[发明专利]一种脉动增扭马达

说明书

本发明提出了一种脉动增扭马达，包括外壳体，以及设置在所述外壳体内的如下装置：容积式动力总成；传动轴，传动轴的一端通过联轴器连接到所述容积式动力总成；振击锤，以可滑动的方式安装在传动轴上；传动轮组，所述传动轮组设置在所述传动轴与所述振击锤之间；砧子，设置在传动轴的另一端。本发明的脉动增扭马达利用传动轴的旋转能量产生旋转振击效应，可根据现场条件安装在钻具组合中，能够满足各种钻井工艺的技术要求，进一步提高钻头破岩的切削力，且结构简单，更不会影响弯马达的造斜特性。同时，脉动增扭马达还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便等特点。

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等领域，具体涉及一种脉动增扭马达。

背景技术

随着浅部油气藏的开发殆尽，深井、超深井的数量逐年增加，但随着井深的增加，岩层更加坚硬难以破碎，严重影响了机械钻速的提高，钻速的降低已经成为制约我国深层油气藏高效开发的技术瓶颈，而现有常规破岩钻井技术不能满足提速提效的工艺要求，国外对于先进提速技术保密垄断，限制了国内技术的发展。

目前“PDC+马达”复合钻井工艺技术既能发挥PDC钻头高效切削的优势，又能进行复合钻进，钻井效果较好，还能降低地面机泵的能耗，因此在深井、超深井、复杂结构井等钻探过程中得到了广泛应用。但是常规马达输出的扭矩是连续的，且是恒定不变的。由于地层的不均质性，使得钻头破碎岩石的过程不是稳定状态，极易导致钻头出现粘滑卡钻等复杂情况，不仅影响钻井效率，而且对钻头的切削齿造成较大损坏，降低钻头的使用寿命，为此国内外研制了相关的扭转冲击工具，能够有效提高PDC钻头的切削能量，防止粘滑振动的影响，保护钻头，对于提高钻速具有积极作用，国内外也提出了相关扭力冲击工具的专利，可参见CN201520767504.6、CN201410514618.X、CN201310726252.8、CN201410306930.X、CN201310586179.9、CN201010511421.2、CN200910058083.9、CN201310698227.3、CN201420040141.1等。

但是现有扭力冲击工具结构复杂，零部件较多，体积较大，且扭力冲击工具需要在较大钻压条件下才能发挥功效，而钻压大时，不仅会造成井眼发生偏斜，影响井身质量，还会产生轴向振动，如果减小钻压，又不能发挥扭力冲击工具的功效。目前国内外也未见到扭力冲击工具与马达配合使用的应用报道，由此可见，如果将常规扭力冲击工具与马达简单的连接起来，不仅影响“PDC+马达”工艺的提速效果，还可能引起马达内部结构的损坏；而且国内外现有扭转冲击工具外形尺寸较长，会对弯马达的造斜特性造成不利影响，无法满足复杂结构井轨迹精确控制的要求。弯马达，也就是钻井行业中常用的弯外壳马达，即马达的外壳具有一定的弯角，利用弯角，采用滑动钻进的工艺，就能够完成定向井的钻进施工，弯角的不同，弯马达的造斜特性不同，理论上，弯角越大，造斜率越高，现有弯马达只具有造斜特性，而不具备提速的功能，既要提高弯马达的钻井施工效率，即提高钻速，还不能改其造斜特性，必须两者兼顾，这是目前国内外研发的主要方向。

因此急需设计研发一种既能为钻头提供脉动性旋转振击效应，提高钻头破岩时的瞬时扭矩，又不影响马达的造斜特性，在发挥PDC钻头技术优势的同时还能保护钻头，结构简单、性能可靠、维护操作方便的脉动增扭马达。这对于发挥“PDC+马达”钻井工艺技术优势，进一步提高钻井破岩的效率，提升我国深层油气藏高效开发的钻井工艺技术水平，增强国际竞争力具有重要的经济价值和社会价值。

发明内容

为了进一步提高深井、超深井的钻井速度，在现有技术装备的基础上，既要充分发挥“PDC+马达”复合钻井工艺的提速优势，又要提升钻井效果，提高井眼质量的控制能力，还要降低钻井综合成本，缩短施工作业周期，满足深层油气藏高效开发钻井的工艺要求，打破国外在深井、超深井提高钻速方面的技术垄断。本发明的目的是为石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等的现场提供脉动增扭马达。

根据本发明的一个方面，提供一种脉动增扭马达，包括外壳体，以及设置在所述外壳体内的如下装置：