[其他]旋转式钻井装置

说明书

本发明涉及一种由下列各部份组成的旋转式钻井（孔）装置：绕旋转轴旋转的钻体，装在钻体上并可旋转的带有许多齿的刀具，以及一个或一个以上的平衡反作用力部件;后者也装在钻体之上并至少部份向外突出。这种旋转式钻井装置可用来钻出大体成圆筒形壁和凹底的孔。

这种装置在本申请者先前提出的E.P.72，072号专利和相应的美国4，549，614号专利中作过介绍。这种钻井装置的试验结果非常好，但如能修改平衡反作用力部件的形状及其相对于刀盘的位置，效果显然还可以进一步改善。E.P.72，072号专利中提出的平衡反作用力部件是一种滚柱或一种摩擦件，它主要支承在钻孔的圆筒形壁面上，其作用是抵消地层对刀盘反作用力的径向分量，使钻头处于孔的中心，压实钻孔的圆筒形壁。但是，由于地层特性缘故，钻头有时会在其所受负荷的作用下进入地层过深，造成钻井装置的旋转装置过载甚至卡死，也可能由于装置在钻孔的底部打滑（底部在刀盘穿过后未经压实），使钻头偏离所要求的钻孔位置。

本发明的目的是通过改进平衡反作用力部件的形状和位置来克服上述这些缺点。

本发明的钻井装置由下列组成：

一个绕旋转轴旋转的钻体，

一个装在钻体上并可旋转的带有许多齿的刀具，

一个或多个装在钻体之上并至少部分突出的平衡反作用力部件，这种旋转式钻井装置可用来钻出大体成圆筒形的壁和凹底的孔;平衡反作用力部件在钻体上的位置应使其只接触孔的凹底部分;平衡反作用力部件突出部相对于钻体轴的最大径向距离要小于钻削齿突出部相对于钻体旋转轴的最大径向距离。

本发明装置具有如下各项优点：由于平衡反作用力部件与钻体之间的位置布置得当，使前者只同钻孔的凹底接触，而平衡反作用力部件与钻孔的圆筒形壁面之间留有空隙，所以钻井装置比较容易从孔中退出。空隙还可用作钻探液的通道，使钻孔过程中形成的碎石从孔中排出。

本发明装置的另一个优点是：平衡反作用力部件与孔底接触可以去除孔的所有突出部和压实孔的表面，从而消除由刀盘的前一次钻削开出的凹形底上的所有不规则形状，以便刀具下一次钻削。对钻孔凹形底面的压实和修整可以减少钻井装置偏离所要求的钻孔位置的危险。假设钻井装置不装设平衡反作用力部件来实施这一功能，则刀盘会由于钻孔的不规则底部的突出部和凹陷部而偏离其实际路线，或者刀盘滑入未作压实的孔底的松软的凹坑，造成钻井装置偏离钻轴。

本发明装置的一种推荐结构形式还有如下优点：通过适当布置平衡反作用力部件的接触面与刀盘的相对位置，来防止刀盘上的齿进入地层过深。如果刀盘的齿只是部份进入地层，而不是全部进入地层，那未钻孔过程就将会是高效、稳定和快速;因为在这种情况下一方面钻出的碎石颗粒较小，易于被钻探液带走，另一方面齿的钻削作用更加有效，只需加较小的力，从而可以防止钻井装置的旋转装置过载。

与孔的凹底部接触的平衡反作用力部件表面的形状应使其本身在孔的整个范围内保持连续接触。因此，平衡反作用力部件要用淬硬钢材等比较耐磨的材料制成，以使其在钻孔过程中能经受住与孔底接触造成的磨耗。平衡反作用力部件的表面还可以采用这种形式：上面点缀上若干个坚硬的大头钉，这些大头钉可以用碳化钨制造，突出在平衡反作用力部件的表面之外，相互间距一般为2毫米或更大些，这样在平衡反作用力部件和孔底面之间形成钻探液的流动通道，可以冷却平衡反作用力部件和清除刀具面上的碎石末。这些大头钉可以布置成交叉形的图案，这样在平衡反作用力部件的最高和最低接触点之间对孔底面作充分的清除和压实，从而可以非常有效地对孔底进行上述修整处理。对于某些类型的地层，还可以使大头钉成对排列（每对钉的两钉之间留有一定间隔），每对大头钉相对于钻井装置的旋转轴作辐射状排列。这种大头钉排列方式可以在每对大头钉之间的空隙中形成不间断的流动通道，以实现有效的冷却和碎石清除。

按照本发明推荐的结构形式，刀盘的旋转轴相对于钻体是偏离钻井装置的旋转轴;与普通的同轴结构相比，刀盘的位置使其在旋转方向具有一定导前。两轴的偏离可确保由前导齿来进行钻削，在后齿和孔之间的间隙可防止刀盘停止转动，在没有导前的情况下后齿与孔直接咬合就可能使刀盘停止转动;此外刀盘后方的间隙还有利于清除碎石。按照这种结构，由刀盘的下侧前导扇形部或扇形刀上的齿来进行钻削，而平衡反作用力部件的最佳位置是在钻井装置旋转轴的与扇形刀正相反的一侧。这样布置以后，所装的平衡反作用力部件就可以承受和抵消地层加在钻井装置的钻削面上的径向力，从而可以防止与所要求的钻轴发生偏离或偏斜。