CN104563910B - 井下随钻遥控伸缩短钻铤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及井下作业工具领域的一种井下随钻遥控伸缩短钻铤，包括外钻铤、内钻铤、中心管、弹簧、控制阀、定位销。内钻铤安装在外钻铤和中心管之间，中心管固定在外钻铤内部，定位销安装在外钻铤上，控制阀安装在中心管与外钻铤之间，控制阀上加工控制滑槽并与定位销配合，控制阀和中心管上加工旁通孔，控制阀与中心管之间安装弹簧，内、外钻铤设有滑动配合的花键内、外钻铤底端设有插接配合的外花键组。通过控制伸缩短钻铤的工作状态改变钻具组合的力学特性，完成因地层或者目的层发生变化造成的井眼轨迹调整需要，提高轨迹控制精度，改善井眼质量，从而提高了钻井效率，节约钻井成本，减少了因起下钻造成的非钻进时间的消耗及钻井能源的损失。

Description

井下随钻遥控伸缩短钻铤

技术领域

本发明属于石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业专用设备领域，尤其是一种井下随钻遥控伸缩短钻铤。

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。

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短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、缩短钻井周期而提供一种井下随钻遥控伸缩短钻铤，以更好地满足石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等的现场需要。

本发明的技术方案是：

井下随钻遥控伸缩短钻铤包括外钻铤、内钻铤、中心管、弹簧、控制阀和定位销，其中：外钻铤上端设有连接螺纹，螺纹下部为一段加厚内壁，加厚内壁上径向分布有定位销孔，外钻铤中部为一段环形薄壁槽，环形薄壁槽下部设有一段内凸起的外钻铤花键，外钻铤底部设有外花键组；中心管上设有与中心管贯通的旁通孔，中心管中部带有一段外凸起，该凸起部位与外钻铤的环形薄壁槽内壁形成密封配合，并分割成上部环形空腔和下部环形空腔，凸起部位轴向设有通孔，将上部环形空腔和下部环形空腔贯通，中心管的外凸起上部与外钻铤加厚内壁段之间留有环形空隙，环形空隙内滑行密封配合有控制阀；控制阀外壁设有连续的上下限位滑槽，滑槽与设在外钻铤上定位销孔内的定位销滑动配合，在控制阀下部靠近外钻铤加厚内壁下端部位设有旁通孔，该旁通孔在下行止点处与外钻铤的上部环形空腔形成贯通，并与中心管上设有的旁通孔形成贯通；弹簧套装在控制阀与中心管外凸起之间的上部环形空腔内；内钻铤安装在外钻铤和中心管之间的下部环形空腔中，内钻铤上端部带有外凸起，外凸起与外钻铤内壁、内钻铤内壁与中心管之间形成滑动密封配合，外凸起下部的内钻铤外壁上设有内钻铤花键，内钻铤花键与外钻铤下部的外钻铤花键形成轴向滑动插接配合并始终保持啮合状态，在内钻铤与外钻铤下端结合部设有与外钻铤外花键组配合的内钻铤外花键组，内钻铤底端设有连接螺纹。

上述方案进一步包括：

定位销为1-5组，并且均匀安装在外钻铤上。

控制阀的滑槽加工有三个位移控制止点，控制阀的滑槽内充满润滑油。

控制阀与外钻铤和中心管之间、中心管外凸起部位与外钻铤内壁之间以及内钻铤与外钻铤和中心管之间均设有密封装置，中心管旁通孔上安装过滤装置。

本发明的井下随钻遥控伸缩短钻铤初始状态时，控制阀锁定，使得中心管旁通孔与控制阀旁通孔不能连通，内钻铤不伸出，内钻铤与外钻铤之间的外花键组配合，传递扭矩和钻压；当需要短钻铤长度增加时，先停泵再开泵，控制阀解锁并下行，使得中心管旁通孔与控制阀旁通孔连通，高压钻井液进入内钻铤与外钻铤之间的高压腔，推动内钻铤下行直至下止点，然后再经过停泵开泵，控制阀恢复初始位置并锁紧，中心管旁通孔与控制阀旁通孔不能连通，此时外钻铤与内钻铤之间的外花键脱离，内花键处于啮合状态，能够传递扭矩，钻压则通过外钻铤、钻井液、内钻铤传递至下部钻具组合；当需要内钻铤缩回时，先停泵再开泵，控制阀解锁并下行，使得中心管旁通孔与控制阀旁通孔连通，然后下放钻具组合，利用钻压将内钻铤压回外钻铤内部，外钻铤与内钻铤之间的外花键啮合，同时高压腔内的钻井液通过旁通孔进入中心管，然后停泵再开泵，控制阀上行并锁紧，中心管旁通孔与控制阀旁通孔不能连通，短钻铤恢复初始状态。

井下随钻遥控伸缩短钻铤还具有结构设计简单、加工方便、运行平稳、性能可靠、控制精度高、操作方便等特点，能够满足定向井、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。

附图说明

图1是依据本发明所提出的一种井下随钻遥控伸缩短钻铤结构示意图。

图2是图1中的井下随钻遥控伸缩短钻铤控制滑槽放大展开平面示意图。

图中1-外钻铤、2-中心管、3-控制阀、4-密封装置、5-定位销、6-密封装置、7-过滤装置、8-控制阀旁通孔、9-弹簧、10-密封装置、11-通孔、12-密封装置、13-内钻铤、14-内钻铤花键、15-外钻铤花键、16-密封装置、17-外花键组、18-控制阀滑槽、19-中心管旁通孔

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本发明。

实施例1

参照图1和图2，井下随钻遥控伸缩短钻铤包括外钻铤1、内钻铤13、中心管2、弹簧9、控制阀3和定位销5。其中：外钻铤1上端设有连接螺纹，螺纹下部为一段加厚内壁，加厚内壁上径向分布有定位销孔，外钻铤1中部为一段环形薄壁槽，环形薄壁槽下部设有一段内凸起的外钻铤花键15，外钻铤底部设有外花键组。中心管2上设有与中心管贯通的旁通孔7，中心管中部带有一段外凸起，该凸起部位与外钻铤1的环形薄壁槽内壁形成密封配合，并分割成上部环形空腔和下部环形空腔，凸起部位轴向设有通孔11，将上部环形空腔和下部环形空腔贯通，中心管3的外凸起上部与外钻铤加厚内壁段之间留有环形空隙，环形空隙内滑行密封配合有控制阀。控制阀3外壁设有连续的上下限位滑槽18（具体对照附图2），滑槽18与设在外钻铤上定位销孔内的定位销5滑动配合，在控制阀3下部靠近外钻铤1加厚内壁下端部位设有旁通孔8，该旁通孔8在下行止点处与外钻铤1的上部环形空腔形成贯通，并与中心管2上设有的旁通孔7形成贯通。弹簧9套装在控制阀3与中心管2外凸起之间的上部环形空腔内。内钻铤13安装在外钻铤1和中心管2之间的下部环形空腔中，内钻铤13上端部带有外凸起，外凸起与外钻铤1内壁、内钻铤13内壁与中心管2之间形成滑动密封配合，外凸起下部的内钻铤13外壁上设有内钻铤花键14，内钻铤花键14与外钻铤下部的外钻铤花键15形成轴向滑动插接配合并始终保持啮合状态，在内钻铤13与外钻铤1下端结合部设有与外钻铤外花键组配合的内钻铤外花键组17，内钻铤底端设有连接螺纹。

实施例2

如图1和2所示，内钻铤13安装在外钻铤1和中心管2之间，中心管2固定在外钻铤1内部，定位销5安装在外钻铤1上，控制阀3安装在中心管2与外钻铤1之间，控制阀3上加工控制滑槽18，并且定位销5与控制滑槽18配合，控制阀上3加工控制阀旁通孔8，中心管2上加工有中心管旁通孔19，中心管旁通孔19上安装过滤装置7，控制阀3与中心管2之间安装弹簧9，内钻铤13外壁上加工内钻铤花键14，外钻铤1内壁上加工外钻铤花键15，内钻铤13与外钻铤1底端加工外花键组17，控制阀3与外钻铤1之间安装密封装置4和6、中心管2与外钻铤1之间安装密封装置10、内钻铤13与外钻铤1之间安装密封装置12、内钻铤13与中心管2之间安装密封装置16。

实施例3

在上述实施例的基础上，定位销设定为3组，并且均匀安装在外钻铤1上。控制阀3的滑槽加工有三个位移控制止点（参见图2），控制阀的滑槽内充满润滑油。

井下随钻遥控伸缩短钻铤根据需要安装在井底钻具组合中的适当位置，通过控制伸缩短钻铤的工作状态改变钻具组合的力学特性，完成因地层或者目的层发生变化造成的井眼轨迹调整需要，提高轨迹控制精度，改善井眼质量，从而提高了钻井效率，节约钻井成本，减少了因起下钻造成的非钻进时间的消耗及钻井能源的损失。井下随钻遥控伸缩短钻铤具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点。

Claims (5)

1.井下随钻遥控伸缩短钻铤，其特征是包括外钻铤、内钻铤、中心管、弹簧、控制阀和定位销，其中：外钻铤上端设有连接螺纹，螺纹下部为一段加厚内壁，加厚内壁上径向分布有定位销孔，外钻铤中部为一段环形薄壁槽，环形薄壁槽下部设有一段内凸起的外钻铤花键，外钻铤底部设有外花键组；中心管上设有与中心管贯通的旁通孔，中心管中部带有一段外凸起，该凸起部位与外钻铤的环形薄壁槽内壁形成密封配合，并分割成上部环形空腔和下部环形空腔，凸起部位轴向设有通孔，将上部环形空腔和下部环形空腔贯通，中心管的外凸起上部与外钻铤加厚内壁段之间留有环形空隙，环形空隙内滑行密封配合有控制阀；控制阀外壁设有连续的上下限位滑槽，滑槽与设在外钻铤上定位销孔内的定位销滑动配合，在控制阀下部靠近外钻铤加厚内壁下端部位设有旁通孔，该旁通孔在下行止点处与外钻铤的上部环形空腔形成贯通，并与中心管上设有的旁通孔形成贯通；弹簧套装在控制阀与中心管外凸起之间的上部环形空腔内；内钻铤安装在外钻铤和中心管之间的下部环形空腔中，内钻铤上端部带有外凸起，外凸起与外钻铤内壁、内钻铤内壁与中心管之间形成滑动密封配合，外凸起下部的内钻铤外壁上设有内钻铤花键，内钻铤花键与外钻铤下部的外钻铤花键形成轴向滑动插接配合并始终保持啮合状态，在内钻铤与外钻铤下端结合部设有与外钻铤外花键组配合的内钻铤外花键组，内钻铤底端设有连接螺纹。

2.根据权利要求1所述的井下随钻遥控伸缩短钻铤，其特征是：控制阀的滑槽加工有三个位移控制止点，控制阀的滑槽内充满润滑油。

3.根据权利要求1或2所述的井下随钻遥控伸缩短钻铤，其特征是：定位销为1-5组，并且均匀安装在外钻铤上。

4. 根据权利要求3所述的井下随钻遥控伸缩短钻铤，其特征是：控制阀与外钻铤和中心管之间、中心管外凸起部位与外钻铤内壁之间以及内钻铤与外钻铤和中心管之间均设有密封装置。

5.根据权利要求4所述的井下随钻遥控伸缩短钻铤，其特征是：中心管旁通孔上安装过滤装置。