CN101672157B - 油田井下气液马达打井钻孔装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是油田井下气液马达打井钻孔装置及其应用，这种油田井下气液马达打井钻孔装置由动力输送系统和钻采切割系统组成，动力输送系统在地面上，动力输送系统由两个无级调速卷桶组成，卷桶由电机或液压马达驱动，其中一个卷桶上缠绕软管，另一个卷桶上缠绕电缆和视频管；钻采切割系统设置在井底钻采切割系统包括电磁阀、软管推进机构及切割机构，切割机构由气液压马达与钻头连接构成；卷桶上的软管向下伸入井内并与井底的气液马达连接，软管充压成为高压软管，把地面上的电机或液压马达的动力提供给井底的钻头。本发明可用高压水(或气)，分别在水平和垂直两个方向上进行油田打井，特别是水平打井，可在多个方向(4～6)上进行钻采和延伸，极大地提高了采油效率和产量。
Description
一、技术领域：
本发明涉及的是油田井下打井钻孔装置，具体涉及的是油田井下气液马达打井钻孔装置及其应用。
二、背景技术：
在石油勘探开发中，目前油田上使用的钻井机配套动力大，结构复杂，作业时间长。无论是利用冲击原理的钻井机，还是利用旋转原理的钻井机，其都是靠钻杆传递能量进行钻井作业的。高大的井架，诸多的钻杆，往往连、拆钻杆就是一项繁重的劳动，而将井架支撑起来，更需要两个油缸才能完成，工作时还需要二次提升主体设备来完成打井状态，且在打井过程中多数采用水泵往井中注水的办法，利用泥浆泵将泥石抽出。整个过程劳动量非常大，降低了工作效率，另外，打完井后钻井机移动相当困难。
三、发明内容：
本发明的一个目的是提供一种油田井下气液马达打井钻孔装置，本发明的另一个目的是提供这种油田井下气液马达打井钻孔装置的应用，这种油田井下气液马达打井钻孔装置取消了传统打井钻孔装置中的钻杆，用于解决传统打井钻孔装置效率低、劳动量大的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种油田井下气液马达打井钻孔装置由动力输送系统和钻采切割系统组成，动力输送系统在地面上，动力输送系统由两个无级调速卷桶组成，卷桶由电机或液压马达驱动，其中一个卷桶上缠绕软管，另一个卷桶上缠绕电缆和视频管；钻采切割系统设置在井底钻采切割系统包括电磁阀、软管推进机构及切割机构，切割机构由气液压马达与钻头连接构成；卷桶上的软管向下伸入井内并与井底的气液马达连接，软管充压成为高压软管，把地面上的电机或液压马达的动力提供给井底的钻头。
上述方案中的电机连接减速器，减速器连接卷桶。
上述方案中液压马达连接卷桶。
上述方案中软管推进机构由软管推进缸、燕尾槽活动座、燕尾槽固定座、卡紧缸、卡紧头、卡紧缸支架组成，软管推进缸的推进杆连接燕尾槽活动座；燕尾槽固定座有条形锥齿，燕尾槽活动座有槽，燕尾槽活动座与燕尾槽固定座滑动连接；燕尾槽活动座与卡紧缸支架固定在一起，卡紧缸支架上固定卡紧缸，卡紧缸连接卡紧头。
上述方案中动力输送系统安装在车上，车上同时还装有配电柜、电脑、荧光屏。
上述油田井下气液马达打井钻孔装置用于打水平井和垂直井。
有益效果：
本发明可用高压水(或气)，分别在水平和垂直两个方向上进行油田打井，特别是水平打井，可在多个方向(4～6)上进行钻采和延伸，极大地提高了采油效率和产量，是国内外最先进的采油方法之一。
四、附图说明：
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是图1中A-A剖视图；
图3是图1中B-B剖视图；
图4是图1中C-C剖视图；
图5是图1所示的实施例1打出的水平井方位图；
图6是图1所示的实施例1打出的另一种水平井方位图；
图7是本发明实施例2的结构示意图；
图8是图7中D-D剖视图；
图9是图7井下部分的放大图。
1电机 2卷桶 3软管 4拉力弹簧 5齿条 6齿轮 7橡胶轮 8液压缸支架 9液压缸 10油缸架底座 11橡胶轮 12液压缸 13电磁阀 14视频头 15钻头 16气液马达 17卡紧缸 18卡紧头 19卡紧缸支架 20减速器 21燕尾槽固定座 22燕尾槽活动座 23软管推进缸 24金属弯管 25钻头 26气液马达 27卡紧缸 28卡紧缸支架 29卡紧头 30燕尾槽活动座31燕尾槽固定座 32配电柜 33软管推进缸 34电缆 35视频线 36滑动胀块总成 37荧光屏 38输水泵 39水箱 40进水口
五、具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
实施例1：
如图1所示，这种油田井下气液马达打井钻孔装置用于打水平井，它由动力输送系统和钻采切割系统组成，动力输送系统在地面上，钻采切割系统设置在井底桶室内，动力输送系统通过卷桶2上缠绕的软管3向下伸入井内并与井底的气液马达16连接，把地面上的电机1的动力提供给井底的钻头15，软管3在井底由一个金属弯管24固定。动力输送系统由两个无级调速卷桶2组成，两个电机1分别连接一个减速器20，两个减速器20分别连接一个卷桶2，两个卷桶2均由电机驱动，其中一个卷桶2上缠绕软管3，为软管3提供动力，另一个卷桶2上缠绕电缆34和视频管35，为电缆34和视频管35提供动力；上述动力输送系统安装在车上，车上同时还装有配电柜32、电脑、荧光屏37，工作人员通过按扭，可手动或自动的完成水平打井任务，自动操作是由荧光屏37和电脑联机工作完成的。钻采切割系统包括电磁阀13、桶室旋转机构、桶室锁定机构、软管推进机构及切割机构，它们分别安装在井底三个桶室内，桶壁上开有工艺孔，以便安装元部件，本发明中元件的所有电接点均防水处理，可全天候的长期在水中工作；电磁阀13安装在一个桶室内，桶室旋转机构和桶室锁定机构安装在一个桶室内，软管推进机构和切割机构安装在一个桶室内，这三个桶室分别由内部的螺栓连接，便于拆卸维修，设置桶室旋转机构和桶室锁定机构，以及将各机构都安装在桶内是为了桶室及其内的设备在水平面上转动一个角度，以完成在同一水平面的不同角度进行钻孔；电磁阀13与缠绕在另一个卷桶2上的电缆34连接，电磁阀13为电磁换向阀；桶室旋转机构用于将整个桶室及其内设备旋转方向，使钻头15能够完成在水平方向上沿不同的方向进行钻孔；桶室锁定机构用于将桶室锁紧在井管的内壁上，使钻头15能够在一个水平方向上钻孔时，整个桶室保持固定不动，当钻头15完成一个水平方向上钻孔任务后，便由桶室旋转机构将整个桶室及其内设备旋转至下一个方向，进行下一次钻孔；切割机构由气液马达16与钻头15连接构成，钻头15为旋转钻头，钻头15上镶有金刚石，与切割机构同桶室还安装有红外线视频头14，视频头14与缠绕在另一个卷桶2上的视频管35连接，通过该视频头14将钻头15的工作情况输出到荧光屏37中，以供工作人员掌握井下工作情况。卷桶2缠绕的软管3向下伸入井内并在井内充压成为高压软管，软管3的充压是通过一个输水泵38将水箱39内的水打入软管3内完成的，水箱39有一进水口40，输水泵38通过连接管与软管3连接。
图2提供了桶室旋转机构的结构示意图，如图所示，桶室旋转机构由液压缸9、齿轮6、齿条5、橡胶轮7、拉力弹簧4构成，液压缸9通过转动轴同轴并列安装齿轮6和橡胶轮7，齿轮6与齿条5啮合，齿条5连接拉力弹簧4，橡胶轮7嵌入桶室的工艺孔与井壁挤压在一起，液压缸9固定在液压缸支架8上，液压缸支架8通过油缸架底座10与桶壁固定，油缸架底座10为铰轴形式的支座；在液压缸9的相反方向上同样安装一套由液压缸9、齿轮6、齿条5、橡胶轮7、拉力弹簧4构成的旋转结构，两个液压缸9方向相反，两个拉力弹簧4的另一端通过钢丝绳连接。
图3提供了桶室锁定机构的结构示意图，如图所示，桶室锁定机构由液压缸12连接杠杆，杠杆头上固定橡胶轮11构成，橡胶轮11与桶室的工艺孔相对应。
图4提供了软管推进机构的结构示意图，如图所示，软管推进机构由软管推进缸23、燕尾槽活动座22、燕尾槽固定座21、卡紧缸17、卡紧头18、卡紧缸支架19组成，软管推进缸23水平安装在燕尾槽固定座21的通孔内，软管推进缸23的推进杆连接燕尾槽活动座22，推进杆可以推动燕尾槽活动座22前进或后退；燕尾槽固定座21上端有条形锥齿，燕尾槽活动座22下端有槽，燕尾槽活动座22与燕尾槽固定座21滑动连接，燕尾槽活动座22可以在燕尾槽固定座21上来回水平滑动；燕尾槽活动座22与卡紧缸支架19固定在一起，卡紧缸支架19为倒置的直角架，卡紧缸支架19上端的横梁垂直固定卡紧缸17，卡紧缸17向下，卡紧缸17连接半圆形卡紧头18，燕尾槽活动座22前进或后退时，卡紧头18跟随着前进或后退，前进时，卡紧头18向下运行至燕尾槽活动座22时，将高压软管3卡住，带动高压软管3前进，后退时，卡紧头18上升，放开高压软管3。
本实施例的工作程序如下：当卷桶2把切割系统送到井下指定位置后，首先启动桶室锁定机构的液压缸12，然后杠杆伸出并推动固定在杆头上的橡胶轮11，在橡胶轮11的压力下，桶室被锁紧在井管的内壁上，下步启动软管推进机构的卡紧缸17，接着启动气液马达16，稍后启动软管推进缸23，在软管推进缸23的作用下，燕尾槽活动座22被缓缓推向前进，同时卡住软管3，连同切割机构的气液马达16和旋转钻头15一起前进，开始对井管内壁进行切削，此时系统进入初始工作状态。当缸推进达到行程终点时，卡紧缸17及软管推进缸23的杠杆均回缩，当这两杠杆回缩到初始位置时，又开始第二个动作打井工作程序。就这样周而复始的循环工作，突破井金属套管再穿入岩层(每次推进38mm)直至达到所规定的距离。井内的工作状态，由红外线视频头14传输到地面的电脑荧光屏37上，操作人员随时监测工作，调整设备的最佳状态。
当水平打井推进到规定距离(10～20米)后，卡紧缸17、软管推进缸23的杠杆回缩，通过地面上的PLC自动控制，(或手动控制)车上的电动卷桶2把软管3缓缓的抽出到初始位置，然后桶室锁定机构的液压缸12回缩，同时桶室旋转机构的液压缸9的杠杆伸出，并推动橡胶轮7沿井壁内侧使整个设备桶室旋转一个角度(约60度)。(因为橡胶轮7和液压缸9杆头是转动连接，再加上拉力弹簧4和铰轴支座的综合力作用，必然使整个桶室旋转)。当桶室转动一角度完成之后，再启动桶室锁定机构的液压缸12，此缸杆伸出，并通过橡胶轮11把整个桶室锁紧在井管的内壁上。其后，按以上所述动作程序，依次完成2～6个水平孔的打井任务。图5提供了本实施例1打出的水平井方位图，如图所示，在同一水平位置上，共打出了6个水平孔。
图6是提供了实施例1打出的另一种水平井方位图，如图所示，在一个水平位置上打出水平孔后，本发明可通过卷桶2及软管3把切割系统继续向下送到井下另一个指定位置，并在该位置打出水平孔，即在不同的层段上打出水平孔，具体需要在几个层段上打出水平井，视工作需要而定。
实施例2：
图7是本发明实施例2的结构示意图，结合图9所示，这种油田井下气液马达打井钻孔装置用于打垂直井，本实施例的动力输送系统与实施例1相同，本实施例的钻采切割系统与实施例1的钻采切割系统不同，本实施例用于垂直打井，不需要旋转，故本实施例中取消了桶室旋转机构、桶室锁定机构以及安装各机构设备的桶，而将电磁阀13、软管推进机构及切割机构直接安装在井壁上，另外，本实施例中的软管推进机构及切割机构也有不同之处，图8提供了本实施例中软管推进机构的结构示意图，同时结合图1所示，这种软管推进机构由软管推进缸33、燕尾槽活动座30、燕尾槽固定座31、卡紧缸27、卡紧头29、卡紧缸支架28组成，软管推进缸33垂直安装，软管推进缸33的推进杆向下，软管推进缸33的推进杆连接燕尾槽活动座30；燕尾槽固定座31有条形锥齿，燕尾槽活动座30有槽，燕尾槽活动座30与燕尾槽固定座31滑动连接，燕尾槽活动座30可以在燕尾槽固定座31上来回上下滑动；燕尾槽活动座30上端水平固定卡紧缸支架28，卡紧缸支架28左右两端各有一水平孔，卡紧缸27安放在水平孔中，每个卡紧缸27连接一个半圆形的卡紧头29，两个卡紧头29相对运行时至扣合时，将高压软管3卡在其中。当软管推进缸33向下运动时，卡紧头29将高压软管3卡在其中，燕尾槽活动座30随着软管推进缸33向下运行时，带动卡紧头29向下运行，从而高压软管3也跟着向下运行，切割机构的气液马达26和旋转钻头25一起前进，开始对进行切削。切割机构的气液马达26的体积和扭矩比实施例1的大，旋转刀具上也有所变化，钻头25有锥形齿和圆周均布的排霄孔，其上镶有硬质合金。再者，由于该实施例用于打垂直井，所以为了将高压软管3、电缆34、视频管35固定住，及防止将井打斜，在电磁阀13上端至地面的井内空间，安装了滑动胀块总成36，其通过螺栓固定在井壁上。其它结构与实施例1相同。
本实施例的工作程序如下：当卷桶2把切割系统送到井下指定位置后，启动软管推进机构的卡紧缸27，接着启动气液马达26，稍后启动软管推进缸33，在软管推进缸33的作用下，燕尾槽活动座30被缓缓推着向下运行，同时卡住卡紧头29上的软管3，连同切割机构的气液马达26和旋转钻头25一起向下运行，开始穿入岩层进行切削，此时系统进入初始工作状态。当缸推进达到行程终点时，卡紧缸27及软管推进缸33的杠杆均回缩，当这两杠杆回缩到初始位置时，又开始第二个动作打井工作程序。就这样周而复始的循环工作，穿入岩层(每次推进38mm)直至达到所规定的距离。
实施例3：
本实施例用于打水平井，本实施例中动力输送系统中液压马达连接卷桶2，由液压马达驱动卷桶2转动；另外，本实施方式向软管3中充入气体形成高压软管，充入的气体为氮气。其他结构与实施例1相同。
在上述各实施例工作过程中，随着液压水往井内的注入，井内会有存水不断上升，当升到一定位置后，由真空泵和压力管抽到地面。另外，本发明中切割机构的气液马达(16、26)上均设置排气或排液孔，钻孔时产生的热量即通过该孔随着气体或液体的排出而散发出去，这样可以为钻头(15、25)降温。还有在钻孔过程中产生的岩削会沿打出的孔道返排到井底漏斗中。
Claims (2)
1.一种油田井下气液马达打井钻孔装置，其特征在于：它由动力输送系统和钻采切割系统组成，动力输送系统在地面上，动力输送系统由两个无级调速卷桶（2）组成，卷桶（2）由电机或液压马达驱动，其中一个卷桶（2）上缠绕软管，另一个卷桶（2）上缠绕电缆（34）和视频管（35）；钻采切割系统设置在井底，它包括电磁阀（13）、软管推进机构及切割机构，切割机构由气液马达（16）与钻头（15）连接构成；卷桶（2）上的软管（3）向下伸入井内并与井底的气液马达（16）连接，软管（3）充压成为高压软管，把地面上的电机（1）或液压马达的动力提供给井底的钻头（15）；软管推进机构由软管推进缸（23）、燕尾槽活动座（22）、燕尾槽固定座（21）、卡紧缸（17）、卡紧头（18）、卡紧缸支架（19）组成，软管推进缸（23）的推进杆连接燕尾槽活动座（22）；燕尾槽固定座（21）有条形锥齿，燕尾槽活动座（22）有槽，燕尾槽活动座（22）与燕尾槽固定座（21）滑动连接；燕尾槽活动座（22）与卡紧缸支架（19）固定在一起，卡紧缸支架（19）上固定卡紧缸（17），卡紧缸（17）连接卡紧头（18）。
2.根据权利要求1所述的油田井下气液马达打井钻孔装置，其特征在于：所述的电机（1）连接减速器（20），减速器（20）连接卷桶（2）。
3、根据权利要求1所述的油田井下气液马达打井钻孔装置，其特征在于：所述的液压马达连接卷桶（2）。
4、根据权利要求1所述的油田井下气液马达打井钻孔装置，其特征在于：所述的电磁阀（13）与软管推进机构之间安装桶室旋转机构、桶室锁定机构，电磁阀（13）、桶室旋转机构和桶室锁定机构、软管推进机构分别安装在井底三个桶室内，三个桶室分别由内部的螺栓连接；桶室旋转机构由液压缸（9）、齿轮（6）、齿条（5）、橡胶轮（7）、拉力弹簧（4）构成，液压缸（9）通过转动轴同轴并列安装齿轮（6）和橡胶轮（7），齿轮（6）与齿条（5）啮合，齿条（5）连接拉力弹簧（4），橡胶轮（7）嵌入桶室的工艺孔与井壁挤压在一起，液压缸（9）固定在液压缸支架（8）上，液压缸支架（8）通过油缸架底座（10）与桶壁固定，油缸架底座（10）为铰轴形式的支座；在液压缸（9）的相反方向上同样安装一套由液压缸（9）、齿轮（6）、齿条（5）、橡胶轮（7）、拉力弹簧（4）构成的旋转结构，两个液压缸（9）方向相反，两个拉力弹簧（4）的另一端通过钢丝绳连接；桶室锁定机构由液压缸（12）连接杠杆，杠杆头上固定橡胶轮（11）构成，橡胶轮（11）与桶室的工艺孔相对应。
5、根据权利要求1所述的油田井下气液马达打井钻孔装置，其特征在于：所述的动力输送系统安装在车上，车上同时还装有配电柜（32）、电脑、荧光屏（37）。
6、根据权利要求1所述的油田井下气液马达打井钻孔装置，其特征在于：在所述的电磁阀（13）上端至地面的井内空间，安装滑动胀块总成（36），滑动胀块总成（36）通过螺栓固定在井壁上。
7、一种权利要求1或2或3或5或6所述的油田井下气液马达打井钻孔装置的应用，其特征在于：所述的油田井下气液马达打井钻孔装置用于打垂直井。
8、一种权利要求1或2或3或4或5所述的油田井下气液马达打井钻孔装置的应用，其特征在于：所述的油田井下气液马达打井钻孔装置用于打水平井，它可在同一水平位置上完成2~6个水平孔。
9、一种权利要求1或2或3或4或5所述的油田井下气液马达打井钻孔装置的应用，其特征在于：所述的油田井下气液马达打井钻孔装置用于打水平井，它可在不同的层段上打出水平孔，每个层段上打出2~6个水平孔。
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2008
- 2008-09-09 CN CN2008101370759A patent/CN101672157B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
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