[发明专利]基于螺杆驱动的双速PDC钻头

说明书

本发明公开了一种基于螺杆驱动的双速PDC钻头，主要包括防掉上接头，防掉螺母，螺杆马达定子，螺杆马达转子，螺杆马达外壳，万向轴，外延大钻头，Y形密封圈，导流接头，中心小钻头，小钻头喷嘴等；装配顺序为先装配螺杆马达总成部分和万向轴总成部分，将两部分组装在一起，装配导流接头，装成整体部件；给外延大钻头装上Y形密封圈和外延大钻头喷嘴，装配外延大钻头；给中心小钻头装上小钻头喷嘴后装配在导流接头上，装配防掉上接头，防掉螺母，装配完成。本发明通过高压钻井液驱动螺杆马达，进而驱动中心小钻头，具有中心小钻头与外延大钻头以不同的转速钻进的特点，可有效提高机械钻速。

技术领域

本发明属于石油和天然气开采领域，具体涉及一种基于螺杆驱动的双速PDC钻头的设计。

背景技术

随着油气资源勘探开发的不断深入，深井、超深井以及新型油气资源井越来越多，钻遇“三高地层”(岩石硬度高、岩石可钻性级值高、岩石研磨性高)的可能性越来越大，传统PDC钻头在钻井破岩过程中，心部破岩效率低是制约机械钻速的一个重要因素。心部破岩效率低的主要原因是破岩过程井眼心部切削齿运动速度低，导致钻进过程钻头心部被岩石“顶”住，井眼中心岩石实际破碎形式为掰断，而不是牙轮钻头的冲击破碎或者PDC钻头的切削破岩。这严重影响了深部硬地层的机械钻速和勘探开发成本。机械钻速与使用寿命是衡量钻头性能的两个重要指标，提高机械钻速一直是钻井工程的关键问题。在保证一定使用寿命的前提下，提高机械钻速对于增加钻头总进尺、减少起下钻次数降低生产费用具有重要意义。针对深部硬地层钻进过程中机械钻速低的问题，本发明的基于螺杆驱动的双速PDC钻头，能够利用螺杆马达驱动中心小钻头先破碎中心的岩石，同时利用钻柱驱动外延大钻头快速钻进，有效的提高钻井作业效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中钻遇“三高地层”时，心部破岩效率低导致机械钻速不高的问题，提出了一种基于螺杆驱动的双速PDC钻头。

本发明的技术方案是：基于螺杆驱动的双速PDC钻头，由防掉上接头，防掉螺母，螺杆马达定子，螺杆马达转子，螺杆马达外壳，活铰a，万向轴，外延大钻头，活铰b，Y形密封圈，导流接头，中心小钻头，小钻头喷嘴，外延钻头大喷嘴组成；其特征是：装配顺序为先将螺杆马达定子装入螺杆马达外壳，在螺杆马达转子下端装上活铰a，将螺杆马达转子装入螺杆马达定子，在活铰a下端装上万向轴，装配活铰b，装配导流接头，装成整体部件；在外延大钻头凹槽处装入Y形密封圈，给外延大钻头装上外延钻头大喷嘴，将前面的整体部件装入外延大钻头，通过螺纹连接螺杆马达外壳和外延大钻头，给中心小钻头装上小钻头喷嘴，通过导流接头连接中心小钻头，通过螺纹连接装配防掉上接头，在螺杆马达定子上端装配上防掉螺母，装配完成。

上述方案中的基于螺杆驱动的双速PDC钻头，其特征在于：导流接头上开有周向均布的三个斜孔，钻井液从外延大钻头与导流接头之间的环空，通过斜孔进入导流接头，从而进入中心小钻头，钻进时从小钻头喷嘴喷出，斜孔有利于降低钻井液的压降。

上述方案中的基于螺杆驱动的双速PDC钻头，其特征在于：外延大钻头中间开有通孔，以至于导流接头能够穿过外延大钻头连接中心小钻头，通孔内部设计有装配Y形密封圈的两个凹槽。

上述方案中的基于螺杆驱动的双速PDC钻头，其特征在于：外延大钻头与导流接头之间设计有两个Y形密封圈；两个Y形密封圈的开口方向相反，上面的朝上，下面的朝下；起到良好的密封作用，可以避免钻井液从外延大钻头与导流接头之间流出来或者流进去。

上述方案中的基于螺杆驱动的双速PDC钻头，其特征在于：螺杆马达转子(4)上端设计有防掉螺母；钻井作业起下钻过程中，防止螺杆马达转子、活铰a、万向轴、活铰b、导流接头、中心小钻头整体向下移动。

上述方案中的基于螺杆驱动的双速PDC钻头，其特征在于：螺杆马达转子与导流接头之间设计有万向轴；螺杆马达转子的运动轨迹为行星运动，而导流接头连接着的中心小钻头只需要纯转动；设计的万向轴能够将螺杆马达转子的行星运动转化为纯转动。