CN105863537A - 一种连续油管钻井辅助工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续油管钻井辅助工具，能够将涡轮钻具的扭矩转化为前端工具的钻压和扭矩。其技术方案：中心筒内设置转筒，转筒通过涡轮钻具驱动而旋转，转筒外设置螺旋槽驱动滑套轴向移动并撑开轮轴使得滚轮压紧在井壁或者套管上，涡轮钻具通过分动箱驱动3个滚轮转动。本发明能够自动无极调节轮轴张开角度，对井径变化适应性强，涡轮钻具扭矩能够通过分动箱放大，从而为前端钻井工具提供更好条件。

Description

一种连续油管钻井辅助工具
技术领域
本发明涉及一种连续油管钻井辅助工具，具体应用于油气井连续油管作业，尤其是连续油管钻井、磨削、洗井等作业。
背景技术
连续油管是一根完整的长达数千米的细长管，在陆地上盘在盘管器上，可以整根管柱送入井下；广泛应用于修井、压裂后钻桥塞、落鱼打捞、测井、钻井等作业。连续油管由于其结构连续，起下钻时间短，工作效率是普通钻杆、油管、套管作业的3～5倍。
连续油管挠度过大，只能承受轴向拉力，几乎不能承受扭矩和轴向压力。所以，连续油管在斜井、水平井中作业需要在前端增加一个提供拖拽力的送进装置，称之为爬行器。目前国内外连续油管爬行器主要是蠕动式，蠕动式爬行器包括两套撑杆机构，两套撑杆机构交替支撑在井壁上，同时对油管提供拖拽力。蠕动式爬行器工作不连续，并且对井径变化敏感，通常之能应用于连续油管测井和洗井工作，对于连续油管钻井和磨削适应性不强。
水平井采用常规钻柱钻井作业中，克服水平段钻柱的摩擦力向前推进是一个巨大的问题。目前国内外水平井钻柱送进装置，主要采用的方案是将钻柱前端通过短接分为多段，段与段之间通过节流压差推动。连续油管几乎不能承受轴向压力和扭矩，水平段不能直接加钻压推进，所以上述方案不能用于连续油管作业。
连续油管工作效率具有巨大优势，目前国内外连续油管作业越来越广泛。但是没有成熟的工具，能够在连续油管钻井、磨削等作业中提供有效钻压和扭矩。目前的连续油管磨削作业，只能采用小扭矩、低钻压、高速钻头进行磨削，磨削速度低；连续油管钻井只能适应于直井段，采用前端增加增重工具的方式产生钻压。因此，连续油管钻井、磨削等应用受到限制。
综上所述，研制适应范围广的连续油管送进装置，以及对前端工具提供钻压扭矩的连续油管作业设备具有广阔前景。
发明内容
本发明的目的：为了克服现有爬行器工作不连续以及井径变化适应性差的缺点，同时解决连续油管钻井和磨削作业扭矩钻压低的问题，特提供一种连续油管钻井辅助工具。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种连续油管钻井辅助工具，包括上涡轮钻具、分动箱、输入轴、输出轴、万向节、轮轴、活动环、支撑臂、滚轮、弹簧座、中心筒、滑套、转筒、下涡轮钻具，中心筒上端锥扣连接弹簧座，弹簧座上端锥扣连接分动箱，分动箱上端锥扣连接上涡轮钻具壳体，中心筒下端锥扣连接下涡轮钻具壳体，其特征在于：
转筒设置于中心筒内，转筒与弹簧座之间设置扭簧，转筒下端与下涡轮钻具旋转轴用联轴器连接，转筒下端设置轴向过流孔，转筒外设置3个螺旋槽并均匀分布；中心筒外安装滑套，滑套外固定支撑臂，支撑臂端部与活动环通过球铰连接，活动环套在轮轴上并可以在轮轴上滑动，轮轴端部安装滚轮；中心筒中间位置设置3个纵向槽形孔，螺钉设置在所述槽型孔内，螺钉与滑套螺纹连接并伸入转筒的螺旋槽内；
分动箱设置轴向过流孔，所述过流孔连通分动箱上下中心流道；输入轴设置在分动箱中心位置并与上涡轮钻具旋转轴用联轴器连接，出轴向下伸出分动箱，输入轴和输出轴之间用齿轮传动，所述齿轮传动包括行星齿轮传动和常规直齿轮传动，所述行星齿轮传动的行星轮架作为常规直齿轮传动的输入轴，常规直齿轮传动与输出轴连接；
安装完成后，滑套在中心筒下端位置，输出轴与中心筒的轴线共同构成的平面与轮轴轴线之间夹角为5～20°。
分动箱包括后齿轮箱和前齿轮箱，其特征在于：后齿轮箱内设置行星齿轮传动，前齿轮箱内设置常规直齿轮传动；前齿轮箱中心设置主动齿轮，边缘设置3个从动齿轮，所述从动齿轮与输出轴连接。
所述分动箱包括后端盖、后齿轮箱、前齿轮箱、隔板、前端盖；后齿轮箱、前齿轮箱、隔板在安装齿轮的空余位置设置轴向过流孔，所述过流孔连通分动箱上下中心流道。
本发明具有的有益效果是：1、分动箱包括行星齿轮减速和普通齿轮减速，将涡轮钻具的扭矩放大十多倍，能够为前端钻头等工具提供更大的扭矩和钻压；2、本发明滚轮张开角度可以自动无极调节，对井径变化适应性强；3、本发明滚轮转动驱动和滚轮张开驱动分开，由独立的动力源驱动，滚轮与井壁或者套管壁压紧力更大，不容易打滑。
附图说明
图1为本发明的结构简图。
图2为本发明图1的轴向剖视图。
图3为本发明所述转筒的结构简图。
图4为本发明滚轮安装原理图。
图5为本发明所述分动箱装配原理图。
图中：1.上涡轮钻具壳体；2.上涡轮钻具旋转轴；3.后端盖；4.后齿轮箱；5.前齿轮箱；6.隔板；7.前端盖；8.联轴器；9.输入轴；10.太阳轮；11.行星齿轮；12.外齿圈；13.行星轮架；14.大齿轮；15.小齿轮；16.输出轴；17.万向节；18.轮轴；19.活动环；20.支撑臂；21.滚轮；22.弹簧座；23.中心筒；24.扭簧；25.滑套；26.转筒；27.螺钉；28.下涡轮钻具旋转轴；29.下涡轮钻具壳体。
具体实施方式
本发明不受下述实施实例的限制，可以根据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。下面结合图1～5对本发明作以下描述。上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布局方向来确定的。
中心筒23上端设置分动箱，中心筒23和分动箱之间设置弹簧座22并用锥扣连接，分动箱上端锥扣连接上涡轮钻具壳体1，中心筒23下端锥扣连接下涡轮钻具壳体29。
转筒26设置于中心筒23内，转筒26与弹簧座22之间设置扭簧24，转筒26下端与下涡轮钻具旋转轴28用联轴器8连接，转筒26下端设置轴向过流孔，转筒26外设置3个螺旋槽并均匀分布。中心筒23外安装滑套25，滑套25外固定支撑臂20，支撑臂20端部与活动环19通过球铰连接，活动环19套在轮轴18上并可以在轮轴18上滑动，轮轴18端部安装滚轮21。中心筒23中间位置设置3个纵向槽形孔，螺钉27设置在所述槽型孔内，螺钉27与滑套25螺纹连接并伸入转筒26的螺旋槽内。
分动箱包括后端盖3、后齿轮箱4、前齿轮箱5、隔板6、前端盖7。后端盖3、后齿轮箱4、前齿轮箱5、隔板6、前端盖7之间接触位置设置密封垫片，后端盖3、后齿轮箱4、前齿轮箱5、隔板6、前端盖7边缘位置设置螺栓孔，用螺栓连接后端盖3和前端盖7。
后齿轮箱4为圆盘形，后齿轮箱4中心位置设置沉孔并安装外齿圈12，太阳轮10设置在后齿轮箱4中间位置，太阳轮10和外齿圈12之间均匀分布3个行星齿轮11，3个行星齿轮11中心位置连接行星轮架13，行星轮架13中间设置伸出轴，所述伸出轴穿过前齿轮箱5中心孔伸入前齿轮箱5内并在端部安装小齿轮15。输入轴9从后齿轮箱4中心位置伸入后齿轮箱4内并与太阳轮10用键槽方式连接，输入轴9另一端通过联轴器8与上涡轮钻具旋转轴2连接。
前齿轮箱5为圆盘形，前齿轮箱5中心位置安装小齿轮15，小齿轮15周围均匀分布3个大齿轮14，大齿轮14安装到输出轴16上，输出轴16一端通过轴承安装到前齿轮箱5上，输出轴16另一端穿过隔板6和前端盖7伸出分动箱外，输出轴16通过万向节17与轮轴18连接。
隔板6设置在前齿轮箱5和前端盖7之间，隔板6和前齿轮箱5封闭大齿轮14和小齿轮15，防止泥浆影响齿轮传动。隔板6、后齿轮箱4和前齿轮箱5在安装齿轮的空余位置设置3个轴向过流孔，所述过流孔联通分动箱上下中心流道。
后端盖3整体为圆盘形，所述圆盘边缘位置设置凸台，所述凸台与后齿轮箱4连接。后端盖3中心设置圆筒，所述圆筒与上涡轮钻具壳体1之间采用锥扣连接。
前端盖7整体为圆盘形，所述圆盘边缘位置设置凸台，所述凸台与前齿轮箱5连接。前端盖7中心设置圆筒，所述圆筒与弹簧座22之间采用锥扣连接。前端盖7在输出轴16对应位置设置3个孔，输出轴16从所述孔内穿过并伸出前端盖7。
安装完成后，滑套25在中心筒23下端位置，输出轴16与中心筒23的轴线共同构成的平面与轮轴18轴线之间夹角为5～20°。
本发明的原理是：
本发明所述机构上端通过连续油管接头与连续油管连接，上涡轮钻具驱动输入轴9旋转，输入轴9的扭矩和转速通过分动箱传递给3个滚轮21。下涡轮钻具产生的扭矩传递给转筒26，转筒26克服扭簧24的扭矩而转动并通过螺旋槽驱动螺钉27沿着中心筒23轴向往上滑动。在初始位置，轮轴18与中心筒23之间沿着中心筒23径向有一定角度偏转，并且沿着中心筒23圆周方向有一定偏转。滑套25上移会使得3个轮轴18螺旋张开并让滚轮21压在井壁或者套管上。3个滚轮21转动可以使本机构向下螺旋运动，从而给下部钻具提供钻压并克服钻头产生的反扭矩。

Claims (3)

1.一种连续油管钻井辅助工具，包括上涡轮钻具、分动箱、输入轴、输出轴、万向节、轮轴、活动环、支撑臂、滚轮、弹簧座、中心筒、滑套、转筒、下涡轮钻具，中心筒上端锥扣连接弹簧座，弹簧座上端锥扣连接分动箱，分动箱上端锥扣连接上涡轮钻具壳体，中心筒下端锥扣连接下涡轮钻具壳体，其特征在于：
转筒设置于中心筒内，转筒与弹簧座之间设置扭簧，转筒下端与下涡轮钻具旋转轴用联轴器连接，转筒下端设置轴向过流孔，转筒外设置3个螺旋槽并均匀分布；中心筒外安装滑套，滑套外固定支撑臂，支撑臂端部与活动环通过球铰连接，活动环套在轮轴上并可以在轮轴上滑动，轮轴端部安装滚轮；中心筒中间位置设置3个纵向槽形孔，螺钉设置在所述槽型孔内，螺钉与滑套螺纹连接并伸入转筒的螺旋槽内；
分动箱设置轴向过流孔，所述过流孔连通分动箱上下中心流道；输入轴设置在分动箱中心位置并与上涡轮钻具旋转轴用联轴器连接，出轴向下伸出分动箱，输入轴和输出轴之间用齿轮传动，所述齿轮传动包括行星齿轮传动和常规直齿轮传动，所述行星齿轮传动的行星轮架作为常规直齿轮传动的输入轴，常规直齿轮传动与输出轴连接；
安装完成后，滑套在中心筒下端位置，输出轴与中心筒的轴线共同构成的平面与轮轴轴线之间夹角为5～20°。
2.根据权利要求1所述一种连续油管钻井辅助工具，分动箱包括后齿轮箱和前齿轮箱，其特征在于：后齿轮箱内设置行星齿轮传动，前齿轮箱内设置常规直齿轮传动；前齿轮箱中心设置主动齿轮，边缘设置3个从动齿轮，所述从动齿轮与输出轴连接。
3.根据权利要求1、权利要求2任意一项所述一种连续油管钻井辅助工具，其特征在于，所述分动箱包括后端盖、后齿轮箱、前齿轮箱、隔板、前端盖；后齿轮箱、前齿轮箱、隔板在安装齿轮的空余位置设置轴向过流孔，所述过流孔连通分动箱上下中心流道。
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