一種用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油天然氣工程領(lǐng)域中用于沖擊破碎巖石的鉆井裝置，具體涉及一種用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著油氣勘探的不斷深入，勘探難度日益增加，井深從中淺層向深層、超深層延伸，破巖難度加大。目前，西部地區(qū)有73%石油資源儲(chǔ)量埋藏在深部地層，東部地區(qū)有53億噸的石油儲(chǔ)量埋藏在深部地層，中部地區(qū)有52%的天然氣資源量埋藏在深部地層。但深部地層鉆井破巖主要存在以下技術(shù)難點(diǎn):一是現(xiàn)有破巖技術(shù)在深部地層中機(jī)械鉆速較慢；二是復(fù)雜地層、難鉆地層所占比例逐年增大，傳統(tǒng)鉆井方式的鉆速越來越低，需要高效破巖技術(shù)支持；三是現(xiàn)有各種高效破巖技術(shù)國(guó)外發(fā)展水平相對(duì)較高，購(gòu)買、學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的費(fèi)用投入龐大。
[0003]在本發(fā)明做出之前，常規(guī)鉆井技術(shù)是在鉆頭加水射流的旋轉(zhuǎn)鉆井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是當(dāng)前應(yīng)用最多、技術(shù)最為完善的高效鉆井技術(shù)。但鉆進(jìn)深部難鉆地層時(shí)，鉆井效果十分不理想，機(jī)械鉆速低下，鉆井事故頻發(fā)，成本高。另一方面，共振原理在巖石破碎方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在路面改造工程，在鉆井破巖方面并沒有很好的應(yīng)用。本發(fā)明提供一種可以使井底巖石產(chǎn)生共振的底部鉆具組合，使共振技術(shù)應(yīng)用于鉆井成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合，這種用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合用于解決深部難鉆地層機(jī)械鉆速低，鉆井成本高的問題。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:這種用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合包括鉆柱、鉆頭、傳動(dòng)單元、振動(dòng)傳感器，傳動(dòng)單元自鉆柱內(nèi)腔一直延伸至鉆頭內(nèi)，且傳動(dòng)單元的沖擊末端從鉆頭的中心裸露出來并超出鉆頭的工作平面，傳動(dòng)單元附近至少安裝一個(gè)噴嘴；傳動(dòng)單元包括電動(dòng)馬達(dá)、螺紋銷釘、硬質(zhì)金屬塊、插孔單元、硬質(zhì)合金單元、沖擊末端，電動(dòng)馬達(dá)安裝在鉆柱內(nèi)，電動(dòng)馬達(dá)連接螺紋銷釘，螺紋銷釘?shù)南露斯潭ㄓ操|(zhì)金屬塊，螺紋銷釘與硬質(zhì)金屬塊形成倒T型，上螺旋彈簧上端抵于硬質(zhì)金屬塊，上螺旋彈簧下端固定在插孔單元的頂面上，插孔單元為T型的，插孔單元的下端從鉆頭的中心裸露出來，硬質(zhì)合金單元鑲嵌于插孔單元下部，沖擊末端鑲嵌于硬質(zhì)合金單元下部；下螺旋彈簧環(huán)繞在插孔單元外，下螺旋彈簧上端固定在插孔單元的頂面下，振動(dòng)傳感器安裝在插孔單元上。
[0006]上述方案中插孔單元由硬度大于60HRc的金屬材料制作，用于傳遞彈簧彈力作用于硬質(zhì)合金單元。
[0007]上述方案中沖擊末端由超硬材料制作，其形狀為非對(duì)稱的尖的或鈍的幾何形狀，用于作用井底巖石，使井底巖石產(chǎn)生共振。
[0008]上述方案中電動(dòng)馬達(dá)為微型電動(dòng)馬達(dá)，用來旋轉(zhuǎn)螺紋銷釘。
[0009]本發(fā)明具有以下有益效果: 1、本發(fā)明可以解決深部難鉆地層鉆井難題，大幅度提高機(jī)械鉆速。
[0010]本發(fā)明利用共振原理破碎深部地層難鉆巖石，使巖石自身在共振頻率作用下產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，然后在鉆頭的切削作用下輕易達(dá)到破碎效果。與常規(guī)鉆井方法相比，鉆井速度快，巖石破碎效果好，因此大大提高了機(jī)械鉆速。
[0011]2、本發(fā)明可以減少鉆頭磨損，節(jié)約鉆井成本。
[0012]本發(fā)明以引起井底巖石產(chǎn)生共振為主，PDC鉆頭切削破巖為輔，因此大大減少了PDC鉆頭切削齒脫落、斷齒等磨損問題，延長(zhǎng)了鉆頭壽命，節(jié)約了鉆井成本。同時(shí)傳動(dòng)單元中的組成部件均為常用材料，制造成本低廉。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的剖面圖。
[0015]圖中鉆柱2鉆頭3傳動(dòng)單元4電動(dòng)馬達(dá)5螺紋銷釘6硬質(zhì)金屬塊7上螺旋彈簧8插孔單元9硬質(zhì)合金單元10沖擊末端11振動(dòng)傳感器12噴嘴13鉆頭工作平面14下螺旋彈簧。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明:
結(jié)合圖1、圖2所示，這種用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合包括鉆柱1、鉆頭2、傳動(dòng)單元3、振動(dòng)傳感器11，傳動(dòng)單元3自鉆柱I內(nèi)腔一直延伸至鉆頭2內(nèi)，且傳動(dòng)單元3的沖擊末端10從鉆頭2的中心裸露出來并超出鉆頭2的工作平面，傳動(dòng)單元3附近至少安裝一個(gè)噴嘴12。鉆柱I為常規(guī)鉆井鉆柱，包括鉆桿、鉆鋌等組件，用于傳遞鉆壓、傳輸鉆井液等。鉆頭2為鉆井常規(guī)鉆頭，如PDC鉆頭等，用于輔助切削破碎井底巖石。
[0017]傳動(dòng)單元3為軸向的傳動(dòng)單元，獨(dú)立于鉆頭2旋轉(zhuǎn)，用于產(chǎn)生軸向的沖擊振動(dòng)。傳動(dòng)單元3由上到下依次為電動(dòng)馬達(dá)4、螺紋銷釘5、硬質(zhì)金屬塊6、上螺旋彈簧7、插孔單元8、硬質(zhì)合金單元9、沖擊末端10，其中電動(dòng)馬達(dá)4、螺紋銷釘5、硬質(zhì)金屬塊6和上螺旋彈簧7位于鉆柱I內(nèi)腔，下螺旋彈簧14、插孔單元8、硬質(zhì)合金單元9以及沖擊末端10位于鉆頭2內(nèi)部。
[0018]傳動(dòng)單元3具體連接關(guān)系為:電動(dòng)馬達(dá)4連接螺紋銷釘5，螺紋銷釘5的下端固定硬質(zhì)金屬塊6，螺紋銷釘5與硬質(zhì)金屬塊6形成倒T型，螺紋銷釘5用于推進(jìn)或收回硬質(zhì)金屬塊6，硬質(zhì)金屬塊6用于壓縮和釋放上螺旋彈簧7，改變上螺旋彈簧7彈力；上螺旋彈簧7上端抵于硬質(zhì)金屬塊6，但上螺旋彈簧7與硬質(zhì)金屬塊6不相連，上螺旋彈簧7下端固定在插孔單元8的頂面上，用于向插孔單元8施加作用力；插孔單元8為T型的，插孔單元8的下端從鉆頭2的中心裸露出來，硬質(zhì)合金單元9鑲嵌于插孔單元8下部，沖擊末端10鑲嵌于硬質(zhì)合金單元9下部；下螺旋彈簧14環(huán)繞在插孔單元8外，下螺旋彈簧14上端固定在插孔單元8的頂面下，要保證插孔單元8至少與兩根螺旋彈簧相連，振動(dòng)傳感器11安裝在插孔單元8上。
[0019]電動(dòng)馬達(dá)4為微型電動(dòng)馬達(dá)，用來旋轉(zhuǎn)螺紋銷釘5。插孔單元8由硬度大于60HRc的金屬材料制作，用于傳遞彈簧彈力作用于硬質(zhì)合金單元9。沖擊末端10由超硬材料制作，其形狀為非對(duì)稱的尖的或鈍的幾何形狀，用于作用井底巖石，使井底巖石產(chǎn)生共振。
[0020]本發(fā)明在進(jìn)行共振鉆井時(shí)，電動(dòng)馬達(dá)4旋轉(zhuǎn)螺紋銷釘5，螺紋銷釘5伸出推動(dòng)中間單元6壓縮上螺旋彈簧7，上螺旋彈簧7產(chǎn)生彈力作用于插孔單元8，插孔單元8通過硬質(zhì)合金單元9將彈力傳遞到?jīng)_擊末端10作用于井底巖石，井底巖石產(chǎn)生反作用力作用于沖擊末端10。在作用力與反作用力共同作用下，傳動(dòng)單元3以一定頻率產(chǎn)生振動(dòng)，并通過振動(dòng)傳感器11將振動(dòng)聲波反射回地面。當(dāng)振動(dòng)頻率接近井底巖石的共振頻率時(shí)，井底巖石產(chǎn)生共振。在鉆頭2的切削輔助作用下，完成巖石破碎過程，此時(shí)機(jī)械鉆速急劇增加。當(dāng)機(jī)械鉆速降低，通過電動(dòng)馬達(dá)4旋轉(zhuǎn)螺紋銷釘5，推動(dòng)或回拉中間單元6，壓縮或釋放上螺旋彈簧7改變彈力，從而改變傳動(dòng)單元3的振動(dòng)頻率，使傳動(dòng)單元3再次達(dá)到井底巖石的共振頻率，實(shí)現(xiàn)共振鉆井。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合，其特征在于:這種用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合包括鉆柱(I)、鉆頭(2)、傳動(dòng)單元(3)、振動(dòng)傳感器(11)，傳動(dòng)單元(3)自鉆柱內(nèi)腔一直延伸至鉆頭⑵內(nèi)，且傳動(dòng)單元⑶的沖擊末端(10)從鉆頭⑵的中心裸露出來并超出鉆頭(2)的工作平面，傳動(dòng)單元(3)附近至少安裝一個(gè)噴嘴(12);傳動(dòng)單元(3)包括電動(dòng)馬達(dá)(4)、螺紋銷釘(5)、硬質(zhì)金屬塊(5)、插孔單元(8)、硬質(zhì)合金單元(9)、沖擊末端(10)，電動(dòng)馬達(dá)⑷安裝在鉆柱⑴內(nèi)，電動(dòng)馬達(dá)⑷連接螺紋銷釘(5)，螺紋銷釘(5)的下端固定硬質(zhì)金屬塊(5)，螺紋銷釘(5)與硬質(zhì)金屬塊(5)形成倒T型，上螺旋彈簧(7)上端抵于硬質(zhì)金屬塊(5)，上螺旋彈簧(7)下端固定在插孔單元(8)的頂面上，插孔單元(8)為T型的，插孔單元(8)的下端從鉆頭(2)的中心裸露出來，硬質(zhì)合金單元(9)鑲嵌于插孔單元(8)下部，沖擊末端(10)鑲嵌于硬質(zhì)合金單元(9)下部；下螺旋彈簧(14)環(huán)繞在插孔單元(8)外，下螺旋彈簧(14)上端固定在插孔單元(8)的頂面下，振動(dòng)傳感器(11)安裝在插孔單元(8)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合，其特征在于:所述的插孔單元⑶由硬度大于60HRc的金屬材料制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合，其特征在于:所述的沖擊末端(10)由超硬材料制作，其形狀為非對(duì)稱的尖的或鈍的幾何形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合，其特征在于:所述的電動(dòng)馬達(dá)(4)為微型電動(dòng)馬達(dá)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合，這種用于實(shí)現(xiàn)井底巖石共振的底部鉆具組合包括鉆柱、鉆頭、傳動(dòng)單元、振動(dòng)傳感器，傳動(dòng)單元自鉆柱內(nèi)腔一直延伸至鉆頭內(nèi)，且傳動(dòng)單元的沖擊末端超出鉆頭的工作平面；傳動(dòng)單元的電動(dòng)馬達(dá)安裝在鉆柱內(nèi)，電動(dòng)馬達(dá)連接螺紋銷釘，螺紋銷釘?shù)南露斯潭ㄓ操|(zhì)金屬塊，螺紋銷釘與硬質(zhì)金屬塊形成倒T型，上螺旋彈簧上端抵于硬質(zhì)金屬塊，上螺旋彈簧下端固定在插孔單元的頂面上，插孔單元為T型的，插孔單元的下端從鉆頭的中心裸露出來，硬質(zhì)合金單元鑲嵌于插孔單元下部，沖擊末端鑲嵌于硬質(zhì)合金單元下部；下螺旋彈簧環(huán)繞在插孔單元外，下螺旋彈簧上端固定在插孔單元的頂面下，振動(dòng)傳感器安裝在插孔單元上。本發(fā)明可以解決深部難鉆地層鉆井難題，大幅度提高機(jī)械鉆速。
【IPC分類】E21B7-24
【公開號(hào)】CN104763337
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510094125
【發(fā)明人】李瑋, 李思琪, 閆鐵, 孫士慧, 李卓倫, 李悅
【申請(qǐng)人】東北石油大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日