CN106837173A - 一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，它包括主体（1）、密封筒（2）、固定筒（3）、角度调整筒（4）和旋转外筒（5），角度调整筒（4）的柱面上且沿其圆周方向还均匀分布有多个位于角度调整齿b（11）右侧的反扭矩从动齿（12）；长轴（8）柱面、密封筒（2）左端面、阶梯轴（7）右端面以及固定筒（3）之间围成呈环形状的高压腔（18），长轴（8）柱面、台阶孔（14）大孔底端面以及大孔壁之间围成呈环形状的低压腔（19），低压腔（19）内设置有套装于长轴（8）上的弹簧（20）。本发明的有益效果是：结构紧凑、锁紧力大、运行平稳、有效避免旋转外筒脱落、特别适用于钻微小井眼、操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及连续油管钻井定向工具领域，特别是一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具。
背景技术
连续油管钻井具有成本低、操作简单、污染小、占地面积窄等特点，主要应用与小井眼（不大于114.3mm）、微小井眼（不大于88.9mm）钻井中，全球连续油管年钻井工作量超过1000井次，然而其核心工具：连续油管钻井定向工具主要由贝克休斯、威德福及斯伦贝谢等国外油服公司垄断，对国内而言，国外都采取了严格的技术保密措施，目前还未见国产连续油管钻井定向工具现场使用的报道。
连续油管钻井定向工具按驱动方式主要分为三类：纯液驱动定向工具、纯电驱动定向工具及电液混合驱动定向工具。其中，纯电及电液混合驱动定向工具的电力由在连续油管通道或集成于连续油管管壁中的电缆提供，电缆铺设于连续油管通道中的方法会占用泥浆通道，泥浆的排量会减小、压耗会明显增大，严重影响泥浆的破岩及携岩能力，导致该技术不能应用于微小井眼水平井或深井中；电缆集成于连续油管管壁中的方式会明显减小连续油管的抗拉强度，管壁增厚导致卷曲半径变大，不便于运输，且制造技术复杂、成本高。总之，电力驱动的定向工具结构复杂、稳定性较差，电机扭矩小且外径大，高温、高压、振动环境下寿命短，成本高等缺点，其中国外还未见大面积推广的报道，国内尚处于概念设计阶段，如专利：CN201610294368.2、CN201510358281.2、CN201510357361.6、CN201310675372.X。
纯液连续油管驱动力由连续油管钻井定向工具内部流体与环空的压差提供，国内对于纯液驱动连续油管钻井定向工具进行了初步研究，但都未进行实际应用。专利CN201210194674.0有如下缺陷：1）该专利某些位置多达4层筒状结构，不适合于微小井眼；2）由于空间的限制，导致该专利中的换向槽会加工非常小，而相应滑块尺寸也会减小，钻进过程中由于反扭矩的作用换向滑块容易断裂，定向工具容易失效；3）换向滑块斜面与换向槽斜面相互作用形成一对作用与反作用力，并产生一定值的扭矩，该扭矩要克服钻头及螺杆的反扭矩，从国外的实践经验可以发现，此类型的定向工具在调整工具面时通常会将钻头提离井底，工具面调整好后再下放钻进，而此方法不仅耗时长，而且连续油管在上下提放的过程中容易使绕在卷筒上的连续油管产生低周期疲劳损坏；4）换向槽斜面锁紧力小，钻进过程中产生的反扭矩会让定向工具自发转动，工具面会发生偏转现象；5）定向工具的各层筒壮结构采用螺钉进行固定，在高频率振动、轴向拉压作用下，螺钉容易断裂或者脱落，造成严重的井下事故。专利CN03212862.2具有如下缺陷：1）该工具的旋转动力由滑套的旋转翼片提供，此翼片难以克服螺杆及钻头的反扭矩，可操作性不大；2）若定向工具调整角度，则其滑槽与定位销完全脱离，此时旋转外壳属于自由状态，旋转角度难以控制。
发明内容
本发明解决了目前纯液驱动连续油管钻井定向工具不适于微小井眼、辅助作业时间长、锁紧力小、旋转外筒容易脱落、精度低及工作压差大等问题，提供一种结构紧凑、锁紧力大、运行平稳、有效避免旋转外筒脱落、特别适用于钻微小井眼、操作简单的微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，它包括主体、密封筒、固定筒、角度调整筒和旋转外筒，所述的主体内开设有钻井液流道，主体由顺次连接的阶梯轴和长轴组成，长轴上设置有限位环，限位环的右侧设置有依次套装于长轴上密封筒和角度调整筒，角度调整筒的柱面上且沿其圆周方向均匀分布有多个角度调整齿a，角度调整齿a右侧设置有多个均匀分布于角度调整筒柱面上的角度调整齿b，角度调整齿b与角度调整齿a相互错开设置，角度调整筒的柱面上且沿其圆周方向还均匀分布有多个位于角度调整齿b右侧的反扭矩从动齿；所述的固定筒套设在密封筒上且其一端固连于阶梯轴上，固定筒内设置有沿其圆周方向均匀分布的固定齿，每个固定齿均位于相邻两个角度调整齿b之间；所述的旋转外筒的左端面开设有台阶孔，长轴贯穿台阶孔的小孔设置且与小孔的接触之间设置有止退槽，止退槽内设置有止退球，台阶孔的大孔内且沿其圆周方向均匀分布有多个与反扭矩从动齿相互配合的反扭矩驱动齿；所述的长轴柱面、密封筒左端面、阶梯轴右端面以及固定筒之间围成呈环形状的高压腔，所述的长轴柱面、台阶孔大孔底端面以及大孔壁之间围成呈环形状的低压腔，低压腔内设置有套装于长轴上的弹簧，所述的主体上开设有连通钻井液流道和高压腔的高压孔，旋转外筒上开设有连通低压腔的低压孔。
所述旋转外筒柱面上设置有贯通止退槽的密封螺钉。
所述的旋转外筒的右端部设置有锥形螺纹头。
所述的锥形螺纹头内开设有连通钻井液流道的通孔。
所述的阶梯轴内开设有连通钻井液流道的螺纹孔。
所述的角度调整齿a和角度调整齿b的齿数相同，且齿数均为6~18个。
所述的反扭矩驱动齿和反扭矩从动齿的齿数相同，且齿数均为3~6个。
所述的弹簧的一端固连于台阶孔大孔底部，弹簧的另一端固连于角度调整筒右端面上。
所述的密封筒与固定筒之间设置有密封圈。
本发明具有以下优点：本发明结构紧凑、锁紧力大、运行平稳、有效避免旋转外筒脱落、特别适用于钻微小井眼、操作简单。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B-B剖视图；
图4为图1的C-C剖视图；
图5为本发明的角度调整齿b与固定齿锁紧状态的结构示意图；
图6为本发明的角度调整齿a与固定齿锁紧状态的结构示意图；
图7为角度调整筒的结构示意图；
图中，1-主体，2-密封筒，3-固定筒，4-角度调整筒，5-旋转外筒，6-钻井液流道，7-阶梯轴，8-长轴，9-限位环，10-角度调整齿a，11-角度调整齿b，12-反扭矩从动齿，13-固定齿，14-台阶孔，15-止退槽，16-止退球，17-反扭矩驱动齿，18-高压腔，19-低压腔，20-弹簧，21-高压孔，22-低压孔，23-密封螺钉，24-螺纹孔，25-密封圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图1~7所示，一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，它包括主体1、密封筒2、固定筒3、角度调整筒4和旋转外筒5，所述的主体1内开设有钻井液流道6，主体1由顺次连接的阶梯轴7和长轴8组成，长轴8上设置有限位环9，限位环9的右侧设置有依次套装于长轴8上密封筒2和角度调整筒4，角度调整筒4的柱面上且沿其圆周方向均匀分布有多个角度调整齿a10，角度调整齿a10右侧设置有多个均匀分布于角度调整筒4柱面上的角度调整齿b11，角度调整齿b11与角度调整齿a10相互错开设置，角度调整筒4的柱面上且沿其圆周方向还均匀分布有多个位于角度调整齿b11右侧的反扭矩从动齿12。
所述的固定筒3套设在密封筒2上且其一端固连于阶梯轴7上，密封筒2与固定筒3之间设置有密封圈25，固定筒3内设置有沿其圆周方向均匀分布的固定齿13，每个固定齿13均位于相邻两个角度调整齿b11之间；所述的旋转外筒5的左端面开设有台阶孔14，长轴8贯穿台阶孔14的小孔设置且与小孔的接触之间设置有止退槽15，止退槽15内设置有止退球16，通过止退球16实现了将旋转外筒5右端部的固定。
所述的台阶孔14的大孔内且沿其圆周方向均匀分布有多个与反扭矩从动齿12相互配合的反扭矩驱动齿17，因此旋转外筒5能够驱动角度调整筒4旋转；所述的长轴8柱面、密封筒2左端面、阶梯轴7右端面以及固定筒3之间围成呈环形状的高压腔18，所述的长轴8柱面、台阶孔14大孔底端面以及大孔壁之间围成呈环形状的低压腔19，低压腔19内设置有套装于长轴8上的弹簧20，弹簧20的一端固连于台阶孔14大孔底部，弹簧20的另一端固连于角度调整筒4右端面上，所述的主体1上开设有连通钻井液流道6和高压腔18的高压孔21，旋转外筒5上开设有连通低压腔19的低压孔22。
所述旋转外筒5柱面上设置有贯通止退槽15的密封螺钉23，止退槽15内填装有润滑油，润滑油由密封螺钉23密封。
所述的旋转外筒5的右端部设置有锥形螺纹头，锥形螺纹头用于与钻头连接；所述的锥形螺纹头内开设有连通钻井液流道6的通孔；所述的阶梯轴7内开设有连通钻井液流道6的螺纹孔24，螺纹孔24用于与螺纹杆螺纹连接。
所述的角度调整齿a10和角度调整齿b11的齿数相同，且齿数均为6~18个；所述的反扭矩驱动齿17和反扭矩从动齿12的齿数相同，且齿数均为3~6个。
本发明的工作过程如下：
进行微小井眼钻井前，在地面将钻头螺纹连接在锥形螺纹头上，将螺纹孔24与螺纹杆螺纹连接，实现微小井眼连续油管钻井管串的组装，随后将组装好的管串下入到指定位置，在地面用连续油管连通循环泵和螺纹杆，启动循环泵和转动螺纹杆，螺纹杆带动钻头钻进，循环泵将钻井液泵入连续油管内，大部分钻井液顺次经钻井液流道6、通孔最后到达钻头上以冷却钻头；而另一小部分钻井液分别经高压孔21、低压孔22进入高压腔18和低压腔19内，由于弹簧20和低压腔19内钻井液对角度调整筒4的作用力之和大于高压腔18内钻井液对角度调整筒4的作用力，因此在弹簧20作用下角度调整筒4与密封筒2紧靠，并在反扭矩M的作用下角度调整齿b11紧贴住固定齿13，实现了旋转外筒5的左端部的锁紧，而旋转外筒5的右端部经止退球16固定，避免了旋转外筒5的脱落，保证了微小井眼的正常钻进。
当要进行井斜或方位的调整时，旋转弯螺杆从而改变弯螺杆的指向方向，即调整弯螺杆的工具面角（工具面角指井眼轨迹切点方向与井眼高边形成的平面与弯螺杆弯曲方向平面的夹角），提高循环泵泵压2~5MPa，在提高泵压的同时排量增加，排量增加则螺螺杆与钻头的压降增大，高压腔18与低压腔19压差增大，高压腔18内钻井液液压力作用在密封筒2上，密封筒2推动角度调整筒4沿长轴8轴向右移，此时弹簧20逐渐被压缩，当角度调整筒4向右运动的同时在反扭矩M的作用下，旋转外筒5带动角度调整筒4向反扭矩M的方向旋转一定角度，随后角度调整齿a10紧贴住固定齿13，实现了旋转外筒5的左端部的锁紧，而旋转外筒5的右端部经止退球16固定，进一步避免了旋转外筒5的脱落，进一步保证了微小井眼的正常钻进，实现了微小井眼连续油管钻井。
同样的当循环泵泵压降低到2~5MPa时，在弹簧20恢复力作用下角度调整筒4左移，在反扭矩M的作用下组角度调整齿b11旋转一定角度并被固定齿13限制。
Claims (9)
1.一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，其特征在于：它包括主体（1）、密封筒（2）、固定筒（3）、角度调整筒（4）和旋转外筒（5），所述的主体（1）内开设有钻井液流道（6），主体（1）由顺次连接的阶梯轴（7）和长轴（8）组成，长轴（8）上设置有限位环（9），限位环（9）的右侧设置有依次套装于长轴（8）上密封筒（2）和角度调整筒（4），角度调整筒（4）的柱面上且沿其圆周方向均匀分布有多个角度调整齿a（10），角度调整齿a（10）右侧设置有多个均匀分布于角度调整筒（4）柱面上的角度调整齿b（11），角度调整齿b（11）与角度调整齿a（10）相互错开设置，角度调整筒（4）的柱面上且沿其圆周方向还均匀分布有多个位于角度调整齿b（11）右侧的反扭矩从动齿（12）；所述的固定筒（3）套设在密封筒（2）上且其一端固连于阶梯轴（7）上，固定筒（3）内设置有沿其圆周方向均匀分布的固定齿（13），每个固定齿（13）均位于相邻两个角度调整齿b（11）之间；所述的旋转外筒（5）的左端面开设有台阶孔（14），长轴（8）贯穿台阶孔（14）的小孔设置且与小孔的接触之间设置有止退槽（15），止退槽（15）内设置有止退球（16），台阶孔（14）的大孔内且沿其圆周方向均匀分布有多个与反扭矩从动齿（12）相互配合的反扭矩驱动齿（17）；所述的长轴（8）柱面、密封筒（2）左端面、阶梯轴（7）右端面以及固定筒（3）之间围成呈环形状的高压腔（18），所述的长轴（8）柱面、台阶孔（14）大孔底端面以及大孔壁之间围成呈环形状的低压腔（19），低压腔（19）内设置有套装于长轴（8）上的弹簧（20），所述的主体（1）上开设有连通钻井液流道（6）和高压腔（18）的高压孔（21），旋转外筒（5）上开设有连通低压腔（19）的低压孔（22）。
2.根据权利要求1所述的一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，其特征在于：所述旋转外筒（5）柱面上设置有贯通止退槽（15）的密封螺钉（23）。
3.根据权利要求2所述的一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，其特征在于：所述的旋转外筒（5）的右端部设置有锥形螺纹头。
4.根据权利要求3所述的一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，其特征在于：所述的锥形螺纹头内开设有连通钻井液流道（6）的通孔。
5.根据权利要求1所述的一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，其特征在于：所述的阶梯轴（7）内开设有连通钻井液流道（6）的螺纹孔（24）。
6.根据权利要求1所述的一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，其特征在于：所述的角度调整齿a（10）和角度调整齿b（11）的齿数相同，且齿数均为6~18个。
7.根据权利要求1所述的一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，其特征在于：所述的反扭矩驱动齿（17）和反扭矩从动齿（12）的齿数相同，且齿数均为3~6个。
8.根据权利要求1所述的一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，其特征在于：所述的弹簧（20）的一端固连于台阶孔（14）大孔底部，弹簧（20）的另一端固连于角度调整筒（4）右端面上。
9.根据权利要求1所述的一种微小井眼连续油管钻井反扭矩定向工具，其特征在于：所述的密封筒（2）与固定筒（3）之间设置有密封圈（25）。
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