[发明专利]防制动涡轮钻具

说明书

本发明提出了一种防制动涡轮钻具，所述防制动涡轮钻具上端与钻铤或钻杆螺纹连接，其下端经动力输出轴与钻头连接；该防制动涡轮钻具包括依次连接成一个整体的短螺杆马达总成、特制涡轮总成和双啮合复合驱动总成，短螺杆马达总成的下端通过螺纹串联连接特制涡轮总成的上端，特制涡轮总成的下端通过螺纹连接双啮合复合驱动总成的上端，双啮合复合驱动总成通过其内配合的两对啮合棘轮结构连接与钻头连接的动力输出轴。该防制动涡轮钻具能够大幅降低研磨性硬地层钻井中的卡钻风险，更安全可靠。

技术领域

本发明属于地质探矿工程及石油钻井技术领域，主要涉及一种具有防钻头制动功能的防制动涡轮钻具。

背景技术

石油钻井作为油气勘探开发中的一个重要环节，钻井技术水平的高低直接关系到油气勘探开发的效益的好坏，但目前钻穿硬、研磨性地层常常意味着巨大而独特的挑战。钻遇高研磨性硬地层通常会遇到机械钻速(ROP)低、振动大、井下钻具组合失效风险增加、频繁起下钻更换钻头和马达等问题导致大幅增加钻井成本。

在高研磨性硬地层钻井中，使用含螺杆钻具和PDC钻头的常规井下钻具组合(BHA)无法取得经济有效的进尺和可靠性。涡轮钻具非常适用于这种恶劣工况，能够更加高效地钻穿硬、研磨性地层，减少钻达完钻井深的起下钻次数，避免非生产时间，降低每米成本；但现有涡轮钻具受自身结构、性能的限制，其转速高扭矩小、工具压降相对于载荷变化不大的特点，在刚发生钻头制动或卡钻头复杂情况时，地面操作人员无法及时判断，易导致由于钻头粘卡造成的钻具落井事故，事故处理难度大，经常出填井侧钻甚至井眼报废等严重损失，使涡轮钻井技术的应用受到了严重制约。

中国专利CN106555549A公布的一种摩擦棘轮式防制动涡轮钻具可以实现实时防钻头制动功能，但结构复杂；而且无法通过泵压的变化及时判断钻头制动，尤其是无法及时判断是上部钻具还是钻头制动，不利于消除井下卡钻风险；其整机输出扭矩小、转速低也不利于及时消除钻头制动。

因此，迫切需要尽快解决现有涡轮钻具钻井的技术难点，大幅降低涡轮钻具钻井卡钻风险，使这项技术更加安全可靠，为研磨性硬地层钻井提供有效技术支撑。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种防制动涡轮钻具，该涡轮钻具能够大幅降低研磨性硬地层钻井中的卡钻风险，更安全可靠。

为了实现以上发明目的，本发明提出了一种防制动涡轮钻具，所述防制动涡轮钻具上端与钻铤或钻杆螺纹连接，其下端经动力输出轴与钻头连接；该防制动涡轮钻具包括依次连接成一个整体的短螺杆马达总成、特制涡轮总成和双啮合复合驱动总成，短螺杆马达总成的下端通过螺纹串联连接特制涡轮总成的上端，特制涡轮总成的下端通过螺纹连接双啮合复合驱动总成的上端，双啮合复合驱动总成通过其内配合的两对啮合棘轮结构连接与钻头连接的动力输出轴。

在一种实施方案中，所述短螺杆马达总成包括：短螺杆马达定子、短螺杆马达转子和挠性轴，短螺杆马达转子外表面设有螺纹槽且安装在短螺杆马达定子内，短螺杆马达转子下端连接挠性轴；所述短螺杆马达定子与短螺杆马达转子组成大间隙容积式马达，通过钻井液驱动短螺杆马达转子相对于短螺杆马达定子转动。

在一种实施方案中，所述特制涡轮总成包括：涡轮马达定子组件、涡轮马达转子组件和涡轮转子主轴。

在一种实施方案中，涡轮马达定子组件包括涡轮上接头、涡轮节外筒、多级扶正轴承外圈和多级涡轮定子叶片，其中，涡轮上接头与短螺杆马达定子下端连接，涡轮节外筒连接在涡轮上接头的下端外侧，多级扶正轴承外圈设在涡轮定子叶片外侧。

在一种实施方案中，涡轮马达转子组件包括涡轮转子主轴、涡轮转子压紧套、多级扶正轴承内圈和多级涡轮转子叶片，所述涡轮转子压紧套设在涡轮转子主轴外侧并压在扶正轴承内圈上，扶正轴承内圈设在涡轮转子叶片的两端，涡轮转子压紧套和涡轮转子叶片均连接在涡轮转子主轴上。