[发明专利]一种双级双速钻井工具

说明书

技术领域

本发明属于油气田开采钻井技术领域，特别是一种双级双速钻井工具。 

背景技术

随着油田勘探向深部地层的发展，深井钻井的数量逐年增多。随着井深的增加，不仅钻井液柱对地层的压持效应加剧，而且地层岩石本身的强度、垂直地应力、水平地应力等相应增加，地层岩石的可钻性变差，导致机械钻速降低，而且已严重影响到全井的钻井周期和钻井成本。 

专利CN 1831290A提到了一种双级切削结构钻头，这种双级切削结构钻头的硬质合金切削件出露高度大于PDC切削件的出露高度，硬质合金切削件组成第一级切削结构，PDC切削件组成第二级切削件。由于这种双级切削结构钻头由一体构成，且只能由井下循环水动力或地面机械力驱动，只能单一速度钻进，因此钻头整体寿命较低，不能达到有效提高钻井机械速度，降低钻井成本的目的，适用范围较小。 

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种双级双速钻井工具，该工具能够大幅度提高钻井机械钻速，降低钻井成本。 

本发明所采用的技术方案是：该双级双速钻井工具，包括外壳，外壳下端连接有扩眼钻头，外壳内设有主轴，主轴上端螺纹连接有压帽，主轴下端螺纹连接有导眼钻头，主轴及压帽与外壳之间有环形空间，压帽下方的主轴外壁依次安装有上扶正轴承、液动马达、下扶正轴承及止推轴承，主轴设有分流通道，扩眼钻头上开有扩眼钻头水眼，分流通道及扩眼钻头水眼分别与主轴及压帽与外壳之间的环形空间相通，导眼钻头上开有导眼钻头水眼，导眼钻头水眼与分流通道相通。 

本发明所具有的有益效果是：本工具由井下循环液驱动液动马达，以小钻压高转速带动导眼钻头，先钻出一段小直径导眼，同时，地面机械力驱动钻柱，以大钻压低转速带动扩眼钻头进行扩眼。一方面导眼钻头直径相对较小，转速相对较高，有提高机械钻速的潜力。另一方面扩眼钻头所钻地层多出一个较大的自由面，释放了地层应力，破坏地层的应力场，有利于提高机械钻速，延长钻头使用寿命。因此本发明研制的双级双速钻井工具及钻头可大幅度提高钻井机械钻速，降低钻井成本。 

1）本发明中导眼钻头与扩眼钻头为分体结构设计，安装更换方便，可根据实际情况进行单独更换；2）本发明中导眼钻头与扩眼钻头分别由双级双速钻井工具液动马达和双级双速钻井工具外壳驱动，相对转速不同、钻压不同。因此可设计使用不同性能的高效导眼钻头和扩眼钻头，有效降低钻头磨损，减少起下钻次数，提高机械钻速； 3）本发明导眼钻头的直径小于扩眼钻头直径，并安装在扩眼钻头下端，与扩眼钻头相距一定距离，导眼钻头先钻出一段小直径导眼，扩眼钻头再进行扩眼，因此本发明不仅使扩眼钻头待钻地层多出一个较大的自由面，有效提高机械钻速，而且具有良好的稳斜功能，可避免形成严重的“狗腿”； 4）本发明设计合理，安全可靠，对现场设备无任何特殊要求。 

附图说明：  

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-外壳，2-压帽，3-主轴，4-上扶正轴承，5-液动马达，6-下扶正轴承，7-止推轴承，8-扩眼钻头，9-密封耐磨环，10-导眼钻头，11-分流通道，12-扩眼钻头水眼，13-导眼钻头水眼。 

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进一步说明：如附图1中所示，该双级双速钻井工具包括外壳1，外壳1上端通过螺纹与上部钻井管柱连接，外壳1下端螺纹连接有扩眼钻头8，外壳1内设有主轴3，主轴3上端螺纹连接有压帽2，主轴3下端螺纹连接有导眼钻头10，主轴3及压帽2与外壳1之间有环形空间，压帽2下方的主轴3外壁依次安装有上扶正轴承4、液动马达5、下扶正轴承6及止推轴承7，主轴3一端加工有钻井液流道，可将部分钻井液传至导眼钻头10。压帽2起到将上扶正轴承4、液动马达5、下扶正轴承6、止推轴承7固定在主轴3上的作用。主轴3设有分流通道11，扩眼钻头8上开有扩眼钻头水眼12，分流通道11及扩眼钻头水眼12分别与主轴3及压帽2与外壳1之间的环形空间相通，导眼钻头10上开有导眼钻头水眼13，导眼钻头水眼13与分流通道11相通，钻井液由分流通道11进入到导眼钻头水眼13内驱动导眼钻头10转动。钻井液进入到扩眼钻头水眼12对扩眼钻头8有清洗作用。

扩眼钻头8与主轴3之间设有密封耐磨环9。密封耐磨环9起密封与耐磨作用。 

在油气井钻井过程中，将双级双速钻井工具安装在钻井管柱下端，开泵后，钻井液经由钻杆传至双级双速钻井工具，并驱动液动马达5，液动马达5驱动主轴3旋转，主轴3驱动导眼钻头10旋转。钻杆驱动双级双速钻井工具外壳1旋转，外壳1驱动扩眼钻头8旋转。钻井液经主轴3下端的钻井液分流流道分流后，可分别进入扩眼钻头8与导眼钻头10。由于导眼钻头10与扩眼钻头8的动力来源不同，因此导眼钻头10与扩眼钻头8的工作转速不同。由于导眼钻头10的直径小于扩眼钻头8的直径，并安装在扩眼钻头8下端，与扩眼钻头8相距一定距离，因此导眼钻头10先钻出一段小直径导眼，使扩眼钻头10待钻地层多出一个较大的自由面，破坏扩眼钻头10待钻地层的应力场，使扩眼钻头10待钻地层地层应力得到有效释放，另外扩眼钻头8与导眼钻头10均可单独更换，因此该发明能有效提高机械钻速，有效提高钻头使用寿命，大幅度降低钻井成本。