[实用新型]偏心双阶破岩装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻井、煤层气钻井领域的钻井工具领域，尤其是一种偏心双阶破岩装置。

背景技术

随着油气钻井井深的增加，岩层更加坚硬难以破碎，严重影响了机械钻速的提高，钻速的降低已经成为制约我国深层油气藏高效开发的技术瓶颈，而现有常规破岩钻井技术不能满足提速提效的工艺要求。PDC钻头具有优于其他钻头的优点而得到了广泛应用，但大尺寸井眼钻速慢、高研磨性地层钻头磨损严重、大尺寸或高性能钻头价格昂贵、钻头中心线速度低破岩能量不足，也是PDC钻头面临的主要问题，新型钻井技术如激光钻井、热能钻井、粒子冲击钻井还不能进行现场应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探提供一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的偏心双阶破岩装置，以进一步提高坚硬岩石、高研磨性岩石的破岩能力，大幅提高设计井眼的机械钻速。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

偏心双阶破岩装置，主包括外壳体1、容积式动力总成2、传动轴5、下接头7和一阶钻头8；传动轴5上部加工旁通孔4，传动轴5下部与下接头7连接，容积式动力总成2、旁通孔4、传动轴5均安装在外壳体1内部，下接头7位于外壳体下部，下接头7与一阶钻头8连接，其特征在于：还包括二阶钻头9；外壳体1与二阶钻头9连接；下接头7位于二阶钻头9内部；容积式动力总成2、传动轴5的中心轴与一阶钻头中心轴13重合，外壳体1与二阶钻头9中心轴12重合，一阶钻头中心轴13和二阶钻头中心轴12不重合。

上述方案进一步包括：

容积式动力总成2与传动轴5之间安装联轴器3，在外壳体1外部设有稳定器6。

稳定器6是螺旋稳定器或者是直棱型稳定器、滚轮稳定器的一种。

一阶钻头8底面突出于二阶钻头9底面。

本实用新型的偏心双阶破岩装置既具有同心结构的双阶破岩破岩装置的提高钻速，并解决一阶钻头中心线速度小，限制了一阶钻头破岩效率的问题；充分发挥现有技术装备的优势，打破国外技术垄断，发挥双阶钻井工艺的技术优势，提高钻井速度，降低钻井综合成本，缩短施工作业周期，满足深层油气藏高效开发钻井的工艺要求，双阶破岩工艺能够有效减小设计井眼所用钻头的破岩难度，进一步提高钻井破岩的效率；同时，偏心双阶破岩装置还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便特点。

现场实践证明，利用偏心双阶破岩装置钻井，平均提高钻井效率56.7%，节省钻井周期5-8天，且钻井质量符合设计标准，实现了低能耗、高效率的钻井目的。

附图说明

图1是依据本实用新型所提出的偏心双阶破岩装置结构示意图。

图2是依据本实用新型所提出的偏心双阶破岩装置的一阶钻头与二阶钻头组合示意图。

图3是依据本实用新型所提出的偏心双阶破岩装置中一阶钻头和二阶钻头在井眼中的运动轨迹示意图。

图中1-外壳体、2-容积式动力总成、3-联轴器、4-旁通孔、5-传动轴、6-稳定器、7-下接头、8-一阶钻头、9-二阶钻头、10-一阶钻头运动轨迹、11-二阶钻头运动轨迹、12-二阶钻头中心轴、13-一阶钻头中心轴。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本实用新型。

参照图1，偏心双阶破岩装置，主包括外壳体1、容积式动力总成2、传动轴5、下接头7和一阶钻头8；传动轴5上部加工旁通孔4，传动轴5下部与下接头7连接，容积式动力总成2、旁通孔4、传动轴5均安装在外壳体1内部，下接头7位于外壳体下部，下接头7与一阶钻头8连接，其区别特征在于：还包括二阶钻头9；外壳体1与二阶钻头9连接；下接头7位于二阶钻头9内部；容积式动力总成2、传动轴5的中心轴与一阶钻头中心轴13重合，外壳体1与二阶钻头9中心轴12重合，一阶钻头中心轴13和二阶钻头中心轴12不重合。

上述实施例进一步包括：

容积式动力总成2与传动轴5之间安装联轴器3，在外壳体1外部设有稳定器6。

稳定器6是螺旋稳定器或者是直棱型稳定器、滚轮稳定器的一种。

一阶钻头8底面突出于二阶钻头9底面。

本实用新型的工作机理和效果：

钻井破岩时，当钻井液进入偏心双阶破岩装置后，钻井液驱动容积式动力总成开始转动，通过联轴器驱动传动轴转动，进而驱动下接头转动，下接头转动驱动一阶钻头开始自转破岩，钻井液经过容积式动力总成后，经旁通孔进入传动轴内部，然后经过一阶钻头到达井底；同时地面转盘的转动扭矩通过钻柱传递至偏心双阶破岩装置外壳体到达二阶钻头，驱动二阶钻头转动破岩。一阶钻头在绕自身中心轴旋转破岩的同时，也随着二阶钻头的转动而绕着二阶钻头中心轴转动，从而产生了自转和公转两种状态，由于一阶钻头中心轴与二阶中心轴是偏心结构，就使得一阶钻头的高线速度区域经过钻头中心低线速度区域，也就克服了常规钻头由于中心线速度小而造成破岩效率低的不足。偏心双阶破岩装置通过控制两阶钻头的转动形式和组合方式，既能够钻出阶梯型井底，有利于设计井眼的快速高效钻进，又解决了常规钻头中心线速度小破岩效率低的问题，并且所钻井眼质量更好，钻柱稳定性更强，适用于各种类型钻头（牙轮钻头、PDC钻头）的技术要求，与常规破岩技术相比，在相同能耗和钻井周期的条件下，能够切削更多的岩石，即钻进速度更快、破岩效率更高，其经济效益十分显著。