[实用新型]一种气体钻井井下动力钻具

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油、天然气钻井装备技术领域，具体地说，涉及一种用于气体钻井的井下动力钻具，它适合在气体钻水平井、定向井和大位移井中使用。

背景技术

目前国内油气资源勘探难度越来越大，目标已转向低产、低压、低渗等难开采油气藏，其中包含大量水敏、盐敏、碱敏及碎屑岩地层，与钻井滤液作用后渗透率急剧降低，用常规钻井方法很难实现储层保护或发现新气藏。国内外实践经验表明，利用气体钻井技术更加有利于发现和保护油气层，而利用水平井可以增加单井控制面积，有效提高单井产量，产能，延长单井生产时间，还可减少耕地征用和环境污染，具有显著的经济效益。水平井与气体钻井技术的结合能最大限度地解放油气层，为发现和合理开发低压低渗油气藏开辟新径，然而两者的结合还缺乏一个关键：一种专门用于气体钻井的井下动力钻具。目前用于气体钻井的井下动力钻具有空气螺杆和自转式空气锤。空气螺杆由传统的泥浆螺杆钻具改进而来，它本身因钻井液不可压缩而具有硬的机械特性，正是因为这个优点才使得它能广泛应用于定向和水平钻井。但空气螺杆尽管针对气体的可压缩性采取了一系列的结构优化和改进，基本满足以泡沫、充气为介质的欠平衡钻井，但当循环介质为纯气体和雾化液时仍然是用气体直接作用于螺杆马达，实际体积流量和压力随时在变，压缩性对输出动力的削弱程度仍然巨大，输出的扭矩和转速不稳定自然无法应用于气体钻定向井、水平井。自转式空气锤采用旋转、冲击方式破岩，气体不仅要产生冲击功还要驱动钎头旋转，需要非常高的压力才能实现有效钻进，做功时工况恶劣，钻具整体寿命短，现场实用性差。由于缺乏一种有效的井下动力钻具，造成气体钻井目前只能依靠地面设备的力量驱动钻柱旋转，这种方式往往只能在直井段、稳斜段以及长度较小的水平段使用，而在造斜段和长水平段，钻柱是无法旋转的。通常做法是在直井段和稳斜段采用气体钻井提速、治漏，在造斜段和长度更大的水平段则转换为泥浆采用常规方式钻进，不但增加了工作量和施工难度，也没有达到利用气体钻井发现和保护储层的目的，极大地限制了气体钻井技术的发展和应用。

公开号为CN2893125，公开日为2007年4月25日的中国专利文献公开了一种用于气体、泡沫钻井的螺杆钻具，它包括气体、泡沫马达、密封万向轴和密封传动轴，气体、泡沫马达、密封万向轴、密封传动轴依次连接。该马达在导热和密封性方面都作了有针对性的设计，马达转/定子头数较传统马达为大，可降低转速（40～100r/min）和减小转子运动时的惯性力；马达转排量比传统的泥浆马达要大，在满足携岩的同时一定程度上降低了马达启动和工作压降。

实践表明，这种基于传统泥浆螺杆钻具优化、改进而来的井下动力钻具虽然能基本满足以泡沫、充气为介质的欠平衡钻井，但当循环介质为纯气体和雾化液时由于气体压缩导致输出通过螺杆马达的实际气体流量不稳定，输出的扭矩和转速也不稳定，从而无法满足现场施工要求，气体钻水平井、定向井和大位移井的井下动力钻具问题仍然没有得到很好解决。

实用新型内容

本实用新型旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种气体钻井井下动力钻具，本实用新型能将气体能量转换为高压液体能，通过液压油在容积式马达内部的密闭循环来驱动转子旋转，克服了气体直接驱动马达时因压缩性导致的动力不足，同时也保留了气体作为循环介质的全部优势，有效解决了气体钻水平井、定向井和大位移井的井下动力问题。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：