CN105888589B - 一种连续油管涡轮加压增扭工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续油管涡轮加压增扭工具，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，转筒外设置螺旋槽并驱动滑套轴向移动，滑套通过支撑臂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；分动箱输入轴通过摩擦环驱动转筒旋转。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

一种连续油管涡轮加压增扭工具

技术领域

本发明涉及一种连续油管涡轮加压增扭工具，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经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涡轮加压增扭工具。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种连续油管涡轮加压增扭工具，包括涡轮钻具、分动箱、联轴器、输入轴、输出轴、后摩擦环、前摩擦环、轮轴、活动环、支撑臂、滚轮、连接轴、中心筒、滑套、转筒、旋转接头，中心筒上端锥扣连接分动箱，分动箱上端锥扣连接涡轮钻具壳体，涡轮钻具壳体上端锥扣连接旋转接头，中心轴下端锥扣连接下部钻具，其特征在于：

所述旋转接头包括固定座、旋转头、端部压盖，固定座与涡轮钻具壳体之间锥扣连接；旋转头设置于固定座内，旋转头中间位置设置台阶，所述台阶上下两端分别设置推力轴承；旋转头上端安装端部压盖，端部压盖压紧旋转头两边的推力轴承，端部压盖与固定座之间用螺栓连接；

转筒设置于中心筒内，转筒与分动箱之间设置扭簧，转筒上端中心位置安装连接轴，转筒在连接轴周围设置轴向过流孔，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，轮轴的另一端通过万向节与输出轴连接；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，所述过流孔联通分动箱上下中心流道；输入轴设置在分动箱中心位置并贯穿分动箱，输出轴向下伸出分动箱，输入轴和输出轴之间用齿轮传动；输入轴上端用联轴器与涡轮钻具旋转轴连接，输入轴下端与连接轴采用摩擦环方式连接，所述摩擦环包括前摩擦环与后摩擦环，前摩擦环与后摩擦环接触的环形面上设置齿形结构并相互啮合；

分动箱包括后端盖、齿轮箱、隔板、前端盖，输入轴上端靠近后端盖位置设置台阶，输入轴上端伸出齿轮箱位置设置轴承并用轴承压盖轴向固定；输入轴下端穿过隔板中心孔并向下伸入到前端盖内，输入轴下端用键槽方式安装后摩擦环并用螺母轴向固定；

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的轴线之间夹角为5～20°。

所述输入轴下端与连接轴采用摩擦环方式连接并传递扭矩，所述摩擦环包括前摩擦环和后摩擦环，后摩擦环与输入轴采用键槽方式连接并轴向用螺母固定，所述前摩擦环与连接轴采用花键方式连接；连接轴设置弹簧挡环并用压缩弹簧压紧前摩擦环和后摩擦环。

本发明具有的有益效果是：1、分动箱包括齿轮减速，将涡轮钻具的扭矩放大多倍，能够为前端钻具提供更大的扭矩和钻压，同时可以减少涡轮钻具的级数从而缩短整个工具的长度；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、采用摩擦环方式传递扭矩并驱动撑开机构，撑开力相对恒定，可以控制滚轮与井壁的接触力；4、撑开装置的摩擦环位于中心流道内，泥浆可以有效冷却摩擦环。

附图说明

图1为本发明的结构简图。

图2为本发明图1的局部放大视图。

图3为本发明所述齿轮箱的结构简图。

图4为本发明所述分动箱安装原理图。

图5为本发明所述滚轮装配原理图。

图6为本发明所述转筒和连接轴结构简图。

图7为本发明所述摩擦环结构简图。

图中：1.涡轮钻具壳体；2.涡轮钻具旋转轴；3.后端盖；4.齿轮箱；5.隔板；6.前端盖；7.联轴器；8.输入轴；9.轴承压盖；10.大齿轮；11.小齿轮；12.输出轴；13.后摩擦环；14.前摩擦环；15.压缩弹簧；16.万向节；17.弹簧挡环；18.轮轴；19.活动环；20.支撑臂；21.滚轮；22.扭簧；23.连接轴；24.中心筒；25.滑套；26.转筒；27.螺钉；28.下部钻具；29.固定座；30.旋转头；31.端部压盖。

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、图2、图3、图4、图5、图6、图7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24上端锥扣连接分动箱，分动箱上端锥扣连接涡轮钻具壳体1，涡轮钻具上端锥扣连接旋转接头，中心轴下端锥扣连接下部钻具28。

所述旋转接头包括固定座29、旋转头30、端部压盖31，固定座29与涡轮钻具壳体1之间锥扣连接；旋转头30设置于固定座29内，旋转头30中间位置设置台阶，所述台阶上下两端分别设置推力轴承；旋转头30上端安装端部压盖31，端部压盖31压紧旋转头30两边的推力轴承，端部压盖31与固定座29之间用螺栓连接，端部压盖31与旋转头30之间设置密封圈。

所述分动箱包括后端盖3、齿轮箱4、隔板5、前端盖6。后端盖3、齿轮箱4、隔板5、前端盖6之间接触位置设置密封垫片，后端盖3、齿轮箱4、隔板5、前端盖6边缘位置设置螺栓孔，用螺栓连接后端盖3和前端盖6。

齿轮箱4为圆盘形，齿轮箱4中心位置安装小齿轮11，小齿轮11周围均匀分布3个大齿轮10，大齿轮10安装到输出轴12上，输出轴12一端通过轴承安装到齿轮箱4上，输出轴12另一端穿过隔板5和前端盖6伸出分动箱外，输出轴12通过万向节16与轮轴18连接。

隔板5设置在齿轮箱4和前端盖6之间，隔板5和齿轮箱4封闭大齿轮10和小齿轮11，防止泥浆影响齿轮传动。隔板5和齿轮箱4在安装齿轮的空余位置设置轴向过流孔，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，所述凸台与齿轮箱4连接。后端盖3中心设置圆筒，所述圆筒与涡轮钻具壳体1之间采用锥扣连接。

前端盖6整体为圆盘形，所述圆盘边缘位置设置凸台，所述凸台与齿轮箱4连接。前端盖6中心设置圆筒，所述圆筒与中心筒24之间采用锥扣连接。前端盖6在输出轴12对应位置设置3个孔，输出轴12从所述孔内穿过并伸出前端盖6。

转筒26设置于中心筒24内，转筒26与前端盖6之间设置扭簧22，转筒26上端安装连接轴23，转筒26上端设置轴向过流孔，转筒26外圆柱面设置3个螺旋槽并均匀分布。中心筒24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24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。

输入轴8设置在分动箱中心位置，输入轴8中间安装小齿轮11，输入轴8上端穿过齿轮箱4中心孔伸出分动箱外并与涡轮钻具旋转轴2之间用联轴器7连接。更为优化的，在输入轴8上端靠近后端盖3位置设置台阶，输入轴8上端伸出齿轮箱4位置设置轴承并用轴承压盖9轴向固定。输入轴8下端穿过隔板5中心孔并向下伸入到前端盖6内，输入轴8下端用键槽方式安装后摩擦环13并用螺母轴向固定。

连接轴23上端用花键方式安装前摩擦环14，连接轴23中间位置安装弹簧挡环17并用螺钉固定，弹簧挡环17与前摩擦环14之间设置压缩弹簧15。所述压缩弹簧15将前摩擦环14往上推，使得前摩擦环14与后摩擦环13之间连接并压紧。

前摩擦环14与后摩擦环13接触的环形面上设置齿形结构并相互啮合。这样可以增加前摩擦环14与后摩擦环13传递的扭矩，并且当扭矩到达一定数值以后，压缩弹簧15的推力不足以维持前摩擦环14与后摩擦环13之间的贴合，前摩擦环14与后摩擦环13之间可以打滑，保持连接轴23不转动的情况下，滚轮21可以滚动。

安装完成后，滑套25在中心筒24下端位置，输出轴12与中心筒24的轴线共同构成的平面与轮轴18的轴线之间夹角为5～20°。

本发明的原理是：

本发明所述机构上端通旋转接头与连续油管连接，涡轮钻具驱动输入轴8旋转，输入轴8的扭矩和转速通过分动箱传递给3个滚轮21。输入轴8下端转动并通过前摩擦环14和后摩擦环13带动转筒26旋转，转筒26克服扭簧22的扭矩而转动并通过螺旋槽驱动螺钉27沿着中心筒24轴向往上滑动，滑套25往上运动螺旋撑开三个滚轮21并使得滚轮21压紧在井壁或者套管上。在涡轮钻具提供的动力下，三个螺旋张开的滚轮21在井壁或者套管壁面滚动，可以带动本发明所述机构螺旋转动并向下推进，从而给下部钻具28提供钻压并克服钻头产生的反扭矩。

Claims (2)

1.一种连续油管涡轮加压增扭工具，包括涡轮钻具、分动箱、联轴器、输入轴、输出轴、后摩擦环、前摩擦环、轮轴、活动环、支撑臂、滚轮、连接轴、中心筒、滑套、转筒、旋转接头，中心筒上端锥扣连接分动箱，分动箱上端锥扣连接涡轮钻具壳体，涡轮钻具壳体上端锥扣连接旋转接头，中心轴下端锥扣连接下部钻具，其特征在于：

所述旋转接头包括固定座、旋转头、端部压盖，固定座与涡轮钻具壳体之间锥扣连接；旋转头设置于固定座内，旋转头中间位置设置台阶，所述台阶上下两端分别设置推力轴承；旋转头上端安装端部压盖，端部压盖压紧旋转头两边的推力轴承，端部压盖与固定座之间用螺栓连接；

转筒设置于中心筒内，转筒与分动箱之间设置扭簧，转筒上端中心位置安装连接轴，转筒在连接轴周围设置轴向过流孔，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，轮轴的另一端通过万向节与输出轴连接；中心筒中间位置设置3个纵向槽形孔，螺钉设置在所述槽形孔内，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，所述过流孔联通分动箱上下中心流道；输入轴设置在分动箱中心位置并贯穿分动箱，输出轴向下伸出分动箱，输入轴和输出轴之间用齿轮传动；输入轴上端用联轴器与涡轮钻具旋转轴连接，输入轴下端与连接轴采用摩擦环方式连接，所述摩擦环包括前摩擦环与后摩擦环，前摩擦环与后摩擦环接触的环形面上设置齿形结构并相互啮合；

分动箱包括后端盖、齿轮箱、隔板、前端盖，输入轴上端靠近后端盖位置设置台阶，输入轴上端伸出齿轮箱位置设置轴承并用轴承压盖轴向固定；输入轴下端穿过隔板中心孔并向下伸入到前端盖内，输入轴下端用键槽方式安装后摩擦环并用螺母轴向固定；

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的轴线之间夹角为5～20°。

2.根据权利要求1所述一种连续油管涡轮加压增扭工具，其特征在于：所述输入轴下端与连接轴采用摩擦环方式连接并传递扭矩，所述摩擦环包括前摩擦环和后摩擦环，后摩擦环与输入轴采用键槽方式连接并轴向用螺母固定，所述前摩擦环与连接轴采用花键方式连接；连接轴设置弹簧挡环并用压缩弹簧压紧前摩擦环和后摩擦环。