[实用新型]轴流式井下动力增压钻具

说明书

技术领域

本实用新型是关于一种井下钻具，尤其涉及一种实现机械和水力联合破岩的轴流式井下动力增压钻具。

背景技术

近年来，浅层油气资源勘探开发程度越来越高，致使剩余浅层资源越来越少，这就导致了深井、超深井钻探工作量逐年上升。但是，深井、超深井钻井速度慢，且易使钻具造成严重磨损或损坏，从而引发事故，亟需新的钻井技术来提高钻井速度，缩短钻井周期，提高勘探开发效益。实验和研究表明，井下动力钻具和超高压喷射钻井技术相结合，能很好解决上述问题。现有的井下动力钻具包括有涡轮钻具和螺杆钻具等。

涡轮钻具是一种将钻井液所具有的水力能转换成涡轮轴上的机械能并由涡轮轴带动钻头旋转的水力机械；如图3所示，现有典型的涡轮钻具7包括有壳体71，壳体内壁设有涡轮定子73，壳体71中设有涡轮轴72，涡轮轴72上设有与涡轮定子73配合的涡轮转子74，涡轮轴72底部通过联轴器75与输出轴76连接；所述钻头77上设有普通喷嘴771，输出轴76中轴向设有连通的中心孔761、762，输出轴中心孔761上端贯通输出轴外壁并与钻井液流通通道导通；其主要工作原理是，钻井液自钻杆(图中未示出)输入到涡轮钻具，当钻井液从涡轮定子与涡轮转子之间流入时，由于液流方向和速度的改变，会在涡轮转子上产生推力，迫使涡轮转子旋转，从而带动涡轮轴(主轴)及钻头旋转，以实现钻进；同时，钻井液通过中心孔761、762和普通喷嘴771流出，清洁井底，携带岩屑。

但是，涡轮钻具中钻井液压降较大，降低了钻头的水马力，提速效果不明显，通过大量研究与现场试验发现机械破岩配合超高压喷射钻井技术能大幅度提高钻井速度。目前使用较多的超高压喷射钻井技术是井下增压超高压射流钻井技术，该技术不需要额外的地面设备，易于将常规钻井方式转向超高压射流钻井方式，安全可靠，代表了超高压射流增压方式研究的发展趋势。

现有的井下增压器主要有：离心式井下增压器，利用离心泵对钻井液进行加压；旁通式井下增压器，利用大面积推小面积增加压力；射流式井下增压器，利用压差使活塞上下运动对钻井液进行加压；钻柱减振式井下增压器，利用钻柱振动，使活塞上下运动对钻井液进行加压；螺杆式井下增压器，利用动力转换体将旋转接头的旋转运动转换为柱塞的往复运动对钻井液进行加压；分隔式井下增压器，运用流体液压传递原理，利用隔膜的软活塞特性对钻井液进行加压；水力增压式井下增压器，利用流体的卷吸作用和激励作用实现增压。但是，上述大多数现有技术只是依靠钻柱旋转带动钻头旋转，钻杆寿命低，易发生井下事故，且有效加压时间较短，效率较低。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种轴流式井下动力增压钻具，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种轴流式井下动力增压钻具，将涡轮钻具与轴流泵有机结合，由钻井液推动涡轮提供动力，在驱动钻头旋转破岩的同时，驱动轴流泵加压部分钻井液，进行高压射流辅助破岩，实现机械和水力联合破岩，以提高钻井效率。

本实用新型的目的是这样实现的，一种轴流式井下动力增压钻具，所述钻具包括有壳体，壳体内设有输出轴，所述输出轴上端通过联轴器与上方驱动部件连接，输出轴下部固定套设有钻头；所述输出轴与壳体之间、输出轴下部内设有钻井液过流通道，输出轴下部钻井液过流通道与钻头上部设有的容置空间连通；钻头下部设有第一喷嘴和第二喷嘴，所述第二喷嘴通过钻头上的第二射流孔与容置空间连通；所述输出轴内由下向上设有中心孔，中心孔上端设有与输出轴外壁导通的多个过流孔，输出轴下部与钻头之间连接有高压合金钢管，高压合金钢管内部有钻井液高压流道；所述中心孔底端通过高压合金钢管内部钻井液高压流道、钻头上的第一射流孔与第一喷嘴连通；位于壳体内的输出轴上套设有一轴流泵，所述轴流泵的进液处与钻井液过流通道连通，轴流泵的出液处与中心孔上端的过流孔导通，增压后的液体顺序通过过流孔、中心孔、高压合金钢管内部钻井液高压流道和第一射流孔由第一喷嘴射出。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述轴流泵包括多个叶轮，固定套设于输出轴上，叶轮分为上部叶轮与下部叶轮，上部叶轮主要用于消除钻井液的旋转运动，下部叶轮主要用于对钻井液进行加压，叶轮外部为泵筒。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述泵筒上、下部外缘分别连接一与壳体内壁固定连接的环形体；所述环形体上设有多个上下贯通的第一透孔。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述井下钻具为涡轮钻具，由涡轮在井下提供动力，该动力一部分带动钻头旋转，一部分带动轴流泵叶轮旋转对部分钻井液进行加压。