CN105370203B - 用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具，包括造斜部与钻井部；造斜部包括造斜外筒与造斜短节；造斜外筒内部一侧沿着轴向设有弯曲滑动槽；造斜短节为空心柱状，均匀转动连接于造斜外筒的内部，且造斜短节的两侧沿着轴向分别对称设有内滑动槽与外滑动槽；外滑动槽的上下两端均转动连接有外滑动板；内滑动槽中配合安装有内滑动板，将相邻的两个造斜短节相连；钻井部包括钻具外筒、马达、万向轴、传动轴以及钻头；钻具外筒的顶端通过旁通阀与最底端的造斜短节相连。本发明结构简单、制造与使用成本低；在狭窄或地质条件较复杂的钻井环境中依旧拥有高效的造斜与钻井效率；并且拆装运输方便、使用简单、经久耐用。

Description

用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具

技术领域

本发明属于钻井技术领域，具体涉及一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具。

背景技术

在进行水平钻井时在钻井的同时还需要进行造斜，现有造斜管道主要由弹性外壳以及内装套的柔性钻管组成，弹性外壳需要经过运输与组接后才能进行钻井造斜；现有的弹性外壳存在弹性弯曲结构、加工制造较为复杂；当钻井环境较为狭窄时，现有的造斜管道造斜效率较为缓慢；并且由于地质环境较为复杂，不可避免地会遇到较为坚硬的岩石层，如果维持相同的功率持续运作，则有可能导致钻头甚至是马达总成的损坏，不仅提高了钻井成本，同时降低了钻井效率。

因此，研制出一种拆装运输方便、造斜钻井效率高的装置是本领域技术人员所急需解决的难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具，包括造斜部与钻井部；造斜部包括造斜外筒与造斜短节；造斜外筒为空心筒，其内部一侧沿着轴向设有弯曲滑动槽，并且造斜外筒在靠近弯曲滑动槽的边缘处设有柱状的弯曲孔；弯曲孔中贯穿有弹性钢筋；造斜短节为空心柱状，均匀转动连接于造斜外筒的内部，且造斜短节的两侧沿着轴向分别对称设有内滑动槽与外滑动槽；外滑动槽的位置与弯曲滑动槽相对应，且外滑动槽的上下两端均转动连接有外滑动板；外滑动板的末端滑动连接于弯曲滑动槽中；内滑动槽中配合安装有内滑动板；内滑动板将相邻的两个造斜短节相连；钻井部包括钻具外筒、马达、万向轴、传动轴以及钻头；钻具外筒的顶端通过旁通阀与最底端的造斜短节相连；马达固定于钻具外筒中，并沿着钻具外筒的轴向依次连接万向轴与传动轴；钻头与传动轴相固定。

本发明提供了一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具，由造斜部与钻井部组成，分别用于造斜与钻井。

本发明中的造斜部由造斜外筒与造斜短节组成；本发明中的造斜外筒为空心筒，其内部一侧沿轴向设有弯曲滑动槽，用于支撑其内部的造斜短节；并且造斜外筒在靠近弯曲滑动槽的边缘处设有柱状的弯曲孔，其中贯穿有弹性钢筋，用于提高造斜外筒的稳定性。

本发明中的造斜短节为空心柱状，且均匀转动连接于造斜外筒的内部，其中用于油管的导通，同时造斜外筒在进行弯曲时，造斜短节能够随之转动。造斜短节的两侧沿轴向对称设有内滑动槽与外滑动槽，其中外滑动槽的位置与弯曲滑动槽相对应，且外滑动槽的上下两端均转动连接有外滑动板，外滑动板的末端滑动连接于弯曲滑动槽中，同时内滑动槽中配合安装有内滑动板，内滑动板将相邻的两个造斜短节相连；该结构使得造斜外筒在进行弯曲造斜时，造斜短节在弯曲油管的作用下随之转动，并通过外滑动板末端在弯曲滑动槽中的滑动以及相邻相隔造斜短节之间的内滑动板的滑动作用使得相邻两个造斜短节在转动时保持稳定。

本发明中的钻井部由钻具外筒、马达、万向轴、传动轴以及钻头组成；其中钻具外筒的顶端通过旁通阀与最底端的造斜短节相连；马达固定于钻具外筒中，并沿着钻具外筒的轴向依次连接万向轴与传动轴；钻头与传动轴相固定。该结构使得首先在进行钻井时，可在造斜短节的中部贯穿泥浆管，首先将泥浆进行排出，之后将泥浆管更换为输油管即可进行输油。

作为优选，内滑动板呈工字状，其上端转动连接于上方的造斜短节的内滑动槽的中下部，下端滑动连接于下方的造斜短节的内滑动槽中。

本发明中的内滑动板设置为工字状，使得内滑动板的两端能够完全收缩至两个造斜短节的内滑动槽中，使得相邻的造斜短节能够保持竖直。并且本发明中内滑动板的上端设置为转动连接于上方的造斜短节的内滑动槽的中下部，下端滑动连接于下方的造斜短节的内滑动槽中，该结构使得相邻的造斜短节在造斜外筒的弯曲作用下进行转动时，能够通过内滑动板保持相互的稳定，并且内滑动板选择为一端转动连接，一端滑动连接，使得相邻的两个造斜短节在转动时，内滑动板的滑动更为顺畅。

作为优选，造斜短节的外部两侧对称设有转动槽；转动槽呈“凸”字状，转动槽中配合设有限位杆；限位杆的一端固定有饼状的限位盘，并配合安装于转动槽中；限位杆的另一端与造斜外筒相固定。

本发明中造斜短节的外部两侧对称设有呈“凸”字状的转动槽，转动槽中配合设有限位杆，通过限位杆与造斜外筒相固定；该结构使得造斜短节在转动的同事，不仅能够通过外滑动板以及内滑动板进行限位、维持稳定，同时还能够通过限位杆与造斜外筒相连、进行限位。

作为优选，限位杆与造斜外筒的固定点的连线经过造斜短节的中心。

本发明中两根限位杆与造斜外筒的固定点的连线经过造斜短节的中心，该结构使得造斜外筒在弯曲时能够最大限度地不影响限位杆连接的稳定性。

作为优选，造斜外筒的顶部设有一圈凹槽，造斜外筒的底部设有一圈拉耳卡；拉耳卡与凹槽相配合。

本发明中的造斜外筒的顶部设有一圈凹槽，形成“公接头”，而带有一圈拉耳卡的造斜外筒的底部形成“母接头”，两者共同形成“耳环式快速接头”，利用自锁原理实现相邻造斜外筒的上下端的紧密相连。

作为优选，拉耳卡的数量为3个或4个。

本发明将拉耳卡的数量选择为3-4个为优，既能保证相邻两个造斜外筒的紧密相连，同时也不会影响本发明整体的钻井效果。

作为优选，马达的回路中还安装有过载重启组件；过载重启组件包括采样电阻、马达转速控制CPU、可控硅、测速霍尔以及磁数环；采样电阻、马达转速控制CPU以及可控硅串联接入马达的回路中；磁数环安装于马达的转子顶部；测速霍尔固定于磁数环旁，并与马达转速控制CPU相连。

为了使得本发明更好的适应坚硬的岩石层，本发明在马达回路中还安装有过载重启组件，由过载重启组件包括采样电阻、马达转速控制CPU、可控硅、测速霍尔以及磁数环组成，采样电阻、马达转速控制CPU以及可控硅串联接入马达的回路中，磁数环安装于马达转子的顶部；采样电阻将马达的回路中不同大小的电流值转换为相应的电压值，输入马达转速控制CPU中，将电压模拟量转化为对应的数字量，控制可控硅的通断，实现控制马达的运行与停止；并且本发明在马达的转子顶部安装有磁数环，磁数环的旁边安装测速霍尔；磁数环随着马达转子一起转动，测速霍尔因磁数环的转动产生磁极的变化而产生脉冲，并将该脉冲传送至马达转速控制CPU，对马达的运行状态进行判断。当钻头钻到较为坚硬的岩石层时，主钻头上的负载逐渐增大，同时马达的负载也随之增大，采样电阻上的电压值同步增大，当采样电阻上的电压值达到最大时，马达转速控制CPU控制马达的关断，避免钻头以及马达的损坏，对两者进行保护。随后马达转速控制CPU会控制可控硅的导通角度，给马达较低的电压值，带动钻头进行转动，当钻头的负载依旧没有减小时，马达转速控制CPU没有检测到由测速霍尔传递的一定数量的脉冲信号，则不会继续给马达供电。如此循环，在间断的短时间持续转动作用后，钻头上的负载逐渐减小，直至测速霍尔检测到足够量的脉冲并传送至马达转速控制CPU，判定钻头以及马达处于正常的负载范围，完全打开可控硅的导通角度，向马达提供足够的电压，实现钻头的持续运转。

作为优选，采样电阻与可控硅焊接于马达转速控制CPU上。

本发明中的采样电阻以及可控硅均焊接于马达转速控制CPU上，该结构使得在进行持续钻井时，过载重启组件更为牢固，工作更为稳定。

本发明与现有技术相比，结构简单、制造与使用成本低；在狭窄或地质条件较复杂的钻井环境中依旧拥有高效的造斜与钻井效率；并且拆装运输方便、使用简单、经久耐用。

附图说明

图1、本发明的结构示意图；

图2、本发明中造斜部的水平剖视图；

图3、本发明中造斜外筒的结构示意图；

图4、本发明中造斜短节的结构示意图；

图5、本发明的竖直剖面图；

图6、本发明造斜时的竖直剖面图；

图7、本发明中造斜外筒相连接时的结构示意图；

图8、本发明中钻井部的结构示意图；

图9、本发明中过载重启组件的原理图。

附图标记列表：造斜外筒1、造斜短节2、弯曲滑动槽3、弯曲孔4、弹性钢筋5、内滑动槽6、外滑动槽7、外滑动板8、内滑动板9、限位杆10、凹槽11、拉耳卡12、钻具外筒13、马达14、万向轴15、传动轴16、钻头17、旁通阀18、采样电阻19、马达转速控制CPU20、可控硅21、测速霍尔22、磁数环23。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1所示为本发明的水平剖视图，本发明为一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具，由造斜部与钻井部组成，

如图2为造斜部的水平剖视图，包括如图3所示的造斜外筒1与如图4所示的造斜短节2。造斜外筒1为空心筒，其内部一侧沿着轴向设有弯曲滑动槽3，并且造斜外筒1在靠近弯曲滑动槽3的边缘处设有柱状的弯曲孔4；弯曲孔4中贯穿有弹性钢筋5；造斜外筒1的顶部设有一圈凹槽11，造斜外筒1的底部设有均匀设有4个拉耳卡12；拉耳卡12与凹槽11相配合。如图7所示，造斜外筒1进行连接时，上部的造斜外筒1的拉耳卡12与下部的造斜外筒1顶部的凹槽11相配合，实现两个相邻的造斜外筒1的相连。

造斜短节2为空心柱状，均匀转动连接于造斜外筒1的内部，造斜短节2的外部两侧对称设有转动槽；转动槽呈“凸”字状，转动槽中配合设有限位杆10；限位杆10的一端固定有饼状的限位盘，并配合安装于转动槽中；限位杆10的另一端与造斜外筒1相固定；限位杆10与造斜外筒1的固定点的连线经过造斜短节2的中心；造斜短节2的两侧沿着轴向分别对称设有内滑动槽6与外滑动槽7；外滑动槽7的位置与弯曲滑动槽3相对应，如图5，外滑动槽7的上下两端均转动连接有外滑动板8；外滑动板8的末端滑动连接于弯曲滑动槽3中；内滑动槽6中配合安装有内滑动板9；内滑动板9呈工字状，其上端转动连接于上方的造斜短节2的内滑动槽6的中下部，下端滑动连接于下方的造斜短节2的内滑动槽6中；通过此种方式内滑动板9将相邻的两个造斜短节2相连。

如图6所示，本发明进行造斜时，弹性钢筋5对造斜外筒1进行支撑，其中的造斜短节2随之转动；外滑动板8的一端转动于外滑动槽7中，另一端滑动于弯曲滑动槽3中；相邻的两个造斜短节2之间的内滑动板9的顶端转动于上方的造斜短节2的内滑动槽6中，底端则在下方的造斜短节2的内滑动槽6中滑动，以保持造斜短节2配合造斜外筒1进行造斜。

如图8所示，钻井部包括钻具外筒13、马达14、万向轴15、传动轴16以及钻头17；钻具外筒13的顶端通过旁通阀18与最底端的造斜短节2相连；马达14固定于钻具外筒13中，并沿着钻具外筒13的轴向依次连接万向轴15与传动轴16；钻头17与传动轴16相固定。并且为了更好的保护钻头17与马达14，马达14的回路中还安装有过载重启组件；如图9，过载重启组件包括采样电阻19、马达转速控制CPU20、可控硅21、测速霍尔22以及磁数环23；采样电阻19、马达转速控制CPU20以及可控硅21串联接入马达14 的回路中；采样电阻19与可控硅21焊接于马达转速控制CPU20上；磁数环23安装于马达14 的转子顶部；测速霍尔22固定于磁数环23旁，并与马达转速控制CPU20相连。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具，其特征在于：包括造斜部与钻井部；所述造斜部包括造斜外筒（1）与造斜短节（2）；所述造斜外筒（1）为空心筒，其内部一侧沿着轴向设有弯曲滑动槽（3），并且造斜外筒（1）在靠近弯曲滑动槽（3）的边缘处设有柱状的弯曲孔（4）；所述弯曲孔（4）中贯穿有弹性钢筋（5）；所述造斜短节（2）为空心柱状，均匀转动连接于造斜外筒（1）的内部，且造斜短节（2）的两侧沿着轴向分别对称设有内滑动槽（6）与外滑动槽（7），造斜短节（2）的外部两侧对称设有转动槽；所述转动槽呈“凸”字状，转动槽中配合设有限位杆（10）；所述限位杆（10）的一端固定有饼状的限位盘，并配合安装于转动槽中；限位杆（10）的另一端与造斜外筒（1）相固定；所述外滑动槽（7）的位置与弯曲滑动槽（3）相对应，且外滑动槽（7）的上下两端均转动连接有外滑动板（8）；所述外滑动板（8）的末端滑动连接于弯曲滑动槽（3）中；所述内滑动槽（6）中配合安装有内滑动板（9）；所述内滑动板（9）将相邻的两个造斜短节（2）相连，内滑动板（9）呈工字状，其上端转动连接于上方的造斜短节（2）的内滑动槽（6）的中下部，下端滑动连接于下方的造斜短节（2）的内滑动槽（6）中；所述钻井部包括钻具外筒（13）、马达（14）、万向轴（15）、传动轴（16）以及钻头（17）；所述钻具外筒（13）的顶端通过旁通阀（18）与最底端的造斜短节（2）相连；所述马达（14）固定于钻具外筒（13）中，并沿着钻具外筒（13）的轴向依次连接万向轴（15）与传动轴（16）；所述钻头（17）与传动轴（16）相固定。

2.根据权利要求1所述的一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具，其特征在于：所述限位杆（10）与造斜外筒（1）的固定点的连线经过造斜短节（2）的中心。

3.根据权利要求1所述的一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具，其特征在于：所述造斜外筒（1）的顶部设有一圈凹槽（11），造斜外筒（1）的底部设有一圈拉耳卡（12）；所述拉耳卡（12）与凹槽（11）相配合。

4.根据权利要求3所述的一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具，其特征在于：所述拉耳卡（12）的数量为3个或4个。

5.根据权利要求1所述的一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具，其特征在于；所述马达（14）的回路中还安装有过载重启组件；所述过载重启组件包括采样电阻（19）、马达转速控制CPU（20）、可控硅（21）、测速霍尔（22）以及磁数环（23）；所述采样电阻（19）、马达转速控制CPU（20）以及可控硅（21）串联接入马达（14 ）的回路中；所述磁数环（23）安装于马达（14）的转子顶部；所述测速霍尔（22）固定于磁数环（23）旁，并与马达转速控制CPU（20）相连。

6.根据权利要求5所述的一种用于水平钻井的分节式造斜螺杆钻具，其特征在于：所述采样电阻（19）与可控硅（21）焊接于马达转速控制CPU（20）上。