CN103775006B - 井下随钻遥控伸缩钻铤 - Google Patents

Abstract

本发明的井下随钻遥控伸缩钻铤由外钻铤、活塞、密封圈、单向阀、弹簧、内活塞、花键组成。内钻铤安装在外钻铤内部，通过内外两组花键连接；活塞安装在外钻铤内部，两者之间安装密封圈，活塞上安装单向阀，内钻铤内壁加工旁通孔，活塞与外钻铤之间安装弹簧；内钻铤安装在外钻铤内，两者之间安装密封圈，内钻铤与外钻铤形成的腔室内安装弹簧；外钻铤外壁安装单向阀，并与内钻铤与外钻铤形成的腔室相通。本发明最大限度的发挥井下随钻遥控伸缩钻铤在复杂结构井钻井过程中的功能，增强井眼轨迹控制能力，提高钻进速度，缩短钻井周期，适合石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探等多种现场应用。

Description

井下随钻遥控伸缩钻铤

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探装置等领域的一种井下随钻遥控伸缩钻铤。

背景技术

随着油气田开发难度的日益加大和钻井技术的快速发展，利用定向井、水平井以及大位移井等复杂结构井进行油气田勘探开发已经成为一种趋势。定向井、水平井、大位移井等复杂结构井在钻进过程中对井眼轨迹控制精度要求较高，国外依靠旋转导向钻井技术能够精确控制井眼轨迹，但由于技术垄断，国内只能依靠常规钻具组合进行控制，井眼轨迹调整能力受到限制，为了满足井眼轨迹控制对钻具组合力学性能的要求，必须通过起下钻改变钻具组合，费时费力，影响了钻井效率的提高。针对上述问题，国内主要采用改变钻具组合结构、安装井下造斜工具、调整稳定器位置等技术措施，其原理就是改变钻具组合的力学性能，配合钻压、钻头类型等钻井参数的优选，实现设计井眼轨道的钻进，但是当地层发生变化时钻具组合就不能适应井眼轨迹的要求，需要起钻更换钻具组合，从而造成轨迹起伏较大，且钻井周期延长，钻井成本增加，钻井效率较低。根据管柱力学理论的研究分析，井下钻具组合中稳定器位置的变化能够改变钻具组合力学特性，从而影响钻具组合的造斜能力，即提高井眼轨迹的控制力，因此急需一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的井下遥控伸缩钻铤，满足定向井、水平井等复杂结构井钻井过程中井眼轨迹控制的工艺技术要求。

目前国内外尚未发现有关此类技术产品的报道和技术文献，故自行设计出结构简单，性能可靠的伸缩钻铤工具。

发明内容

本发明的目的是为了最大限度的发挥井下随钻遥控伸缩钻铤在复杂结构井钻井过程中的功能，增强井眼轨迹控制能力，提高钻进速度，缩短钻井周期，提供一种适合石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探的现场应用的井下随钻遥控伸缩钻铤。

本发明的井下随钻遥控伸缩钻铤，包括外钻铤、活塞、单向阀、弹簧、内活塞和花键。其中：在外钻铤内壁与外壁之间设有沿轴向开口的深度环形凹槽，沿外钻铤内壁设有径向开口的环形槽。活塞和回位弹簧轴向设在环形槽内，且活塞与环形槽构成沿轴向滑动的密封配合。内钻铤上部插入外钻铤的深度环形凹槽内，并与外钻铤的深度环形凹槽构成沿轴向滑动的密封配合。在内钻铤顶部与深度环形凹槽之间预留高压腔，对应于高压腔的外钻铤内外壁上分别设有旁通孔，并在外壁上的旁通孔设有单向阀。高压腔内设置定位弹簧，活塞上径向开设旁通孔并在旁通孔设有单向阀，活塞上的旁通孔与外钻铤内壁上的旁通孔形成上行间隔配合。内钻铤外壁中部与外钻铤内壁设有轴向插接配合的内花键槽和内花键，外钻铤底部与内钻铤下部设有相互插接配合的外花键槽和外花键。

上述方案还包括：

外钻铤底部与内钻铤下部设有相互插接配合的外花键槽和外花键呈方齿形，内钻铤中部内壁设有与外钻铤内壁下凸沿限位配合的内凸沿。在活塞与外钻铤和内钻铤与外钻铤的滑行配合面均设有密封圈。外钻铤上端部和内钻铤的底部均设有螺纹接头。

本发明的应用方法是：井下随钻遥控伸缩钻铤根据需要安装在井底钻具组合中的合适位置。初始状态不需要改变钻铤长度时，外钻铤与内钻铤形成的高压腔处于密封状态，内钻铤不会伸出，即内钻铤处于压力锁死状态，钻压和扭矩通过井下随钻遥控伸缩钻铤的外钻铤、外钻铤与内钻铤间的一组外花键、内钻铤传至下部钻具组合，驱动钻头旋转破岩；当需要改变钻铤长度时，增大泵压超过正常工作泵压，钻井液推动井下随钻遥控伸缩钻铤内部活塞下行，当活塞单向阀与外钻铤内壁旁通孔相通时，钻井液进入外钻铤与内钻铤形成的高压腔，内钻铤在弹簧力和液压力联合作用下下行，直至下止点；此时恢复到正常工作泵压，活塞复位，钻压和扭矩通过井下随钻遥控伸缩钻铤的外钻铤、外钻铤与内钻铤间另一组内花键、内钻铤传至下部钻具组合。当需要内钻铤缩回时，增大钻压，将高压腔内的钻井液经外钻铤外壁单向阀排出，内钻铤逐渐缩回至外钻铤内，处于初始状态。井下随钻遥控伸缩钻铤利用钻压和泵压达到控制内钻铤伸出或缩回的目的，即在不用起下钻的前提下，改变钻具组合的力学性能，满足复杂结构井井眼轨迹控制的要求。井下随钻遥控伸缩钻铤能够随钻改变井下钻具组合满足轨迹控制的需求，对于提高复杂结构井的井眼轨迹控制精度，改善井眼质量，降低钻井周期具有重要意义。

同时，井下随钻遥控伸缩钻铤还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点。

附图说明

图1是依据本发明所提出的井下随钻遥控伸缩钻铤的结构示意图。

图中，1-外钻铤、2-活塞、3-活塞密封圈、4-单向阀、5-定位弹簧、6-活塞单向阀、7-旁通孔、8-内钻铤密封圈、9-回位弹簧、10-内钻铤、11-外钻铤密封圈、12-内花键、13-外花键。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本发明。

实施例1，如图1所示，外钻铤1上端部设有上螺纹接头，在上螺纹接头下方的外钻铤1内壁与外壁之间设有沿轴向开口的深度环形凹槽，沿外钻铤1内壁设有径向开口的环形槽。活塞2和回位弹簧9轴向设在环形槽内，且活塞2与环形槽构成沿轴向滑动的密封配合。内钻铤10上部插入外钻铤1的深度环形凹槽内，并与外钻铤1的深度环形凹槽构成沿轴向滑动的密封配合。在内钻铤10顶部与深度环形凹槽之间预留高压腔，对应于高压腔的外钻铤内外壁上分别设有旁通孔，并在外钻铤外壁上的旁通孔设有单向阀4。高压腔内设置定位弹簧5，活塞2上径向开设旁通孔并在旁通孔设有活塞单向阀6，活塞2上的旁通孔与外钻铤1内壁上的旁通孔形成上行间隔配合。内钻铤10外壁中部与外钻铤1内壁设有轴向插接配合的内花键槽和内花键12，外钻铤1底部与内钻铤10下部设有相互插接配合的外花键槽和外花键13，在内钻铤10的底部设有下螺纹接头。

实施例2，结合实施例1和附图，该实施例中还包括：在活塞2与外钻铤1滑行配合面设有活塞密封圈3，在内钻铤10与外钻铤1的滑行配合面设有内钻铤密封圈8和外钻铤密封圈11。外钻铤1底部与内钻铤10下部设有相互插接配合的外花键槽和外花键13呈方齿形，内钻铤10中部内壁设有与外钻铤1内壁下凸沿限位配合的内凸沿。

应用方法是：井下随钻遥控伸缩钻铤根据需要安装在井底钻具组合中的合适位置。初始状态不需要改变钻铤长度时，外钻铤与内钻铤形成的高压腔处于密封状态，内钻铤不会伸出，即内钻铤处于压力锁死状态，钻压和扭矩通过井下随钻遥控伸缩钻铤的外钻铤、外钻铤与内钻铤间的一组花键、内钻铤传至下部钻具组合，驱动钻头旋转破岩；当需要改变钻铤长度时，增大泵压超过正常工作泵压，钻井液推动井下随钻遥控伸缩钻铤内部活塞下行，当活塞单向阀与外钻铤内壁旁通孔相通时，钻井液进入外钻铤与内钻铤形成的高压腔，内钻铤在弹簧力和液压力联合作用下下行，直至下止点，此时恢复到正常工作泵压，活塞复位，钻压和扭矩通过井下随钻遥控伸缩钻铤的外钻铤、外钻铤与内钻铤间另一组花键、内钻铤传至下部钻具组合；当需要内钻铤缩回时，增大钻压，将高压腔内的钻井液经外钻铤外壁单向阀排出，内钻铤逐渐缩回至外钻铤内，处于初始状态。井下随钻遥控伸缩钻铤利用钻压和泵压达到控制内钻铤伸出或缩回的目的，即在不用起下钻的前提下，改变钻具组合的力学性能，满足复杂结构井井眼轨迹控制的要求。井下随钻遥控伸缩钻铤能够随钻改变井下钻具组合的轨迹控制能力，对于提高复杂结构井的井眼轨迹控制精度，改善井眼质量，降低钻井周期具有重要意义。

Claims (4)

1.井下随钻遥控伸缩钻铤，其特征是包括外钻铤、活塞、单向阀、弹簧、内活塞和花键；其中：在外钻铤内壁与外壁之间设有沿轴向开口的深度环形凹槽，沿外钻铤内壁设有径向开口的环形槽；活塞和回位弹簧轴向设在环形槽内，且活塞与环形槽构成沿轴向滑动的密封配合；内钻铤上部插入外钻铤的深度环形凹槽内，并与外钻铤的深度环形凹槽构成沿轴向滑动的密封配合，在内钻铤顶部与深度环形凹槽之间预留高压腔，对应于高压腔的外钻铤内、外壁上分别设有旁通孔，并在外壁上的旁通孔设有单向阀，高压腔内设置定位弹簧；活塞上径向开设旁通孔并在旁通孔设有单向阀，活塞上的旁通孔与外钻铤内壁上的旁通孔形成上行间隔配合；内钻铤外壁中部与外钻铤内壁设有轴向插接配合的内花键槽和内花键，外钻铤底部与内钻铤下部设有相互插接配合的外花键槽和外花键。

2.根据权利要求1所述的井下随钻遥控伸缩钻铤，其特征是：外钻铤底部与内钻铤下部设有相互插接配合的外花键槽和外花键呈方齿形，内钻铤中部内壁设有与外钻铤内壁下凸沿限位配合的内凸沿。

3.根据权利要求1或2所述的井下随钻遥控伸缩钻铤，其特征是：在活塞与外钻铤和内钻铤与外钻铤的滑行配合面均设有密封圈。

4.根据权利要求1或2所述的井下随钻遥控伸缩钻铤，其特征是：外钻铤上端部和内钻铤的底部均设有螺纹接头。