CN105350912B - 一种降低滑动定向钻进摩阻的井下工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低滑动定向钻进摩阻的井下工具，包括上接头、上外筒、上芯轴、下接头、下外筒和下芯轴，上接头与上外筒固定连接，下接头与下芯轴连接，所述上外筒和下外筒固定连接，所述上芯轴位于上外筒内，所述下芯轴位于下外筒内，所述上芯轴上设有上限位块，所述下芯轴上设有下限位块，所述上限位块连接第一弹簧，所述下限位块连接第二弹簧。本发明工具为纯机械结构，可以在“离”与“合”两种状态下自由转换。“合”状态下可将扭矩及钻压传递给下部钻具，不影响钻井施工；“离”状态下上部管柱可自由旋转，大幅降低滑动磨阻，且不影响工具以下钻具的滑动定向钻进。利用该工具，与现有旋转导向等高端技术相比，可以大幅降低钻井施工费用。

Description

一种降低滑动定向钻进摩阻的井下工具
技术领域
本发明涉及一种井下钻探领域，更具体地说，涉及一种降低滑动定向钻进摩阻的井下工具。
背景技术
近年来随着国内页岩气开发的不断深入，丛式水平井钻井模式的广泛应用，出现了很多复杂三维定向井和长水平段水平井，导致井下摩阻增大，滑动定向施工过程中容易遇到托压问题，给正常定向施工造成极大阻碍。这种问题采用常规方法处理如改善钻井液性能、划眼、洗井等，效果一般且会消耗大量的生产时间。如选用旋转导向、水力振荡器、顶驱滑动钻进控制系统等方案，虽然能够解决问题，但使用价格昂贵，会使得钻井成本变高而没有效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种结构简单，使用成本低，且能较好地降低钻具摩阻，解除滑动定向施工托压现象的井下工具。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种降低滑动定向钻进摩阻的井下工具，包括上接头、上外筒、上芯轴、下接头、下外筒和下芯轴，所述上接头与上外筒固定连接，所述下接头与下芯轴连接，所述上外筒和下外筒固定连接，所述上芯轴位于上外筒内，所述下芯轴位于下外筒内，所述上芯轴上设有上限位块，所述下芯轴上设有下限位块，所述上限位块连接第一弹簧，所述下限位块连接第二弹簧；
滑动定向钻进时，所述上芯轴和下芯轴伸出，所述上限位块伸出并与所述上外筒的端部接触，与所述上接头连接的上部钻具可自由转动，与所述下接头连接的下部钻具不转动；
需要复合钻进时，所述上限位块在第一弹簧的作用下缩回，上芯轴和下芯轴缩回，当下外筒与下接头啮合时，所述下限位块伸出卡住所述下外筒的止动部，上部钻具和下部钻具一起转动。
上述方案中，所述上限位块与上芯轴之间设有密封圈和压块，所述下限位块与下芯轴之间设有密封圈和压块。
上述方案中，所述上限位块在与所述上外筒接触的面上设有滚珠。
上述方案中，所述下外筒的止动部处设有平面轴承和滚动轴承。
上述方案中，所述上芯轴端部还设有导向块，所述上外筒内部设有与所述导向块配合的导向槽。
上述方案中，需要复合钻进时，所述下外筒和下接头通过花键啮合。
实施本发明的降低滑动定向钻进摩阻的井下工具，具有以下有益效果：
本发明工具为纯机械结构，可以在“离”与“合”两种状态下自由转换。“合”状态下可将扭矩及钻压传递给下部钻具，不影响钻井施工；“离”状态下上部管柱可自由旋转，大幅降低滑动磨阻，且不影响工具以下钻具的滑动定向钻进。利用该工具，与现有旋转导向等高端技术相比，可以大幅降低钻井施工费用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是井下工具在“离”状态下的结构示意图；
图2是图1中的A-A剖视图；
图3是图1中上限位块处的局部放大示意图；
图4是井下工具在“合”状态下的结构示意图；
图5是图4中下限位块处的局部放大示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-图5所示，本发明降低滑动定向钻进摩阻的井下工具包括上接头1、上外筒3、上芯轴10、下接头17、下外筒11和下芯轴16，上接头1与上外筒3固定连接，下接头17与下芯轴16连接，上外筒3和下外筒11固定连接，上芯轴10位于上外筒3内，下芯轴16位于下外筒11内。上接头1母扣端与上部钻具由螺纹连接，下接头17与下部钻具母扣端连接。上芯轴10上端为光滑圆柱体，下芯轴16的下端内壁为花键形式。上芯轴10上设有上限位块5，下芯轴16上设有下限位块15，上限位块5连接第一弹簧8，下限位块15连接第二弹簧18。
上限位块5和下限位块15为液压驱动式的活动挡块。上限位块5与上芯轴10之间设有密封圈和压块9，下限位块15与下芯轴16之间设有密封圈和压块9。上限位块5在与上外筒3接触的面上设有滚珠6，下外筒11的止动部处设有平面轴承12和滚动轴承13。上芯轴10端部还设有导向块4，上外筒3内部设有与导向块4配合的导向槽2。
如图1-图3所示，当下外筒11与下接头17处于完全“离”的状态下，上芯轴10和下芯轴16伸出。在开泵状态下，上限位块5伸出，上限位块5伸出并与上外筒3的端部接触，挡住上芯轴10上行，保证能够给钻具施加钻压。同时，上外筒3下端面与上限位块5上的滚珠6接触，可以保证上外筒3及与之相连的上部钻具一起自由旋转，不影响与下芯轴16相连的下部钻具滑动定向施工。
如图4、图5所示，当需要从滑动定向转换成复合钻进方式时，即将工具状态从“离”的状态下转换成“合”的状态。停泵，上限位块5在第一弹簧8的作用下缩回，下压钻具，上芯轴10和下芯轴16上行，在导向块4的引导下，下外筒11与下接头17处的花键啮合，开泵，下限位块15伸出卡住下外筒11的止动部，防止脱键，完成状态转换。当上下外筒11处于完全“合”的状态下，钻具能够正常实施复合钻进方式。
当需要从复合钻进转换成滑动定向方式时，即将工具状态从“合”的状态下转换成“离”的状态。停泵，下限位块15在第二弹簧18作用下缩回，轻微上提钻具，下部钻具在井下摩阻的作用下保持不动，下外筒11与下接头17分开，上行至上限位块5之上，开泵，上限位块5伸出，完成状态转换。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种降低滑动定向钻进摩阻的井下工具，包括上接头(1)、上外筒(3)、上芯轴(10)、下接头(17)、下外筒(11)和下芯轴(16)，所述上接头(1)与上外筒(3)固定连接，所述下接头(17)与下芯轴(16)连接，所述上外筒(3)和下外筒(11)固定连接，所述上芯轴(10)位于上外筒(3)内，所述下芯轴(16)位于下外筒(11)内，其特征在于，所述上芯轴(10)上设有上限位块(5)，所述下芯轴(16)上设有下限位块(15)，所述上限位块(5)连接第一弹簧(8)，所述下限位块(15)连接第二弹簧(18)；
滑动定向钻进时，所述上芯轴(10)和下芯轴(16)伸出，所述上限位块(5)伸出并与所述上外筒(3)的端部接触，与所述上接头(1)连接的上部钻具可自由转动，与所述下接头(17)连接的下部钻具不转动；
需要复合钻进时，所述上限位块(5)在第一弹簧(8)的作用下缩回，上芯轴(10)和下芯轴(16)缩回，当下外筒(11)与下接头(17)啮合时，所述下限位块(15)伸出卡住所述下外筒(11)的止动部，上部钻具和下部钻具一起转动。
2.根据权利要求1所述的降低滑动定向钻进摩阻的井下工具，其特征在于，所述上限位块(5)与上芯轴(10)之间设有密封圈(7)和压块(9)，所述下限位块(15)与下芯轴(16)之间设有密封圈(14)和压块(9)。
3.根据权利要求1所述的降低滑动定向钻进摩阻的井下工具，其特征在于，所述上限位块(5)在与所述上外筒(3)接触的面上设有滚珠(6)。
4.根据权利要求1所述的降低滑动定向钻进摩阻的井下工具，其特征在于，所述下外筒(11)的止动部处设有平面轴承(12)和滚动轴承(13)。
5.根据权利要求1所述的降低滑动定向钻进摩阻的井下工具，其特征在于，所述上芯轴(10)端部还设有导向块(4)，所述上外筒(3)内部设有与所述导向块(4)配合的导向槽(2)。
6.根据权利要求1所述的降低滑动定向钻进摩阻的井下工具，其特征在于，需要复合钻进时，所述下外筒(11)和下接头(17)通过花键啮合。
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