[实用新型]钻井动力工具及新型钻井工具

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于钻井工程中提高钻头破岩效率、延长钻头使用寿命、防止卡钻的钻井动力工具、由其构成的新型钻井动力工具。

背景技术

钻井的目的不止是构建油气通道，更重要的是发现更多的油气资源和尽量提高钻采效率。钻井工程面临的问题始终是如何确保“优，快，省”。钻井技术的研发一直是针对这些问题展开的。其中“优”指安全，“快”指高效，也就是如何安全地提高钻井效率。“优和快”是石油公司、钻井承包商和技术服务公司一贯追求的重要目标。近两年，钻井日费暴涨，安全地提高钻速尤为重要，对深井和深水钻井来说更是如此。

随着井深的增加，水力沿程损耗增大，井底钻头可用水能急剧下降，水力破岩和清岩能力减弱，造成深井钻速低，钻头磨损快，粘卡严重等。另外，为了提高采油效率，水平井、分支井、大位移井、从式井等越来越重视，当前的井眼越来越不规则，摩阻和扭矩大，滑动钻井困难，井眼延伸范围小。

目前钻井方式主要有冲击式钻井、常规旋转钻井和正在积极研发的旋冲钻井，冲击式钻井早已被常规旋转钻井替代，而常规旋转钻井的钻速和钻头磨损情况仍达不到满意程度，旋冲钻井的研发自60年代开始，一直在积极研究，目前仍然有各种技术瓶颈不能突破。

实践证明，冲击器能够大幅度提高钻井速度，其钻进速度比普通旋转钻进速度提高30%以上，井斜明显减小，钻具损坏减小，钻井成本降低20%以上，该技术不能广泛推广的重要原因之一是冲击器质量不过关，寿命还达不到所需要的时间，现在的冲击器寿命一般在50-80小时，还满足不了实际钻井的需要。因此要想实现冲击旋转钻井技术在石油钻井中的应用，必须提高冲击器的质量。

另外，在冲锤撞击砧子的瞬间，作用力在极短时间内有很大的变化幅度，并以应力波得形式向钻头方向传递，对钻头等使用寿命有一定的影响。为提供粉碎岩石所需要的冲击力，往复式撞砧以7.5m/s-10.2 m/s的相对搞的线性速度撞击底座，导致接触的主体之间高速运动；此外，需要较大扭矩来平衡钻头与地层摩擦形成的扭矩。高接触速度和搞接触压力的组合效果产生大量的摩擦和热，在接触表面上导致严重的磨损伤害。在钻井过程中，冲击器对LWD和MWD有较大干涉。

综上述，常规旋转钻井钻速慢、钻头易磨损，旋冲钻井对钻具破坏损伤大，且自身寿命短，急需研发一种新了钻井方法及其配套工具，通过简单有效地方式和工具提高破岩效率、延长钻头寿命、防止卡钻事故和解决滑动定向（简称ERD）钻进模式的难题等。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种用于钻井工程的提高破岩效率、延长钻头寿命并降低粘卡可能性的钻井动力工具，并在此基础上提供由其构成的新型钻井工具。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

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。

按上述技术方案，所述的旋转发生器或扭力发生器为螺杆或涡轮或叶轮。

按上述技术方案，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，且最小阀流通孔面积≥最大阀流通孔面积的1/5。

按上述技术方案构成的新型钻井工具，其特征是：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。

按上述技术方案，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。