水动力石油钻机及其工作方法技术

本发明专利技术属于钻采技术领域，具体为一种水动力石油钻机，其包括，正反转钻头，水动力旋转装置，钻杆，钻井液循环系统，地面上依然采用本技术领域技术员熟知的石油钻机设施，在钻杆与正反转钻头之间增加一个水动力旋转装置，钻杆与水动力旋转装置的活塞外壳固定连接，正反转钻头与水动力旋转装置的转芯的转芯下轴固定连接；本发明专利技术减去钻杆为钻头提供转动力矩的功能，顺路搭车利用钻井液的升降之能量，使石油钻机在井底即可获得转动力矩的动力，避免了电器与钻杆在深井中所带来的诸多不方便，大大增加了钻井的深度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钻采
，具体为一种水动力石油钻机及其工作方法。
技术介绍
在石油钻井中，带动钻具破碎地质层，向地下钻进，钻出规定深度的井眼，供采油机或采气机获取石油或天然气。钻头通过钻杆给其压力和转动力矩而进行钻采，钻杆通过地面上的设备使钻头转动，钻采到一定深度后，这时，地面上的设备给钻杆的力，再通过钻杆传送到钻头就非常微弱了，随着井深度的不停增加，而更加减弱，再加上钻杆越来越长，不能再往上增加较大的转动力矩，否则钻杆会拧坏。为了解决这些问题，本领域技术人员，在石油采钻中常用的八大系统：起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统和监测显示仪表、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统上，甚止在钻杆的质量、结构、工艺上、在钻头和钻机的结构和功能上进行创新和改进，虽然起到了一些改善作用，但并没有根本解决问题，而且增加了钻机的制造成本和复杂成度，增加了采钻工作的复杂性、故障率。钻井液是钻探过程中，使用的循环冲洗介质，钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液，钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，获得容易，成本低。在使用钻井液的过程中已经人为地造成了水的降落和升起，可以利用这种水的降落和升起做功，一举两得，既清除了井下的沙石泥土又带动了钻头的旋转。另外，石油钻机在工作过程中，常常伴随着水，尤其是海底作业，更是避不开水，而电和使用电的设备又非常怕水。所以专利技术一种不用电做钻头的动力、将钻杆为钻头提供转动力矩的功能去掉、利用钻井过程中必不可少的钻井液的下升降落循环为钻头提供转动力矩的水动力石油钻井钻机，就显得非常必要。
技术实现思路
本专利技术提供一种水动力石油钻机及其工作方法，减去钻杆为钻头提供转动力矩的功能，顺路搭车利用钻井液的升降之能量，使石油钻机在井底即可获得转动力矩的动力，避免了电器与钻杆在深井中所带来的诸多不方便，大大增加了钻井的深度。本专利技术采用如下技术方案。水动力石油钻机，其包括，正反转钻头1，水动力旋转装置2，钻杆3，钻井液循环系统4。所述正反转钻头1，其包括，钻头本体11，安装螺栓孔12，喷水孔13，顺时针旋转钻齿或钻刀14，逆时针旋转钻齿或钻刀15，水流通道16。所述水动力旋转装置2，其包括，转芯21，水活动塞22，上密封盖23，下密封盖24，活塞外壳25。所述转芯21，其包括，转芯体211，转芯上轴212，转芯下轴213，转芯螺纹槽214，转芯中空水道215。所述水活动塞22，其包括活塞体221，密封片222，固定槽223，销224，销丝扣225，销孔226，储油槽227。所述活塞外壳25，其包括外壳本体251，固定销252，上油孔253。正反转钻头1安装在水动力旋转装置2的转芯下轴213上，正反转钻头1的水流通道16与水动力旋转装置2的转芯21的转芯中空水道215相连相通，钻杆（3）固定安装在水动力旋转装置（2）的活塞外壳（25）上端，钻井液循环系统4通过钻井液为水动力旋转装置2提供高势能水，或加压设备加压后的高压水。所述钻头本体11为石油钻头常用的各种钻头，钻头本体11通过安装螺栓孔12由螺栓与水动力旋转装置2的转芯下轴213固定连接，正反转钻头1的水流通道16与转芯下轴213的排水通道相通，喷水孔13设置为三至十九个，根据钻头的大小、地质层的种类、钻头转速、高势能水的势能大小、水的加压程度确定喷水孔13的数量，顺时针旋转钻齿或钻刀14和逆时针旋转钻齿或钻刀15左右镜像对称，当水动力旋转装置2带动正反转钻头1顺时针旋转时，顺时针旋转钻齿或钻刀14的锋刃面凿咬地质层，进行工作，当水动力旋转装置2带动正反转钻头1逆时针旋转时，逆时针旋转钻齿或钻刀15的锋刃面凿咬地质层，进行工作。水动力旋转装置2的转芯21在水活动塞22中，转芯21的转芯上轴212插在上密封盖23的中心孔中，可顺时针逆时针转动，转芯21的旋转不带动钻杆3旋转，转芯21的转芯下轴213插在下密封盖4的中心孔中，从下密封盖4的中心孔中伸出，伸出部分与正反转钻头1通过螺栓固定相连，转芯21与正反转钻头1可同步同速旋转。所述密封片222安装在活塞体221两端，尽量阻止活塞内一端的水进入另一端。在水活动塞22的正中水位置，留有销孔226，销孔内安装有销224，销224从销孔226内伸出，销224尖顶顶在转芯螺纹槽214的槽底，通过销丝扣225的旋进旋出，调整销224与转芯螺纹槽214的槽底的紧挨程度，为了增加灵活性，销224在销孔226内可转动，为了减少磨擦力，销224挨在转芯螺纹槽214的槽底部的部分为尖型，销丝扣225紧挨销224的部分也为尖型。水活动塞22上下移动时，销224在转芯螺纹槽214里，播动转芯21顺时针和逆时针旋转。所述固定销252与固定槽223形状相同，插进固定槽223内，使活塞外壳25与水活动塞22不会互相转动，上油孔253与储油槽227相对，可向油槽227注入润滑油。上油孔253进油后密封，储油槽227里的油随着水活动塞22的使用而慢慢消耗。所述的上密封盖23，其包括，上同活塞部分232，上同转芯部份233，上转芯轴插槽234，上密封圈235。上同活塞部分232与水活动塞22的外圈直径相同，上同转芯部份233与转芯21的外圈直径相同，上密封圈235套在上同活塞部分232的外圈上，与活塞外壳25的上边内圆边相挨，并使活塞外壳25与上密封盖23紧固、密封相连接。所述的下密封盖24，其包括，下密封盖部分241，下同活塞部分242，下同转芯部份243，下转芯轴插孔244，下密封圈245。下密封盖部分241与活塞外壳25的外圈直径相同，下同活塞部分242与水活动塞22的外圈直径相同，下同转芯部份243与转芯21的外圈直径相同，下密封圈245套在下密封盖部分241的上端和下同活塞部分242的外圈上，与活塞外壳25的下边内圆边相挨，并使活塞外壳25与下密封盖4紧固、密封相连接。水动力石油钻机的工作方法：地面上依然采用本
技术员熟知的石油钻机设施，在钻杆3与正反转钻头1之间增加一个水动力旋转装置2，钻杆3与水动力旋转装置2的活塞外壳25固定连接，正反转钻头1与水动力旋转装置2的转芯21的转芯下轴211固定连接。水动力旋转装置2里的转芯21上设置有转芯螺纹槽214，水动力旋转装置2里的水活动塞22上设置有销224，销224插在转芯螺纹槽214上，当水活动塞22上下运动时可使水动力旋转装置2的转芯21顺时针或逆时针旋转，带动正反转钻头1顺时针或逆时针旋转，钻杆3和水动力旋转装置2的其它部分不旋转。钻井液循环系统4从地面向水动力旋装置2里的水活动塞22上下两端的空仓内，交替输送高势能水，或加压设备加压后的高压水，在不用电的前提下，可用液流开关装置与水动力旋转装置2互动，来推水活动塞上下运动，在用电的前提下，可用电磁阀交替向水活动塞两端的空仓内输送高势能水，或加压设备加压后的高压水，电磁阀由安装在水动力旋转装置2上下两端密封盖里的微动开关，或者碰撞传感器，或者光电传感器控制其开关。推动水活动塞22做功后的高势能水，或加压设备加压后的高压水，通过管道进入转芯21中心的转芯中空水道215，管道上安装有单向阀（止回阀），从转芯21中心的转芯中空本文档来自技高网...

【技术保护点】
水动力石油钻机，其特征在于，其包括，正反转钻头（1），水动力旋转装置（2），钻杆（3），钻井液循环系统（4）；所述正反转钻头（1）安装在水动力旋转装置（2）的转芯下轴（213）上，正反转钻头（1）的水流通道（16）与水动力旋转装置（2）的转芯（21）的转芯中空水道（215）相连相通，钻杆（3）固定安装在水动力旋转装置（2）的活塞外壳（25）上端，钻井液循环系统（4）通过钻井液为水动力旋转装置（2）提供高势能水，或加压设备加压后的高压水，使水动力旋转装置（2）正反旋转。

【技术特征摘要】
1.水动力石油钻机，其特征在于，其包括，正反转钻头（1），水动力旋转装置（2），钻杆（3），钻井液循环系统（4）；所述正反转钻头（1）安装在水动力旋转装置（2）的转芯下轴（213）上，正反转钻头（1）的水流通道（16）与水动力旋转装置（2）的转芯（21）的转芯中空水道（215）相连相通，钻杆（3）固定安装在水动力旋转装置（2）的活塞外壳（25）上端，钻井液循环系统（4）通过钻井液为水动力旋转装置（2）提供高势能水，或加压设备加压后的高压水，使水动力旋转装置（2）正反旋转。2.根据权利要求1所述的水动力石油钻机，其特征在于，所述水动力旋转装置（2）的转芯（21）在水活动塞（22）中，转芯（21）的转芯上轴（212）插在上密封盖（23）的上转芯轴插槽（234）中，在高势能水，或加压设备加压后的高压水的能量作用下可顺时针或逆时针转动，转芯（21）的旋转不带动钻杆（3）及活塞外壳（25）旋转，转芯（21）的转芯下轴（213）插在下密封盖（4）的下转芯轴插槽（244）中，从下密封盖（4）的下转芯轴插槽（244）中伸出，在高势能水，或加压设备加压后的高压水的能量作用下可顺时针或逆时针转动，伸出部分与正反转钻头（1）通过螺栓固定相连，转芯（21）与正反转钻头（1）可同步同速旋转。3.根据权利要求1所述的水动力石油钻机，其特征在于，优选液流开关装置（6）对水动力旋转装置（2）进行控制，所述液流开关装置（6），其包括，开关外壳（61），开关活塞（62），减震片（63），矫正弹簧穴（64），矫正弹簧（65），开关活塞（62）在开关外壳（61）内可左右滑动，减震片（3）安装在开关外壳（61）内的右壁上，防止开关活塞（62）强烈震动而产生误差，开关外壳（61）内的左壁上设置有矫正弹簧穴（64），里面安装着矫正弹簧（65）。4.根据权利要求1所述的水动力石油钻机的工作方法：地面上依然采用本技术领域技术...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑柏林，王玉章，郑国荣，杨京广，
申请(专利权)人：郑州神利达钻采设备有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41