CN106761402A - 连续管钻井定向工具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连续管钻井定向工具，包括杆(1)、轴套(2)和旋转头(3)，杆(1)的一端套设于轴套(2)的一端内，旋转头(3)的一端套设于轴套(2)的另一端内，杆(1)的外表面设有凸出部，轴套(2)的内表面设有与该凸出部相配合的斜凹槽，当杆(1)沿轴套(2)的轴向移动时，该凸出部能够沿该斜凹槽滑动并驱动轴套(2)转动，该连续管钻井定向工具还包括用于使轴套(2)只能相对于旋转头(3)单向转动的单向锁定机构。该连续管钻井定向工具具有结构简单、操作简便、使用安全等优点，通过在连续管钻井底部钻具组合中加入该连续管定向工具，可以在钻井过程中随时调整定向钻具组合的工具面，实现连续管定向钻井。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井设备领域，具体的是一种连续管钻井定向工具。
背景技术
使用常规钻杆进行定向钻井时，操作人员可以通过在井口转动钻杆的方式转动底部定向钻具组合(包括钻头、弯螺杆马达、随钻测量工具等)，从而改变底部定向钻具组合的工具面，实现定向钻进。而使用连续管钻井时，只能依靠螺杆马达给钻头提供动力。钻井过程中除钻头外，螺杆马达、随钻测量工具、单向安全阀等底部钻具组合和连续管本身都不能转动。要实现连续管的定向钻井，必须在底部钻具组合中连接连续管定向工具。连续管定向工具下部接随钻测量工具、弯螺杆马达、钻头，上部接安全阀等工具。定向钻井过程中，操作人员根据需要，通过在地面启停泥浆泵的方式，使连续管定向工具的旋转头转动一定角度(35°～55°)，从而带动随钻测量工具、弯螺杆马达和钻头的转动，改变定向钻具组合的工作面，实现定向钻进。每重新启动泥浆泵一次，旋转头可正向转动一次(35°～55°)，通过多次的启停泥浆泵，可以使定向钻具组合的工作面转到所需要的角度。现有设备的缺点是结构复杂、操作不便、效率低。
发明内容
为了解决现有连续管定向工具操作不便的问题，本发明提供了一种连续管钻井定向工具，该连续管钻井定向工具具有结构简单、操作简便、使用安全等优点，通过在连续管钻井底部钻具组合中加入该连续管定向工具，可以在钻井过程中随时调整定向钻具组合的工具面，实现连续管定向钻井。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种连续管钻井定向工具，包括杆、轴套和旋转头，杆的一端套设于轴套的一端内，旋转头的一端套设于轴套的另一端内，杆的外表面设有凸出部，轴套的内表面设有与该凸出部相配合的斜凹槽，当杆沿轴套的轴向移动时，该凸出部能够沿该斜凹槽滑动并驱动轴套转动，该连续管钻井定向工具还包括用于使轴套只能相对于旋转头单向转动的单向锁定机构。
当杆向靠近旋转头的方向移动一段设定的距离时，轴套顺时针旋转一个设定的角度，同时带动旋转头顺时针旋转该设定的角度；当杆向远离旋转头的方向移动该设定的距离时，轴套逆时针旋转该设定的角度，但旋转头固定不动。
杆、轴套和旋转头均呈直立状态，杆的下端套设于轴套的上端内，旋转头的上端套设于轴套的下端内，杆外套设有中部接头，中部接头位于杆的上端和轴套的上端之间，中部接头内设有防止杆转动的承扭面。
杆外还设有弹簧和弹簧壳体，弹簧位于杆和弹簧壳体之间，弹簧壳体的下端与中部接头的上端连接固定，杆的上端外固定套设有环形活塞，环形活塞的外表面与弹簧壳体的内表面相接触，弹簧的上端与环形活塞抵接，弹簧的下端与中部接头的上端抵接。
该凸出部为设置于杆的外表面的外斜齿，该斜凹槽为设置于轴套的内表面的内斜齿，当杆向靠近旋转头的方向移动一段该设定的距离时，轴套顺时针转动35°～55°。
该单向锁定机构包括第一单向轴承组，第一单向轴承组含有多个第一单向轴承，多个第一单向轴承沿旋转头的轴向依次排列，每个第一单向轴承均套设于旋转头和轴套之间，每个第一单向轴承的内圈均与旋转头连接固定，每个第一单向轴承的外圈均与轴套连接固定。
轴套外套设有轴套壳体，旋转头外套设有下接头，轴套壳体的上端与中部接头的下端连接固定，下接头的上端与轴套壳体的下端连接固定。
该单向锁定机构包括第二单向轴承组，第二单向轴承组含有多个第二单向轴承，多个第二单向轴承沿旋转头的轴向依次排列，每个第二单向轴承均套设于旋转头和下接头之间，每个第二单向轴承的内圈均与旋转头连接固定，每个第二单向轴承的外圈均与下接头连接固定。
旋转头外套设有第一推力球轴承和第二推力球轴承，第一推力球轴承位于旋转头和下接头之间，旋转头外固定套设有卡环和卡环背母，第二推力球轴承位于下接头和卡环背母之间。
杆的下端与轴套密封连接，旋转头的上端与轴套密封连接，轴套外沿周向设有两排通孔，该两排通孔分别为第一排通孔和第二排通孔，第一排通孔的位置与第一单向轴承组的上端相对应，轴套与杆之间设有第一环形空腔，第一环形空腔位于轴套的上端和杆的下端之间，轴套壳体与轴套之间形成第二环形空腔，第一环形空腔和第二环形空腔通过第二排通孔连通。
本发明的有益效果是：该连续管钻井定向工具具有结构简单、操作简便、使用安全等优点，通过在连续管钻井底部钻具组合中加入该连续管定向工具，可以在钻井过程中随时调整定向钻具组合的工具面，实现连续管定向钻井。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为连续管定向工具的结构图。
图2为连续管定向工具上部的局部结构图。
图3为连续管定向工具中部的局部结构图。
图4为连续管定向工具下部的局部结构图。
图5为杆的结构图。
图6为图5中沿A-A方向的剖视图。
图7为轴套的结构图。
图8为旋接头的结构图。
1、杆；2、轴套；3、旋转头；4、中部接头；5、弹簧；6、弹簧壳体；7、环形活塞；8、第一单向轴承组；9、第一单向轴承；10、轴套壳体；11、下接头；12、第二单向轴承组；13、第二单向轴承；14、第一推力球轴承；15、第二推力球轴承；16、卡环；17、卡环背母；18、第一排通孔；19、第二排通孔；20、第一环形空腔；21、第二环形空腔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种连续管钻井定向工具，包括杆1、轴套2和旋转头3，杆1的一端套设于轴套2的一端内，旋转头3的一端套设于轴套2的另一端内，杆1的外表面设有凸出部，轴套2的内表面设有与该凸出部相配合的斜凹槽，当杆1沿轴套2的轴向移动时，该凸出部能够沿该斜凹槽滑动并驱动轴套2转动，即该凸出部与斜凹槽的配合将杆1的直线运动转换为了轴套2的转动，该连续管钻井定向工具还包括用于使轴套2只能相对于旋转头3单向转动的单向锁定机构，如图1至图4所示。
在本实施例中，当杆1向靠近旋转头3的方向移动一段设定的距离时(即一个前进行程时)，轴套2顺时针(图1中从右向左的方向观察)旋转一个设定的角度，同时带动旋转头3也同步的顺时针旋转该设定的角度；当杆1向远离旋转头3的方向移动该设定的距离时(即一个返回行程时)，轴套2逆时针(图1中从右向左的方向观察)旋转该设定的角度，但由于该单向锁定机构的作用，旋转头3固定不动，从而使杆1复位后，旋转头3顺时针旋转了该设定的角度。
在本实施例中，杆1、轴套2和旋转头3均呈直立状态，杆1位于旋转头3的上方，杆1、轴套2和旋转头3的轴线重合，杆1的下端套设于轴套2的上端内，旋转头3的上端套设于轴套2的下端内，杆1外套设有中部接头4，中部接头4位于杆1的上端和轴套2的上端之间，中部接头4内设有防止杆1转动的承扭面，如图5和图6所示，由于形状锁合，杆1仅能沿图1中的左右方向移动而不能转动，优选杆1与轴套2间隙配合。
在本实施例中，杆1外还设有弹簧5和弹簧壳体6，弹簧5位于杆1和弹簧壳体6之间，弹簧壳体6的下端与中部接头4的上端密封连接固定，杆1的上端外密封固定套设有环形活塞7，环形活塞7的外表面与弹簧壳体6的内表面相接触，弹簧5的上端与环形活塞7抵接，弹簧5的下端与中部接头4的上端抵接，如图1和图2所示。
在本实施例中，该凸出部为设置于杆1的外表面的外斜齿，该斜凹槽为设置于轴套2的内表面的内斜齿，该外斜齿与内斜齿啮合，该外斜齿的轴向长度大于内斜齿的轴向长度，当杆1向靠近旋转头3的方向移动一段该设定的距离时，轴套2顺时针转动35°～55°。即杆1向下移动一个前进行程时，从上向下可以观察到轴套2顺时针转动35°～55°之间的一个角度，具体的角度将根据外斜齿与内斜齿的尺寸而定，如图7和图8所示。
在本实施例中，该单向锁定机构包括第一单向轴承组8，第一单向轴承组8含有多个第一单向轴承9，多个第一单向轴承9沿旋转头3的轴向依次排列，相邻的两个第一单向轴承9之间设有垫圈隔开，每个第一单向轴承9均套设于旋转头3和轴套2之间，每个第一单向轴承9的内圈均与旋转头3连接固定，每个第一单向轴承9的外圈均与轴套2连接固定。第一单向轴承组8中第一单向轴承9的安装方式为：轴套2顺时针旋转时带动旋转头3也同步的顺时针旋转，但在轴套2逆时针旋转时旋转头3不旋转。
在本实施例中，轴套2外套设有轴套壳体10，旋转头3外套设有下接头11，轴套壳体10的上端与中部接头4的下端密封连接固定，下接头11的上端与轴套壳体10的下端密封连接固定。该单向锁定机构包括第二单向轴承组12，第二单向轴承组12含有多个第二单向轴承13，多个第二单向轴承13沿旋转头3的轴向依次排列，每个第二单向轴承13均套设于旋转头3和下接头11之间，每个第二单向轴承13的内圈均与旋转头3连接固定，每个第二单向轴承13的外圈均与下接头11连接固定，如图4所示。第二单向轴承组12中第二单向轴承13的安装方式为：轴套2顺时针旋转时带动旋转头3也同步的顺时针旋转，但在轴套2逆时针旋转时旋转头3不旋转。
在本实施例中，旋转头3外套设有第一推力球轴承14和第二推力球轴承15，第一推力球轴承14位于旋转头3和下接头11之间，旋转头3外固定套设有卡环16和卡环背母17，第二推力球轴承15位于下接头11和卡环背母17之间。
在本实施例中，杆1的下端与轴套2密封连接，旋转头3的上端与轴套2密封连接，轴套2外沿周向设有两排通孔，该两排通孔分别为第一排通孔18和第二排通孔19，第一排通孔18的位置与第一单向轴承组8的上端相对应，轴套2与杆1之间设有第一环形空腔20，第一环形空腔20位于轴套2的上端和杆1的下端之间，轴套壳体10与轴套2之间形成第二环形空腔21，第一环形空腔20和第二环形空腔21通过第二排通孔19连通。第一单向轴承组8所在的部位依次通过第一排通孔18、第二环形空腔21、第二排通孔19、第一环形空腔20和中部接头4内的轴向通孔与弹簧5所在的部位连通。
该连续管钻井定向工具的按照图1至图4所示安装完成后，由于单向锁定机构的限制，轴套2相对于旋转头3只能逆时针旋转；当轴套2顺时针旋转时，则可以带动旋转头3正转。由于该单向锁定机构的限制，旋转头3相对于下接头11只能顺时针旋转，不能倒转。
工具使用操作方法如下：当使用连续管进行定向钻进时，连续管定向工具下部接随钻测量工具、弯螺杆马达、钻头，上部接安全阀等工具。当定向钻井工具面偏离设计角度时，则需要通过转动随钻测量工具、弯螺杆马达、钻头进行调整，具体步骤如下：
步骤1、关闭泥浆泵，连续管钻井定向工具的杆1将在弹簧5的作用下复位。
步骤2、开启泥浆泵。钻井液流经随钻测量工具、弯螺杆马达、钻头并产生一定压降，最终在连续管钻井定向工具内外形成一定压差。由于压差的作用，活塞7带动杆1向前(图1中左侧)运动，直到极限位置；由于承扭面对杆1的限制，杆1只能做往复直线运动，不能转动。杆1向前运动的同时通过外斜齿和内斜齿的啮合，将杆1的向前直线运动转换为轴套2的顺时针转动，轴套2通过第一单向轴承组8带动旋转头3正转(从地面上向下看顺时针转动)。最终，杆1运动一个行程(从起点到重点一次)，将带动旋转头3转动一次(35°～55°)。
步骤3、关闭泥浆泵。由于内外压差消失，活塞7在弹簧5的作用下复位，带动杆1向后直线运动。同样，杆1向后运动的同时通过外斜齿和内斜齿的啮合，将杆1的向后直线运动转换为轴套2的逆时针转动，由于第二单向轴承组12的限制，旋转头3将不能逆时针转动。至此，完成一次工具面调整。如此反复，直到将工具面调整至设计角度。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种连续管钻井定向工具，其特征在于，该连续管钻井定向工具包括杆(1)、轴套(2)和旋转头(3)，杆(1)的一端套设于轴套(2)的一端内，旋转头(3)的一端套设于轴套(2)的另一端内，杆(1)的外表面设有凸出部，轴套(2)的内表面设有与该凸出部相配合的斜凹槽，当杆(1)沿轴套(2)的轴向移动时，该凸出部能够沿该斜凹槽滑动并驱动轴套(2)转动，该连续管钻井定向工具还包括用于使轴套(2)只能相对于旋转头(3)单向转动的单向锁定机构。
2.根据权利要求1所述的连续管钻井定向工具，其特征在于，当杆(1)向靠近旋转头(3)的方向移动一段设定的距离时，轴套(2)顺时针旋转一个设定的角度，同时带动旋转头(3)顺时针旋转该设定的角度；当杆(1)向远离旋转头(3)的方向移动该设定的距离时，轴套(2)逆时针旋转该设定的角度，但旋转头(3)固定不动。
3.根据权利要求2所述的连续管钻井定向工具，其特征在于，杆(1)、轴套(2)和旋转头(3)均呈直立状态，杆(1)的下端套设于轴套(2)的上端内，旋转头(3)的上端套设于轴套(2)的下端内，杆(1)外套设有中部接头(4)，中部接头(4)位于杆(1)的上端和轴套(2)的上端之间，中部接头(4)内设有防止杆(1)转动的承扭面。
4.根据权利要求3所述的连续管钻井定向工具，其特征在于，杆(1)外还设有弹簧(5)和弹簧壳体(6)，弹簧(5)位于杆(1)和弹簧壳体(6)之间，弹簧壳体(6)的下端与中部接头(4)的上端连接固定，杆(1)的上端外固定套设有环形活塞(7)，环形活塞(7)的外表面与弹簧壳体(6)的内表面相接触，弹簧(5)的上端与环形活塞(7)抵接，弹簧(5)的下端与中部接头(4)的上端抵接。
5.根据权利要求2所述的连续管钻井定向工具，其特征在于，该凸出部为设置于杆(1)的外表面的外斜齿，该斜凹槽为设置于轴套(2)的内表面的内斜齿，当杆(1)向靠近旋转头(3)的方向移动一段该设定的距离时，轴套(2)顺时针转动35°～55°。
6.根据权利要求3所述的连续管钻井定向工具，其特征在于，该单向锁定机构包括第一单向轴承组(8)，第一单向轴承组(8)含有多个第一单向轴承(9)，多个第一单向轴承(9)沿旋转头(3)的轴向依次排列，每个第一单向轴承(9)均套设于旋转头(3)和轴套(2)之间，每个第一单向轴承(9)的内圈均与旋转头(3)连接固定，每个第一单向轴承(9)的外圈均与轴套(2)连接固定。
7.根据权利要求6所述的连续管钻井定向工具，其特征在于，轴套(2)外套设有轴套壳体(10)，旋转头(3)外套设有下接头(11)，轴套壳体(10)的上端与中部接头(4)的下端连接固定，下接头(11)的上端与轴套壳体(10)的下端连接固定。
8.根据权利要求7所述的连续管钻井定向工具，其特征在于，该单向锁定机构包括第二单向轴承组(12)，第二单向轴承组(12)含有多个第二单向轴承(13)，多个第二单向轴承(13)沿旋转头(3)的轴向依次排列，每个第二单向轴承(13)均套设于旋转头(3)和下接头(11)之间，每个第二单向轴承(13)的内圈均与旋转头(3)连接固定，每个第二单向轴承(13)的外圈均与下接头(11)连接固定。
9.根据权利要求7所述的连续管钻井定向工具，其特征在于，旋转头(3)外套设有第一推力球轴承(14)和第二推力球轴承(15)，第一推力球轴承(14)位于旋转头(3)和下接头(11)之间，旋转头(3)外固定套设有卡环(16)和卡环背母(17)，第二推力球轴承(15)位于下接头(11)和卡环背母(17)之间。
10.根据权利要求8所述的连续管钻井定向工具，其特征在于，杆(1)的下端与轴套(2)密封连接，旋转头(3)的上端与轴套(2)密封连接，轴套(2)外沿周向设有两排通孔，该两排通孔分别为第一排通孔(18)和第二排通孔(19)，第一排通孔(18)的位置与第一单向轴承组(8)的上端相对应，轴套(2)与杆(1)之间设有第一环形空腔(20)，第一环形空腔(20)位于轴套(2)的上端和杆(1)的下端之间，轴套壳体(10)与轴套(2)之间形成第二环形空腔(21)，第一环形空腔(20)和第二环形空腔(21)通过第二排通孔(19)连通。
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