[发明专利]一种双级双转速钻井装置

说明书

本发明涉及石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探、煤层气开发等行业领域中的一种双级双转速钻井装置，包括外壳体、动力总成、万向联轴器、中心轴、变速换向输入总成、变速换向转换总成、变速换向输出总成和二级钻头、一级钻头接头。该装置安装在井底钻具组合下部，利用第一级小钻头破岩速率高的特点钻出一个小尺寸导眼，由于岩石部分应力已经释放，从而降低了第二级较大尺寸钻头破岩难度，使井眼整体钻进速度得到提高，并且有利于井斜方位和粘滑振动的控制，对于提高深井、超深井钻井速度，延长钻柱及钻头使用寿命具有重要的实际意义。同时，双级双转速钻井装置还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点。

技术领域

本发明涉及一种双级双转速钻井装置，属于石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探设备领域。

背景技术

随着油气田开发难度的日益加大和钻井技术的快速发展，油气田对钻井提速的要求与日俱增，特别是深井、超深井、复杂结构井(长水平段水平井、大位移井、分支井等）数量不断增加，在钻探过程中，随着钻井井深的增加，不仅钻井液柱压力对井底压持效应加剧，而且地层岩石自身的强度、垂直地应力、水平地应力等相应增加，地层岩石可钻性变差，导致机械钻速降低，不仅影响了井身质量的控制，而且严重影响到全井的钻井周期和钻井成本。

钻井实践表明，双级钻井技术利用第一级小钻头破岩速率高的特点钻出一个小尺寸导眼，然后第二级较大尺寸钻头破岩时，由于岩石的部分应力已经释放，从而降低了较大尺寸钻头破岩的难度，使得井眼整体钻进速度得到提高，并且对于井斜方位和钻具粘滑振动的控制也有一定的积极作用，是一种比较理想的钻井技术。专利201210011193.1提到一种双级双速钻井工具，这种结构虽然实现了双级钻头两种转速的功能，但仍存在以下几点不足，不能完全满足现场钻井工艺技术的要求。（1)第二级钻头与钻柱连接，旋转动力与扭矩由地面提供，第二级钻头的破岩转速提升范围有限；（2)两级钻头转向相同，不能实现两级钻头剪切破碎岩石的效果(井底岩石抗压强度〉抗剪强度〉抗拉强度，因此剪切破碎更有利于岩石的破碎）；（3)两级钻头切削速度差异大，导致两级钻头钻压分配不合理，难以发挥钻头高速切削钻进的优势，极易造成两级钻头磨损不均衡，影响整体钻井速度；（4)不能满足复杂结构井钻井过程中滑动钻井的工艺技术要求；（5)不能有效控制井斜方位以及钻柱的粘滑振动。因此急需设计一种能够满足现场钻井工艺的实际要求，且结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的井下双级双转速钻井装置，充分发挥双级钻井技术的优势，降低钻柱振动的影响，提高井眼轨迹的控制精度，延长钻柱及钻头的使用寿命，满足油气田开发对于钻井工程提速提效的技术要求。

发明内容

本发明的目的是为了最大限度的发挥双级钻井技术在深井、超深井钻井过程中的优势，在提_钻进速度缩短钻井周期降低综合成本的同时，减少井底粘滑振动的危害提_井斜方位的控制力，延长钻柱及钻头的使用寿命，提供一种双级双转速钻井装置。

本发明的技术方案是：

一种双级双转速钻井装置包括外壳体1、动力总成2、万向联轴器3、中心轴4、变速换向输入总成6、变速换向转换总成8、变速换向输出总成和二级钻头、一级钻头接头，其中：动力总成2通过万向联轴器3连接在中心轴4的上端，中心轴4上部加工有旁通孔5,一级钻头接头19连接在中心轴4下端，变速换向输入总成6与中心轴4固定连接，变速换向转换总成8通过旋转轴9安装在外壳体1内，变速换向输出总成10与二级钻头16固定连接；变速换向输入总成6与变速换向转换总成8配合，变速换向转换总成8与变速换向输出总成10配合；二级钻头16与外壳体1和中心轴4之间均构成旋转密封配合。

上述方案还包括：

变速换向输入总成6与变速换向转换总成8以及变速换向转换总成8与变速换向输出总成10均为齿槽式配合。

外壳体1与二级钻头16之间安装承压轴承14,一级钻头接头19与变速换向输出总成10之间安装承压轴承18,一级钻头接头19外壁与二级钻头16内壁均镶嵌有耐磨片，呈交错状排列。