專利名稱：用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法及裝備的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明是有關(guān)一種地質(zhì)、石油鉆探、建筑與橋梁樁基孔等施工作業(yè)的方法及裝備，具體地講是一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法及裝備。
在油氣鉆井中，這種直徑較大的井眼，一般可分為以下幾種情況①大直徑垂直井眼；②大直徑彎曲井眼；③大直徑垂直、彎曲和斜直的同種尺寸的相互銜接的同一井眼。
油氣鉆井的常規(guī)技術(shù)是鉆上部大直徑垂直井眼，一般用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆方式帶相應(yīng)大尺寸鉆頭鉆進(jìn)；對(duì)非大直徑彎曲井眼(直徑一般在171/2″即φ444mm以下)，則采用相應(yīng)尺寸的直螺桿鉆具加配彎接頭或彎殼體螺桿鉆具，采用定向方式鉆進(jìn)，或起鉆換用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆組合旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。
但是，對(duì)于大直徑的彎曲井眼(直徑一般在20″即φ508mm及其以上，如26″即φ660mm等)，若采用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆方式則難以控制井斜及方位；若采用螺桿鉆具定向鉆進(jìn)，則因找不到與之適應(yīng)的大尺寸螺桿鉆具而無(wú)法實(shí)施。盡管這種情況在油氣鉆井作業(yè)中遇到不多(可設(shè)法從井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加以避免)，但確實(shí)存在無(wú)法避免的情況，致使施工難以進(jìn)行。造成這種情況的根本原因在于目前的螺桿鉆具系列產(chǎn)品的最大尺寸為95/8″(φ244mm)，其適于鉆121/4″(φ311mm)井眼，勉強(qiáng)用于鉆171/2″(φ444mm)井眼，對(duì)于更大尺寸井眼則無(wú)能為力，這是由于螺桿鉆具的內(nèi)在特性所確定，一般不設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)更大尺寸的螺桿鉆具。
本發(fā)明的目的還在于，提供一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，利用現(xiàn)有的小尺寸螺桿鉆具，可以鉆垂直或斜直的大口徑井眼(孔)。
本發(fā)明的目的還在于，提供一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，利用現(xiàn)有的小尺寸螺桿鉆具，可以鉆垂直或鉆垂直—彎曲—斜直等組合井眼的大口徑井眼(孔)。
本發(fā)明所提供的一種捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，至少包含有兩個(gè)各自獨(dú)立的小尺寸螺桿鉆具，這些小尺寸螺桿通過(guò)公共上聯(lián)接頭和捆綁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)固定和并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)鉆具整體；該組合鉆具的頂部為公共上聯(lián)接頭，其上端為一錐扣，與上方鉆鋌相連，中部為空腔，下端為一組錐扣，與其下方的過(guò)渡接頭相連；小尺寸螺桿鉆具與過(guò)渡接頭的下端連接；每一小螺桿鉆具的下端形成有各自獨(dú)立的動(dòng)力輸出端，該動(dòng)力輸出端帶動(dòng)鉆頭系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明所提供的一種用小尺寸螺桿組合鉆具鉆大口徑井(孔)的方法，是利用上述組合鉆具，通過(guò)公共上聯(lián)接頭把鉆井液均勻分配至每個(gè)小尺寸螺桿鉆具，使得每一個(gè)小尺寸螺桿鉆具保持分別獨(dú)立的動(dòng)力輸出；該組合鉆具的動(dòng)力輸出端連接有鉆頭系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大口徑井(孔)的鉆進(jìn)。
本發(fā)明包含了以下兩種不同類(lèi)型的捆綁式小尺寸螺桿組合及工藝方法
1、雙層獨(dú)立鉆頭配置的捆綁式小螺桿組合鉆具和工藝方法。
該種類(lèi)型的捆綁式小螺桿組合鉆具，是將至少三個(gè)小尺寸的螺桿鉆具以捆綁方式并聯(lián)固定而構(gòu)成。一個(gè)位于中心位置的小尺寸螺桿的鉆頭位于下層，在周邊均布兩個(gè)或兩個(gè)以上的小尺寸螺桿，與中心螺桿軸向錯(cuò)開(kāi)，其鉆頭位于上層；上下兩層鉆頭在井眼軸向垂直面上的投影皆為圓，且下層鉆頭的投影圓與上層每個(gè)鉆頭的投影圓存在重疊區(qū)域。
利用這種組合鉆具鉆大口徑井(孔)的方法，是通過(guò)公共上聯(lián)接頭將鉆井液均勻分配于每個(gè)小尺寸螺桿鉆具，使得每一個(gè)小尺寸螺桿鉆具保持分別獨(dú)立的動(dòng)力輸出端，每一動(dòng)力輸出端分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一個(gè)鉆頭。旋轉(zhuǎn)鉆柱，帶動(dòng)組合鉆具整體旋轉(zhuǎn)，位于下層的中心鉆頭導(dǎo)鉆出領(lǐng)眼，上層的各鉆頭在自轉(zhuǎn)的同時(shí)又作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，鉆掉各鉆頭間的存巖。在一周旋轉(zhuǎn)中上下兩層鉆頭必能覆蓋全部井底，鉆出大口徑的井或孔。
該組合鉆具在斜直井中可實(shí)現(xiàn)降斜鉆進(jìn)，也可配置穩(wěn)定器鉆出斜直井眼。
2、同層多軸共用鉆頭配置的捆綁式小螺桿組合鉆具及工藝方法該種類(lèi)型的捆綁式小螺桿組合鉆具，是將至少兩個(gè)小尺寸彎殼體導(dǎo)向螺桿鉆具，置其結(jié)構(gòu)彎角位于同一方向形成同一的工具面，以捆綁方式并聯(lián)固定而構(gòu)成。各螺桿的動(dòng)力輸出端無(wú)軸向錯(cuò)位，位于同一層面上，共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)特殊的大鉆頭旋轉(zhuǎn)。
利用這種組合鉆具鉆大口徑井(孔)的方法，是通過(guò)公共上聯(lián)接頭將鉆井液均勻分配于每個(gè)小尺寸螺桿鉆具，使得每一個(gè)小尺寸彎殼體螺桿鉆具保持分別獨(dú)立的動(dòng)力輸出；以同層方式配置的動(dòng)力輸出端共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)特制的大直徑鉆頭，鉆出大口徑的井或孔。
在鉆進(jìn)彎曲井段時(shí)，具有共同工具面角的捆綁式螺桿組合就象單一的導(dǎo)向螺桿鉆具一樣，定向鉆進(jìn)(鉆柱不轉(zhuǎn))；扭方位也同樣置為定向狀態(tài)；當(dāng)需穩(wěn)斜鉆進(jìn)時(shí)，可開(kāi)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)導(dǎo)向鉆進(jìn)鉆出斜直井段；也可在垂直井段導(dǎo)向鉆進(jìn)鉆出垂直井眼。
本發(fā)明的原理及效果，是在現(xiàn)有的螺桿尺寸系列產(chǎn)品中(如φ244，φ197，φ165，φ120，φ95……)，選取一種或兩種合適的直徑品種，按一定的組合方實(shí)行“捆綁”，以增大其工作力矩和井眼直徑，使其成為一種新的組合式工具；針對(duì)不同的工作對(duì)象(如垂直大尺寸井眼，垂直—彎—斜直組合井眼等)，采用不同的軸向配置(雙層獨(dú)立鉆頭方式，同層多軸共用鉆頭方式)，以保證鉆出滿足要求的大尺寸井眼。
利用本發(fā)明用小尺寸螺桿鉆具組合及鉆大口徑井(孔)的方法，可鉆垂直大井眼，以及鉆垂直—彎曲—斜直組合井眼等。


圖13本發(fā)明圖12的C-C剖視圖。
實(shí)施例1本實(shí)施例提供了一種雙層獨(dú)立鉆頭配置的捆綁式小螺桿組合鉆具(結(jié)構(gòu)示意圖如圖1至圖7所示)和工藝方法，本實(shí)施例的組合方式主要應(yīng)用于鉆垂直大井眼，也可以鉆斜直井眼或者降斜井眼。
依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)思路，本實(shí)施例提供了一種雙層獨(dú)立鉆頭配置的捆綁式螺桿組合鉆具，如圖1所示，該組合鉆具至少包含有三個(gè)各自獨(dú)立的小尺寸螺桿鉆具1，通過(guò)捆綁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)捆綁固定，構(gòu)成一個(gè)鉆具整體；通過(guò)一個(gè)公共上聯(lián)接頭2將鉆井液平均分配至各小尺寸螺桿鉆具1，各螺桿鉆具1分別驅(qū)動(dòng)各自獨(dú)立的鉆頭；鉆頭采用雙層配置，沿螺桿鉆具1軸向錯(cuò)開(kāi)，中心螺桿及其鉆頭121相對(duì)靠下，其他幾根螺桿鉆具1相對(duì)靠上且其鉆頭122位于同一層面。
本實(shí)施例的工作過(guò)程是，鉆柱中的鉆井液經(jīng)上方鉆鋌、公共上聯(lián)接頭2和過(guò)渡接頭3流入各螺桿鉆具1，驅(qū)動(dòng)它們并帶動(dòng)各自的鉆頭旋轉(zhuǎn)。在鉆柱不旋轉(zhuǎn)的情況下，中心鉆頭121鉆出領(lǐng)眼，沿周的鉆頭122鉆出獨(dú)立凹坑。在旋轉(zhuǎn)鉆柱的情況下，沿周的鉆頭122的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，會(huì)鉆掉凹坑之間的存巖，從而形成環(huán)狀井底。由于中心鉆頭121的先導(dǎo)鉆出領(lǐng)眼，耗功小，易保直；后續(xù)小鉆頭擴(kuò)眼容易實(shí)現(xiàn)，因此即可鉆出垂直井眼。
本實(shí)施例的組合的設(shè)計(jì)原則是(1)選取一種或幾種小尺寸螺桿鉆具1形成組合，盡量減少所選工具種類(lèi)；(2)所有螺桿獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的鉆頭121、122在一周旋轉(zhuǎn)中必須能復(fù)蓋全部井底，換言之，各獨(dú)立鉆頭沿井眼軸向?qū)ζ浯姑娴耐队耙恢苄D(zhuǎn)迭加是一個(gè)圓；(3)各鉆頭各螺桿鉆具1之間不得存在運(yùn)動(dòng)干涉；(4)各螺桿鉆具1之間捆綁可靠，適應(yīng)井下工作環(huán)境。
根據(jù)上述原則決定了以下工藝方法和設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)鉆柱整體采用旋轉(zhuǎn)方式；(2)各螺桿鉆具1獨(dú)立驅(qū)動(dòng)鉆頭121、122；(3)中心鉆頭121和沿周鉆頭122采用雙層配置。在平面關(guān)系上可采用一大幾小，即中心為大鉆頭121，沿周均布幾個(gè)小鉆頭122，如圖8所示；或一小幾大，即中心為小鉆頭121，沿周均布幾個(gè)大鉆頭122，如圖9所示。圖中實(shí)線圓為鉆頭外徑，虛線圓為相應(yīng)的螺桿鉆具1的直徑。由一個(gè)位于中心位置的小尺寸螺桿鉆頭121構(gòu)成一層，在其周邊可均布有兩個(gè)或兩個(gè)以上的小尺寸螺桿鉆頭122構(gòu)成另外一層，且中心螺桿鉆頭121的外圓與另一層中每個(gè)螺桿鉆頭的外圓122在平面上總存在相交的關(guān)系?？紤]到領(lǐng)眼鉆進(jìn)，及減少工具配置，一般采用同一種螺桿鉆具組合和“一大三小”的鉆頭配置更合理，如圖7所示；(4)幾根螺桿鉆具1軸向錯(cuò)開(kāi)，中心螺桿及鉆頭121相對(duì)靠下，其他幾根螺桿相對(duì)靠上且其鉆頭122位于同一層面，如圖10所示；(5)幾根螺桿鉆具1的上端通過(guò)公共上聯(lián)接頭2實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，在各螺桿鉆具1的中部有1-2個(gè)捆綁環(huán)4實(shí)現(xiàn)固定和并聯(lián)。
本實(shí)施例提供的鉆頭雙層配置方式的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)如圖1至圖7所示。在本實(shí)施例中，采用一大三小的鉆頭組合方式，其中螺桿組合鉆具的中心是一根小尺寸的螺桿鉆具1，沿圓周均布的是三根與中心螺桿同種尺寸的螺桿鉆具1，分別配置與之相對(duì)應(yīng)的一只大鉆頭121和三個(gè)小鉆頭122。中心的螺桿和大鉆頭121相對(duì)靠下，沿周的三根螺桿和小鉆頭122相對(duì)靠上，因而形成雙層配置和領(lǐng)眼鉆進(jìn)、后續(xù)擴(kuò)眼的方式。
本發(fā)明中所述的公共上聯(lián)接頭2的結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。其上方是一個(gè)錐螺紋母扣21，用于和上方鉆鋌的公扣相連；其中部為一空腔22；其下端為四個(gè)母扣錐螺紋23，與下方的四根過(guò)渡接頭3相連；鉆井液由上方的鉆鋌進(jìn)入公共上聯(lián)接頭2中的空腔22內(nèi)，經(jīng)過(guò)渡接頭3流入各小尺寸螺桿鉆具1，構(gòu)成鉆井液分配機(jī)構(gòu)。該公共上聯(lián)接頭2的外圓柱表面經(jīng)加工形成光滑吻接的凹槽24，以便鉆井液通過(guò)。
公共上聯(lián)接頭2的下方是四根過(guò)渡接頭(雙公螺紋)，如圖4所示，分別與下方的4根螺桿鉆具的母扣相連。由于中心螺桿鉆具1相對(duì)靠下，且鉆頭121為領(lǐng)眼方式配置，位于其他三個(gè)小鉆頭122之下，所以中間的過(guò)渡接頭3的長(zhǎng)度大于其他三個(gè)過(guò)渡接頭3，以作位置補(bǔ)償。
過(guò)渡接頭以下是四根同種直徑的螺桿鉆具1，按圖7所示方式排布。在鉆具組合的中部和下部有二個(gè)捆綁環(huán)4，其結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示。四根螺桿鉆具1穿過(guò)捆綁環(huán)4相應(yīng)的通孔41，通過(guò)緊釘螺釘實(shí)現(xiàn)固定并加涂防松膠；在捆綁環(huán)4的上、下端緣處，通過(guò)點(diǎn)焊與四根螺桿鉆具進(jìn)一步固聯(lián)。該捆綁環(huán)4外周設(shè)有凹槽42，鉆井液由此凹槽42通過(guò)。
四根螺桿鉆具1的下方是四個(gè)兩種規(guī)格的鉆頭121、122，一大三小，形成領(lǐng)眼—擴(kuò)孔式的雙層配置。
本實(shí)施例的工作過(guò)程如下鉆柱中的鉆井液由上方鉆鋌、公共上聯(lián)接頭2和各螺桿的過(guò)渡接頭3分別流入四根螺桿鉆具1，驅(qū)動(dòng)它們并帶動(dòng)鉆頭121、122旋轉(zhuǎn)。在鉆柱不旋轉(zhuǎn)的情況下，中心大鉆頭121鉆出領(lǐng)眼，沿周的三個(gè)小鉆頭122鉆出三個(gè)獨(dú)立凹坑。但在旋轉(zhuǎn)鉆柱的情況下，沿周的三個(gè)鉆頭122的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，會(huì)鉆掉凹坑之間的存巖，從而形成環(huán)狀井底。由于大鉆頭121的先導(dǎo)鉆出領(lǐng)眼，耗功小，易保直；后續(xù)三個(gè)小鉆頭122擴(kuò)眼容易實(shí)現(xiàn)，因此即可鉆出垂直井眼。
在斜直井中，該鉆具可實(shí)現(xiàn)降斜鉆進(jìn)，也可再配置穩(wěn)定器鉆出斜直井眼。
實(shí)施例2本實(shí)施例提供一種同層多軸共用鉆頭配置的捆綁式小螺桿組合鉆具及工藝方法。本實(shí)施例的小螺桿組合和工藝方法是用于鉆定向井、水平井的造斜、穩(wěn)斜和扭方位井段。
依本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路，在本實(shí)施例中，如圖11所示，至少將兩個(gè)小尺寸彎殼體螺桿鉆具1以并聯(lián)捆綁方式組合成一個(gè)組合鉆具，通過(guò)公共上聯(lián)接頭2將鉆井液均勻分配于每個(gè)小尺寸螺桿鉆具1，使得每一個(gè)小尺寸螺桿鉆具1保持分別獨(dú)立的動(dòng)力輸出；小螺桿鉆具1的輸出端處于同一層面，共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)特制的大鉆頭5旋轉(zhuǎn)，通過(guò)大鉆頭5的鉆進(jìn)即可鉆出大井或孔。
在本實(shí)施例中，小直徑螺桿鉆具為彎殼體導(dǎo)向螺桿鉆具1，在進(jìn)行捆綁時(shí)，各小螺桿的結(jié)構(gòu)彎角位于同一方向，以形成同一的工具面和一個(gè)可以共同扭方位的鉆柱整體。
本實(shí)施例的工作原理是，鉆井液由上部鉆鋌、公共上聯(lián)接頭2和雙公過(guò)渡接頭3分流輸送至幾根并聯(lián)的彎殼體螺桿鉆具1，驅(qū)動(dòng)幾根螺桿馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)各自的動(dòng)力輸出端帶動(dòng)大鉆頭5本體旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆井液從幾根螺桿鉆具1的傳動(dòng)軸11流入鉆頭5本體內(nèi)部凹腔53中，經(jīng)鉆頭5本體上的水眼54射出，以清洗井底。由于內(nèi)齒圈51與幾個(gè)小齒輪6屬?gòu)?qiáng)制性的機(jī)械同步，而每根螺桿的轉(zhuǎn)速可能存在差異，其轉(zhuǎn)速差可通過(guò)每根螺桿的轉(zhuǎn)子中孔13實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。
在本實(shí)施例所示鉆具組合的上端頭和螺桿的彎點(diǎn)之間，至少設(shè)有一個(gè)捆綁環(huán)4；在彎點(diǎn)以下的適當(dāng)位置至少設(shè)有一個(gè)捆綁環(huán)4。因此，在鉆進(jìn)彎曲井段時(shí)，具有共同工具面角的捆綁式螺桿組合就象單一的導(dǎo)向螺桿鉆具一樣，定向鉆進(jìn)(鉆柱不轉(zhuǎn))；扭方位也同樣置為定向狀態(tài)；當(dāng)需穩(wěn)斜鉆進(jìn)時(shí)，可開(kāi)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)導(dǎo)向鉆進(jìn)，于是鉆出斜直井段；也可在垂直井段導(dǎo)向鉆進(jìn)鉆出垂直井眼。
在本實(shí)施例，可選取一種或幾種小尺寸彎殼體螺桿鉆具1捆綁形成組合，最好選擇相同型號(hào)的小螺桿；各小螺桿上端通過(guò)公共上聯(lián)接頭2實(shí)現(xiàn)上端的并聯(lián)捆綁；幾根螺桿鉆具1的動(dòng)力輸出端采用同層配置，各小螺桿的動(dòng)力輸出端與大鉆頭5本體保持相互嚙合狀態(tài)。
本實(shí)施例的組合鉆具結(jié)構(gòu)如圖11、圖12、圖13所示。
在小螺桿組合的上部是公共上聯(lián)接頭2，以下是過(guò)渡接頭3(雙公扣)，過(guò)渡接頭3以下是幾根同種型號(hào)的小直徑螺桿鉆具1(一般可為三根)，沿圓周呈120°均勻布置。這些小直徑螺桿鉆具1為彎殼體導(dǎo)向螺桿鉆具，其結(jié)構(gòu)彎角位于同一方向，以形成同一的工具面。在公共上聯(lián)接頭2和螺桿的彎點(diǎn)之間，有一個(gè)捆綁環(huán)4；在彎點(diǎn)以下的適當(dāng)位置有另一個(gè)捆綁環(huán)4。兩個(gè)捆綁環(huán)4的結(jié)構(gòu)型式、安裝和聯(lián)接方法，以及公共上聯(lián)接頭2的結(jié)構(gòu)型式與實(shí)施例1基本相同。
該種螺桿組合與上述實(shí)施例1的顯著差別在于幾根螺桿鉆具共用一個(gè)特殊大鉆頭5，幾根螺桿鉆具1共同帶動(dòng)這個(gè)特殊大鉆頭5旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。為了實(shí)現(xiàn)這種強(qiáng)制性的機(jī)械同步要求，每根螺桿的轉(zhuǎn)子中心鉆有小通孔13，以旁通鉆井液從而補(bǔ)償轉(zhuǎn)差；每根螺桿的傳動(dòng)軸11下端采用和常規(guī)螺桿鉆具不同的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與公共鉆頭5進(jìn)行組裝，如圖13所示。
在圖13中，幾根螺桿鉆具1的傳動(dòng)軸11外伸端穿過(guò)環(huán)形蓋板52的相應(yīng)孔，軸端通過(guò)鍵與相應(yīng)小齒輪6(外齒輪)相連，軸下端車(chē)有左旋螺紋，用盤(pán)形左旋螺母61擰緊以實(shí)現(xiàn)小齒輪6的限位與固定。傳動(dòng)軸11總成外殼12端部通過(guò)螺釘和彈簧墊圈，把外殼12端部和環(huán)形蓋板52實(shí)現(xiàn)防松固連，從而使外殼12端部頂緊在相應(yīng)的凹形環(huán)槽522內(nèi)。鉆頭5本體內(nèi)部是一環(huán)形凹槽53，凹槽53內(nèi)裝有內(nèi)齒圈51(靜配合)，外圓柱面上裝有軸承(推力向心)，內(nèi)部凹槽53底面上設(shè)有水眼54；鉆頭5本體外是外套圈55，內(nèi)裝有軸承外套，外套圈55上部是環(huán)形蓋板52。鉆頭5本體外圓柱面上裝限位機(jī)構(gòu)56，以限制大鉆頭5相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸11的軸向移動(dòng)。鉆頭5本體外或裝有牙輪、或金剛石鉆頭相應(yīng)的切削物，從而構(gòu)成牙輪鉆頭或金剛石鉆頭。環(huán)形蓋板52內(nèi)孔處裝有密封圈521，和通過(guò)其中的螺桿鉆具傳動(dòng)軸11實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)密封。
圖11、12、圖13所示的同層多軸共用鉆頭配置的捆綁式小螺桿鉆具組合是這樣工作的當(dāng)鉆井液經(jīng)上部鉆鋌、公共上聯(lián)接頭2和雙公過(guò)渡接頭3分流輸送至幾根并聯(lián)的彎殼體螺桿鉆具1，驅(qū)動(dòng)幾根螺桿馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)各自的傳動(dòng)軸11和軸端小齒輪6帶動(dòng)內(nèi)齒圈51，從而帶動(dòng)鉆頭5本體旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆井液從幾根螺桿鉆具1的傳動(dòng)軸11流入鉆頭5本體內(nèi)部的環(huán)形凹槽53，經(jīng)該環(huán)形凹槽53底部的水眼54射出，以清洗鉆頭5和井底。由于內(nèi)齒圈51與幾個(gè)小齒輪6屬?gòu)?qiáng)制性的機(jī)械同步，而每根螺桿的轉(zhuǎn)速可能存在差異，其轉(zhuǎn)速差可通過(guò)每根螺桿的轉(zhuǎn)子中心的通孔13實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。
在鉆進(jìn)彎曲井段時(shí)，具有共同工具面角的捆綁式螺桿組合就象單一的導(dǎo)向螺桿鉆具一樣，定向鉆進(jìn)(鉆柱不轉(zhuǎn))；扭方位也同樣置為定向狀態(tài)；當(dāng)需穩(wěn)斜鉆進(jìn)時(shí)，可開(kāi)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)導(dǎo)向鉆進(jìn)于是鉆出斜直井段；也可在垂直井段導(dǎo)向鉆進(jìn)鉆出垂直井眼。
本發(fā)明除鉆油氣井外，也可用于地質(zhì)勘探、建筑及橋梁樁基孔及其他地下工程的大孔鉆進(jìn)施工，工藝方法已如上述。可按照前述的實(shí)施例所述的方法，針對(duì)具體大孔孔徑，選用合適的小螺桿鉆具的尺寸、數(shù)量、布置方式進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，該組合鉆具至少包含有兩個(gè)各自獨(dú)立的小尺寸螺桿鉆具，這些小尺寸螺桿通過(guò)公共上聯(lián)接頭和捆綁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)固定和并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)鉆具整體；該組合鉆具的頂部為公共上聯(lián)接頭，該公共上聯(lián)接頭的上端為一錐扣，與上方鉆鋌相連，中部為空腔，下端為一組錐扣，與其下方過(guò)渡接頭的上端相連；小尺寸螺桿鉆具與過(guò)渡接頭的下端連接；每一小螺桿鉆具的下端形成有各自獨(dú)立的動(dòng)力輸出端，該動(dòng)力輸出端帶動(dòng)鉆頭系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的公共上聯(lián)接頭構(gòu)成小尺寸螺桿鉆具的上端捆綁和鉆井液的分配該鉆井液分配；該公共上聯(lián)接頭的上端與鉆鋌由錐扣連接而導(dǎo)通，下端與一組過(guò)渡接頭相連，鉆井液經(jīng)過(guò)渡接頭的中孔分流至各小尺寸螺桿鉆具。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的過(guò)渡接頭為兩端具有錐扣的中空結(jié)構(gòu)，一端與公共上聯(lián)接頭相連，另一端與螺桿鉆具相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的組合鉆具可于中部和下端部設(shè)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的捆綁環(huán)，小螺桿鉆具穿過(guò)該捆綁環(huán)上的通孔，并與該捆綁環(huán)固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，所述捆綁環(huán)外周設(shè)有凹槽，鉆井液由此凹槽通過(guò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的小螺桿鉆具的輸出端是以分層方式配置，每一小螺桿的動(dòng)力輸出端分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一個(gè)鉆頭，以構(gòu)成分層鉆頭系統(tǒng)；由鉆柱旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)該組合鉆具整體轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的捆綁式螺桿組合鉆具；其特征在于，所述的螺桿組合鉆具的中心是一根小尺寸螺桿鉆具，其動(dòng)力輸出端相對(duì)靠下，構(gòu)成下層；在該組合鉆具的周邊均布兩個(gè)或兩個(gè)以上的小尺寸螺桿，其動(dòng)力輸出端相對(duì)靠上，構(gòu)成上層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的捆綁式組合螺桿鉆具，其特征在于，由小尺寸螺桿鉆具所驅(qū)動(dòng)的兩層鉆頭，在井眼軸向垂直面上的投影皆為圓，且下層鉆頭的投影圓與上層每個(gè)鉆頭的投影圓存在重疊區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，構(gòu)成組合鉆具的小尺寸螺桿可以是不同的規(guī)格。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的小螺桿鉆具的輸出端以同層方式捆綁配置；小尺寸螺桿鉆具的動(dòng)力輸出端共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)大鉆頭，構(gòu)成所述的鉆頭系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的小螺桿鉆具的輸出端可通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)方式連接于大鉆頭，并驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的捆綁式組合螺桿鉆具，其特征在于，所述的小螺桿鉆具的輸出端與小齒輪(外齒輪)相連，鉆頭本體內(nèi)部具有內(nèi)齒圈，與該些小齒輪嚙合，使其旋轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的鉆頭本體外或裝有牙輪、或金剛石鉆頭相應(yīng)的切削物，從而構(gòu)成牙輪鉆頭或金剛石鉆頭。在鉆頭本體上裝有蓋板，其內(nèi)孔處裝有密封圈，與通過(guò)其中的螺桿鉆具傳動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)密封。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，鉆頭本體內(nèi)部為一環(huán)形凹槽，凹槽底部至少有一個(gè)水眼。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的捆綁式螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的每根小尺寸螺桿的轉(zhuǎn)子中心鉆有小通孔，以旁通鉆井液而補(bǔ)償各螺桿的轉(zhuǎn)差。
16.一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，其特征在于，將至少兩個(gè)小尺寸螺桿鉆具以捆綁方式形成一個(gè)組合鉆具，通過(guò)公共上聯(lián)接頭把鉆井液均勻分配至每個(gè)小尺寸螺桿鉆具，使得每一個(gè)小尺寸螺桿鉆具保持分別獨(dú)立的動(dòng)力輸出；該組合鉆具的動(dòng)力輸出端連接有鉆頭系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大口徑井(孔)的鉆進(jìn)。
17.一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，其特征在于，將至少兩個(gè)小尺寸螺桿鉆具以捆綁方式形成一個(gè)組合鉆具，通過(guò)公共上聯(lián)接頭把鉆井液均勻分配至每個(gè)小尺寸螺桿鉆具，使得每一個(gè)小尺寸螺桿鉆具保持分別獨(dú)立的動(dòng)力輸出；動(dòng)力輸出端以分層方式配置，每一動(dòng)力輸出端分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一個(gè)鉆頭，以構(gòu)成分層鉆頭系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，其特征至少包括如下工藝方法(1)選取一種或幾種小尺寸螺桿鉆具捆綁形成組合，盡量減少所選工具種類(lèi)；(2)各小螺桿上端通過(guò)公共上聯(lián)接頭實(shí)現(xiàn)并聯(lián)和鉆井液分配，各螺桿至少由一個(gè)捆綁環(huán)實(shí)現(xiàn)固定和并聯(lián)；(3)鉆頭采用雙層配置，螺桿鉆具軸向錯(cuò)開(kāi)。中心螺桿及鉆頭相對(duì)靠下，其他幾根螺桿相對(duì)靠上且鉆頭位于同一層面；(4)各小螺桿鉆具獨(dú)立驅(qū)動(dòng)鉆頭；(5)鉆柱整體采用選用旋轉(zhuǎn)方式；(6)各鉆頭各螺桿之間不得存在運(yùn)動(dòng)干涉；(7)各獨(dú)立鉆頭沿井眼軸向?qū)ζ浯姑娴耐队笆且粋€(gè)圓，所有螺桿獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的鉆頭在一周旋轉(zhuǎn)中必須能復(fù)蓋全部井底；(8)開(kāi)泵，鉆柱中的鉆井液經(jīng)公共上聯(lián)接頭分別流入小尺寸螺桿鉆具，驅(qū)動(dòng)它們并帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)鉆柱，帶動(dòng)組合鉆具整體旋轉(zhuǎn)，位于下端的中心鉆頭導(dǎo)鉆出領(lǐng)眼，上層的各鉆頭在自轉(zhuǎn)的同時(shí)又作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，鉆掉各鉆頭間的存巖，形成環(huán)狀井底，鉆出大口徑井或孔。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，其特征在于，可鉆出垂直井眼，或斜直井眼及降斜井眼。
20.一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，其特征在于，將至少兩個(gè)小尺寸螺桿鉆具以捆綁方式形成一個(gè)組合鉆具，通過(guò)公共上聯(lián)接頭把鉆井液均勻分配至每個(gè)小尺寸螺桿鉆具，使得每一個(gè)小尺寸螺桿鉆具保持分別獨(dú)立的動(dòng)力輸出；動(dòng)力輸出端位于同一層，共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)特制的大鉆頭。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，其特征至少包括如下工藝方法(1)選取同種型號(hào)的小尺寸螺桿鉆具捆綁形成組合；(2)這些小尺寸螺桿鉆具為彎殼體導(dǎo)向螺桿鉆具，其結(jié)構(gòu)彎角位于同一方向，以形成同一工具面；(3)各螺桿通過(guò)公共上聯(lián)接頭實(shí)現(xiàn)上端并聯(lián)和鉆井液的分配，沿圓周方向均勻布置；(4)在組合鉆具的公共上聯(lián)接頭和螺桿的彎點(diǎn)之間，至少設(shè)有一個(gè)捆綁環(huán)，在彎點(diǎn)以下的適當(dāng)位置至少設(shè)有一個(gè)捆綁環(huán)；(5)所選的小尺寸螺桿鉆具的動(dòng)力輸出端采用同層配置，各螺桿的動(dòng)力輸出端與大鉆頭本體同時(shí)保持相互嚙合狀態(tài)；(6)開(kāi)泵，鉆柱中的鉆井液經(jīng)公共上聯(lián)接頭流入各小尺寸螺桿鉆具，各螺桿馬達(dá)同時(shí)旋轉(zhuǎn)，共同驅(qū)動(dòng)大鉆頭旋轉(zhuǎn)，向下鉆進(jìn)，鉆出大口徑的井或孔。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，其特征在于，在鉆進(jìn)彎曲井段時(shí)，具有共同工具面角的捆綁式螺桿組合鉆具就象單一的導(dǎo)向螺桿鉆具一樣，定向鉆進(jìn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，其特征在于，當(dāng)穩(wěn)斜鉆進(jìn)時(shí)，可開(kāi)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)導(dǎo)向鉆，鉆出斜直井段。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，其特征在于，在垂直井段導(dǎo)向鉆進(jìn)鉆出垂直井眼。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一種用小尺寸螺桿鉆具組合鉆大口徑井(孔)的方法，其特征在于，各小螺桿鉆具的轉(zhuǎn)子中孔實(shí)現(xiàn)各小螺桿的轉(zhuǎn)速差補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明提供一種捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，至少包含有兩個(gè)各自獨(dú)立的小尺寸螺桿鉆具，通過(guò)公共上聯(lián)接頭和捆綁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)固定和并聯(lián)；該組合鉆具的頂部為公共上聯(lián)接頭，其上端為一錐扣，與上方鉆鋌相連，中部為空腔，下端為一組錐扣，與其下方的過(guò)渡接頭相連；小尺寸螺桿鉆具與過(guò)渡接頭的下端連接；每一小螺桿鉆具的下端形成有各自獨(dú)立的動(dòng)力輸出端，帶動(dòng)鉆頭系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)；其可解決鉆大口徑井眼(孔)的問(wèn)題。本發(fā)明還提供一種利用上述組合鉆具鉆大口徑井(孔)的方法，通過(guò)公共上聯(lián)接頭把鉆井液均勻分配至每個(gè)小尺寸螺桿鉆具，每一個(gè)小尺寸螺桿鉆具保持獨(dú)立的動(dòng)力輸出；該組合鉆具的動(dòng)力輸出端連接有鉆頭系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大口徑井(孔)的鉆進(jìn)。
文檔編號(hào)E21B10/62GK1408982SQ0114174
公開(kāi)日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2001年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月17日
發(fā)明者蘇義腦, 竇修榮, 張潤(rùn)香 申請(qǐng)人:石油勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)研究院鉆井工藝研究所