CN105525876A - 随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具 - Google Patents

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Abstract

本发明的随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具包括壳体、定子、转子、联轴器、轴承和输出轴，并在联轴器与输出轴之间连接转向节，输出轴上加工有旁通孔，在壳体与输出轴之间的环空内安装调节器，调节器与定位销滑动配合，在调节器下部的输出轴外安装弹簧，调节器与输出轴、壳体之间是偏心配合结构。本发明通过地面开关泵的操作，控制井下螺杆钻具弯角，并且能够进行多级调节，从而满足了具有不同造斜率复杂结构井钻井工艺的技术要求，同时减少起下钻更换钻具的次数，降低了发生井下复杂情况的风险，对于提高复杂结构井的钻井效率具有重要作用。

Description

随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具
技术领域
本发明涉及石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业领域的动力钻具，尤其是一种随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具。
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，大位移井、长水平段水平井、多级分支井等复杂结构井的数量与日俱增，弯螺杆钻具作为定向钻井工具仍是国内目前广泛应用专用工具之一，但是常规弯螺杆钻具，其弯角是固定不变的，对于具有多个造斜率的复杂结构井，不仅需要配备多个不同弯角的螺杆钻具，而且需要频繁起下钻进行钻具的更换，不仅延长了钻井周期增加了钻井成本，而且极易引发井下复杂情况的发生。常规可调弯角螺杆钻具，均是在地面调整至所需弯角，然后下入井内，若要改变弯角，则必须起钻到地面调整后，再次下井使用，虽然能够满足单个螺杆钻具钻不同造斜率井眼轨迹的要求，但频繁起下钻调整，大大影响了钻井效率。
专利00107819.4提供了一种遥控式井下弯壳体变角方法、装置及其应用，针对遥控式井下弯角可调螺杆钻具的优点及其技术优势进行了详细论述，虽然实现了井下螺杆钻具弯角可调的功能，但仍存在几点不足。(1)由于钻头连接在螺杆钻具的输出轴上，使得钻头到螺杆钻具壳体弯角点存在一定距离，虽然壳体弯角可调，相比于常规固定弯角螺杆钻具能够改变钻头的力学特性，但由于存在一定距离，使得钻头力学特性改变范围有限，即满足不了高造斜率的工艺要求；(2)内部结构较为复杂，零部件较多，对加工工艺要求较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具，在井下调整弯角，满足复杂结构井轨迹控制的要求，达到利用国内现有成熟技术装备，低成本高效率完成复杂结构井钻井轨迹控制的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具，包括壳体1、定子2、转子3、联轴器4、轴承10和输出轴11，定子2安装在壳体1内壁上，转子3与定子2配合，联轴器4连接在转子3与输出轴11之间，其特征是：在联轴器4与输出轴11之间连接转向节5，输出轴11上加工有旁通孔6，在壳体1与输出轴11之间的环空内安装调节器8，调节器8与壳体1和输出轴11轴向滑动密封配合，在壳体1上安装定位销7，定位销7与调节器8上的定位槽12滑动配合，在调节器8下部的输出轴外安装弹簧9，输出轴11与壳体1之间安装轴承10并旋转密封配合；调节器8与输出轴11、壳体1之间是偏心配合结构。
所述定位槽12周向具有连续的锯齿形凹槽，且凹槽上止点分为交替分布的两个高度，下止点高度一致。
所述转向节5由多组万向节、平衡块组合而成。
在调节器8与壳体1和输出轴11之间安装密封装置12和13；定位槽12中充满高压润滑油，壳体1和输出轴11外端分别设有连接头。
本发明工作原理和技术效果：
随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具安装在钻具组合与钻头之间，初始状态时，螺杆钻具输出轴弯角可根据实际需要设计为0度，也可以不是0度(例如0.5度或1度或其他角度等)，开始钻进时，开泵，钻井液通过螺杆钻具内部定子、转子后，一部分经旁通孔进入输出轴到达底部钻头，一部分钻井液作用在调节器上端，液压力驱动调节器下行。由于定位销与调节器外部定位槽配合，因此调节器下行时会转动一定角度。当定位销到达定位槽极限位置时，由于调节器与输出轴、壳体之间是偏心配合结构，在转向节的作用下，调节器能够使得输出轴的弯角发生改变，并且转向节是由多组万向节、平衡块经精密设计加工而成，其特点是不仅能够传递大扭矩，而且转动状态稳定，即驱动输出轴自转时，能够大幅减小输出轴公转的趋势，从而有利于螺杆钻具钻井时工具面角的稳定，也有利于减小轴承上的径向应力，提高轴承的寿命。只要是开泵钻进状态，那么调节器也是处于锁定状态，此时就能够进行钻井轨迹的精确控制。当需要改变弯角时，先停泵，此时调节器在下部弹簧的作用下上行，由于定位销的限制作用，调节器上行时会转动一定角度，然后再次开泵，定位销使调节器下行时再次转动，由于定位槽设计行程的限制作用，可使调节器与输出轴的偏心度发生不同变化，从而改变输出轴的弯角，同时调节器状态锁定，即可完成第二级造斜率井段的钻井施工。另外，固定任一级弯角，都可满足复合钻井工艺技术的要求。
现场全尺寸装置应用结果分析表明，对于井眼轨迹复杂的长水平段水平井，平均单井节省钻井周期3-5天，节省燃油消耗5-8吨，钻井效率提高36％，且井眼轨迹质量符合设计标准，实现了低能耗、高效率的钻井目的。随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具对于大位移井、长水平段水平井等复杂结构井的高效快速钻进、井身质量的精确控制、延长钻头和钻具的使用寿命、降低能耗和综合成本、提高经济效益具有重要意义，同时也打破了国外在复杂结构井井眼轨迹精确控制工艺方面的技术垄断，实现了利用国内低成本、现有成熟技术完成高难度复杂结构井钻井的目的，具有重要的社会价值和经济价值。
随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具还具有结构设计简单、性能可靠、操作方便等特点。
附图说明
图1是依据本发明所提出的随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具结构示意图。
图2是依据本发明所提出的随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具A-A截面结构示意图(弯角1.75o)。
图3是依据本发明所提出的随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具A-A截面结构示意图(弯角1.5o)。
图4是依据本发明所提出的随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具调节器上定位槽结构放大展开示意图。
图中1-壳体、2-定子、3-转子、4-联轴器、5-转向节、6-旁通孔、7-定位销、8-调节器、9-弹簧、10-轴承、11-输出轴、12-密封装置、13-密封装置。
具体实施方式
下面结合附图来详细描述本发明。
如图1，定子2安装在壳体1内壁上，转子3与定子2配合，联轴器4连接在转子3下端，转向节5连接在联轴器4与输出轴11中间，输出轴11上加工有旁通孔6，定位销7安装在壳体1上，调节器8安装在壳体1与输出轴11之间，定位销7与调节器8上的定位槽12配合，弹簧9安装在调节器8下部，输出轴11与壳体1之间安装轴承10，调节器8与壳体1和输出轴11之间分别安装密封装置12和13。如图2、3所示调节器8与输出轴11、壳体1之间是偏心配合结构。如图4所示，定位槽12周向具有连续的锯齿形凹槽，且凹槽上止点分为交替分布的两个高度，下止点高度一致。
上述实施例的随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具通过上下接头连接在在钻具组合与钻头之间，入井前初始状态时，螺杆钻具输出轴11的轴向初始弯角根据实际需要设计为0.5度。开始钻进时，开泵，钻井液通过螺杆钻具内部定子2、转子3后，一部分经旁通孔6进入输出轴到达底部钻头，一部分钻井液作用在调节器8上端，液压力驱动调节器8下行，由于定位销7与调节器8外部定位槽配合，因此调节器8下行时会周向转动角度，当定位销7到达定位槽极限位置时，由于调节器8与输出轴11是偏心结构设计，因此调节器能够使得输出轴11的轴向弯角发生改变，增为1.0度，只要是开泵钻进状态，那么调节器8也是处于锁定状态，此时就能够进行钻井轨迹的精确控制；当需要改变弯角时，先停泵，此时调节器8在下部弹簧9的作用下上行，由于定位销7的限制作用，调节器8上行时会转动一定角度，然后再次开泵，定位销7使调节器8下行时再次转动，由于定位槽12的限制作用，可使调节器8与输出轴11的偏心度发生变化，增加为1.5度，从而改变输出轴11的弯角，同时调节器8状态锁定，即可完成第二级造斜率井段的钻井施工。
每次调节器8发生周向转动时都需要转盘或者顶驱转动对应角度，使得输出轴11弯角变化时，钻头的方位角始终保持不变，保证造斜效率。另外，固定任一级弯角，都可进行复合钻井。

Claims (4)

1.随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具，包括壳体(1)、定子(2)、转子(3)、联轴器(4)、轴承(10)和输出轴(11)，定子(2)安装在壳体(1)内壁上，转子(3)与定子(2)配合，联轴器(4)连接在转子(3)与输出轴(11)之间，其特征是：在联轴器(4)与输出轴(11)之间连接转向节(5)，输出轴(11)上加工有旁通孔(6)，在壳体(1)与输出轴(11)之间的环空内安装调节器(8)，调节器(8)与壳体(1)和输出轴(11)轴向滑动密封配合，在壳体(1)上安装定位销(7)，定位销(7)与调节器(8)上的定位槽(12)滑动配合，在调节器(8)下部的输出轴外安装弹簧(9)，输出轴(11)与壳体(1)之间安装轴承(10)并旋转密封配合；调节器(8)与输出轴(11)、壳体(1)之间是偏心配合结构。
2.根据权利要求1所述的随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具，其特征是：定位槽(12)周向具有连续的锯齿形凹槽，且凹槽上止点分为交替分布的两个高度，下止点高度一致。
3.根据权利要求1或2所述的随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具，其特征是：转向节(5)由多组万向节、平衡块组合而成。
4.根据权利要求3所述的随钻遥控式多级弯角可调螺杆钻具，其特征是：调节器(8)与壳体(1)和输出轴(11)之间安装密封装置(12和13)；定位槽(12)中充满高压润滑油；壳体(1)和输出轴(11)外端分别设有连接头。
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