2.根据权利要求1所述的钻井动力工具，其特征在于：所述的旋转发生器或扭力发生器为螺杆或涡轮或叶轮。

3.根据权利要求1或2所述的钻井动力工具，其特征在于：阀流通孔面积随时间按正弦或者近似正弦规律发生周期性变化。

4.一种由权利要求1-3之一所述的钻井动力工具构成的新型钻井工具，其特征在于：所述钻井动力工具设置在钻柱的钻铤和钻头之间；万向轴总成传分别设置在钻井动力工具两端的连接处。

5.一种由权利要求1-3之一所述的钻井动力工具构成的新型钻井工具，其特征在于：所述钻井动力工具设置在钻柱的钻铤和钻头之间，且在钻井动力工具和钻头之间设置螺杆/涡轮；万向轴总成传分别设置在螺杆/涡轮两端的连接处。

6.一种利用权利要求4或5所述新型钻井工具形成井眼的钻井方法，其特征在于包括以下步骤：

(A) 将钻井动力工具设置在井眼中钻柱上；

(B) 通过能量转换机构将钻井液水力能转换为转子旋转的机械能，由万向轴总成传递给动阀片总成或者直接通过单螺杆转子往复摆动，使动阀片总成和定阀片总成相互交错或重合形成流通孔，且阀流通孔面积发生周期性变化，时大时小；

(C) 通过调节能量转换机构，使其转动频率在10^-4—10^-2 S^-1，使整个钻井动力工具所受载荷属于静载荷范围内；

(D) 通过阀流通孔面积连续变化，每一个微小的变化动作都会在阀门处产生一个相应的连续变化的水击增压或降压波，使阀座所承受总压力连续柔和变化；同时，通过阀流通孔面积连续变化使阀局部水头损失系数也发生连续变化，钻头处井底压力发生连续变化；

 (E) 通过动力工具将连续柔和变化的阀座所承受总压力传递给钻头，形成连续变化的钻压,从而提高破岩效率；通过阀调节井底压力，在井底局部形成欠平衡钻井；

其中，所述阀流通孔面积为动阀片总成和定阀片总成重叠的面积，且阀流通孔面积随时间按正弦或者近似正弦规律发生周期性变化；通过阀孔的钻井液的流量发生周期性变化使阀座所承受总压力以正弦或者近似正弦规律连续柔和变化。

7.一种组合有上述权利要求1-3之一所述钻井动力工具的新型钻井工具，其特征是：钻井动力工具与振荡短节相连接形成组合，所述组合设置在钻柱的钻铤和钻头之间；万向轴总成传分别设置在钻井动力工具两端的连接处；其中，振荡短节的下端与所述钻井动力工具的上端连接； 所述振荡短节主要包括外筒以及设置在外筒内部并可沿外筒垂直滑动的芯轴，芯轴和外筒的环体壁面之间卡置有蝶形弹簧，芯轴的底部平面为密封面，该密封面能够与外筒的内孔台阶面结合密封或分离。

8.一种组合有上述权利要求1-3之一所述钻井动力工具的新型钻井工具，其特征是：钻井动力工具与振荡短节相连接形成组合，所述组合设置在井眼中钻铤和钻头之间，且在钻井动力工具和钻头之间设置螺杆/涡轮；万向轴总成传分别设置在螺杆/涡轮两端的连接处；其中，振荡短节的下端与所述钻井动力工具的上端连接； 所述振荡短节主要包括外筒以及设置在外筒内部并可沿外筒垂直滑动的芯轴，芯轴和外筒的环体壁面之间卡置有蝶形弹簧，芯轴的底部平面为密封面，该密封面能够与外筒的内孔台阶面结合密封或分离。