CN106958428A - 一种长行程连续送钻增压工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石油天然气行业钻井作业用的长行程连续送钻增压工具。它解决钻柱脱压，送进困难的问题。其技术方案是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，输出轴下端和下部钻柱丝扣连接；空心螺杆转子置入橡胶定子内腔；推力轴承a安装在推进壳体内腔上部凸起台阶的上端面，锁定弹簧安装在推进壳体内腔下部凸起台阶的下端面；锁套套在推进螺筒外圆上部，锁套上端面压缩锁定弹簧；卡爪弹簧安装在卡爪外侧轴向沉孔内，三个卡爪弹簧和三个卡爪分别置入推进壳体下部的三个通孔内，三个盖板分别用螺钉固定在推进壳体下部三个通孔外侧。本发明利用丝杠传动的原理，在稳定的钻井液流量下连续地周期性送钻加压，持续为钻柱提供钻压，有效延长水平井长度。

Description

一种长行程连续送钻增压工具

技术领域

本发明涉及一种石油天然气行业钻井作业用的长行程连续送钻增压工具，尤其涉及水平井钻柱的送进和施加钻压。

背景技术

在石油天然气行业，钻井作业是极其重要的环节，其渗透于油气资源勘探、开发等重要环节，钻井作业投资巨大，风险高，技术难度高。随着钻井技术的不断发展，钻井深度也在不断提升，尤其为提高油气井产量，大位移井和水平井已经越发普及地应用于石油天然气行业。然而随着钻井深度的增加，钻井作业也遇到了技术瓶颈。在大位移井和水平井钻井过程中，随着井眼水平长度的增加，水平段钻柱的重量会不断增加，这就导致钻柱横躺在井眼上的摩擦长度和摩擦阻力会随着井眼水平段长度的增加而持续增加，最终导致钻柱送进困难，钻头和前端钻柱脱压，井眼水平段长度难以增加，无法达到理想的设计井身结构，直接制约油气藏开发效率。

所以延长水平段钻井长度一直是国内外急需攻克的技术难点，目前国内相关技术和国外还有一定差距，相关钻井工具相对落后。目前国内外用于提高钻压的工具主要为水力加压器，其工作原理是开泵循环钻井液，在水力加压器内部形成压降，该压降作用在活塞端面形成推力，该推力推动活塞下行直到行程结束，而该推力就是为下部钻柱提供的钻压。然而水利加压器的弊端在于活塞受到的节流压降小，提供的推力有限，常常无法达到需要的工作钻压，还有就是活塞一个行程走完，上部钻柱要下行补偿行程就必须停止或者减小钻井液循环流量，使得操作异常复杂，这就导致水力加压器难以连续加压工作，所以在正常钻井过程中利用率不高，无法有效解决高效延长水平段钻井长度的问题。

基于上述技术背景，本发明特提供一种长行程连续送钻增压工具，为钻柱提供连续的送进钻压，有效提高水平段钻井长度。

发明内容

本发明的目的是：为了解决钻柱脱压，送进困难的问题，特提供一种长行程连续送钻增压工具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种长行程连续送钻增压工具，是由上接头、定子壳体、橡胶定子、空心螺杆转子、万向轴、万向壳体、芯轴、推力轴承a、推进壳体、锁定弹簧、锁套、传动销、推进螺筒、盖板、卡爪弹簧、卡爪、螺钉、推力轴承b、输出外壳、推座筒、输出轴和防掉帽构成；其结构特征是：上接头上端和上部钻柱丝扣连接，输出轴下端和下部钻柱丝扣连接；橡胶定子固定在定子壳体内腔，定子壳体上端和上接头下端丝扣连接，定子壳体下端和万向壳体上端丝扣连接；空心螺杆转子内腔设置为通孔，空心螺杆转子下部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，空心螺杆转子置入橡胶定子内腔；万向轴置入万向壳体内腔，万向轴上端和空心螺杆转子下端丝扣连接，万向轴下端和芯轴上端丝扣连接；芯轴上部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，芯轴外圆上部设置一圈凸起台阶，芯轴外圆中部周向均匀设置六个销子滑槽；推进螺筒内腔上部周向均匀设置六个销子槽，推进螺筒外圆设置有单头螺旋凹槽，单头螺旋凹槽两端收口处设置为斜面；推进螺筒套在芯轴外圆上，六个传动销依次安装在推进螺筒内腔上部六个销子槽和芯轴外圆中部六个销子滑槽形成的空腔内；推进壳体内腔上部设置一圈凸起台阶，推进壳体下部设置三个通孔，三个通孔周向上呈120°均布，三个通孔轴向位置依次间隔距离为推进螺筒外圆单头螺旋凹槽螺距的三分之一，推进壳体下部三个通孔的两侧分别设置有螺钉孔；推进壳体上端和万向壳体下端丝扣连接，推进壳体下端和输出外壳上端丝扣连接；推力轴承a安装在推进壳体内腔上部凸起台阶的上端面，锁定弹簧安装在推进壳体内腔下部凸起台阶的下端面；锁套内腔上端设置一圈凸起台阶，锁套下端设置三个卡口，三个卡口周向上呈120°均布，三个卡口轴向深度依次间隔距离为推进螺筒外圆单头螺旋凹槽螺距的三分之一；锁套套在推进螺筒外圆上部，锁套上端面压缩锁定弹簧；卡爪外侧设置一轴向沉孔，卡爪内侧设置为内凹圆弧面，卡爪内侧中部设置为内凹圆弧凸台，卡爪内侧中部内凹圆弧凸台可在推进螺筒外圆的单头螺旋凹槽内滑动；卡爪弹簧安装在卡爪外侧轴向沉孔内，三个卡爪弹簧和三个卡爪分别置入推进壳体下部的三个通孔内，三个盖板分别用螺钉固定在推进壳体下部三个通孔外侧；输出外壳内腔设置为母花键，推座筒外部设置为公花键，推座筒置入输出外壳内腔，推座筒外部公花键和输出外壳内腔母花键配合；推力轴承b安装在推座筒上端面，推座筒和输出轴上端面丝扣连接，防掉帽和输出外壳下端丝扣连接。

本发明的有益效果是：（1）本发明的输出轴可以提供轴向推力，推动下部钻柱送进；（2）本发明利用丝杠传动的原理，把螺杆转子输出的周向扭力转化为推进筒的轴向推力，具有力的放大效果，提供巨大的轴向推力，满足钻柱推进的需求；（3）本发明可以在稳定的钻井液流量下连续地周期性送钻加压，持续为钻柱提供钻压，控制简单可靠；（4）本发明空心螺杆转子可以在过载状态下控制极限输出推力，防止工具损坏，造成井下事故；（5）本发明是纯机械结构，可适应钻井的恶劣工况，故障率低，安全可靠。

附图说明

图1是本发明一种长行程连续送钻增压工具卡爪伸出状态的结构示意图；

图2是本发明一种长行程连续送钻增压工具卡爪收回状态的结构示意图；

图3是图1中A-A截面剖视图；

图4是图1中B-B截面剖视图；

图5是推进螺筒的三维结构示意图；

图6是卡爪的三维结构示意图；

图7是锁套的三维结构示意图；

图中：1.上接头、2.定子壳体、3.橡胶定子、4.空心螺杆定子、5.万向轴、6.万向壳体、7.芯轴、8.推力轴承a、9.推进壳体、10.锁定弹簧、11.锁套、12.传动销、13.推进螺筒、14.盖板、15.卡爪弹簧、16.卡爪、17.螺钉、18.推力轴承b、19.输出外壳、20.推座筒、21.输出轴、22.防掉帽。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种长行程连续送钻增压工具，是由上接头1、定子壳体2、橡胶定子3、空心螺杆转子4、万向轴5、万向壳体6、芯轴7、推力轴承a8、推进壳体9、锁定弹簧10、锁套11、传动销12、推进螺筒13、盖板14、卡爪弹簧15、卡爪16、螺钉17、推力轴承b18、输出外壳19、推座筒20、输出轴21和防掉帽22构成；其结构特征是：上接头1上端和上部钻柱丝扣连接，输出轴21下端和下部钻柱丝扣连接；橡胶定子3固定在定子壳体2内腔，定子壳体2上端和上接头1下端丝扣连接，定子壳体2下端和万向壳体6上端丝扣连接；空心螺杆转子4内腔设置为通孔，空心螺杆转子4下部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，空心螺杆转子4置入橡胶定子3内腔；万向轴5置入万向壳体6内腔，万向轴5上端和空心螺杆转子4下端丝扣连接，万向轴5下端和芯轴7上端丝扣连接；芯轴7上部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，芯轴7外圆上部设置一圈凸起台阶，芯轴7外圆中部周向均匀设置六个销子滑槽；推进螺筒13内腔上部周向均匀设置六个销子槽；如图3所示，推进螺筒13套在芯轴7外圆上，六个传动销12依次安装在推进螺筒13内腔上部六个销子槽和芯轴7外圆中部六个销子滑槽形成的空腔内；推进壳体9内腔上部设置一圈凸起台阶，推进壳体9下部设置三个通孔，三个通孔周向上呈120°均布，三个通孔轴向位置依次间隔距离为推进螺筒13外圆单头螺旋凹槽螺距的三分之一，推进壳体9下部三个通孔的两侧分别设置有螺钉孔；推进壳体9上端和万向壳体6下端丝扣连接，推进壳体9下端和输出外壳19上端丝扣连接；推力轴承a8安装在推进壳体9内腔上部凸起台阶的上端面，锁定弹簧10安装在推进壳体9内腔下部凸起台阶的下端面；锁套11内腔上端设置一圈凸起台阶；锁套11套在推进螺筒13外圆上部，锁套11上端面压缩锁定弹簧10；卡爪16外侧设置一轴向沉孔，卡爪16内侧设置为内凹圆弧面，卡爪16内侧中部设置为内凹圆弧凸台，卡爪16内侧中部内凹圆弧凸台可在推进螺筒13外圆的单头螺旋凹槽内滑动；卡爪弹簧15安装在卡爪16外侧轴向沉孔内，三个卡爪弹簧15和三个卡爪16分别置入推进壳体9下部的三个通孔内，三个盖板14分别用螺钉17固定在推进壳体9下部三个通孔外侧；如图4所示，输出外壳19内腔设置为母花键，推座筒20外部设置为公花键，推座筒20置入输出外壳19内腔，推座筒20外部公花键和输出外壳19内腔母花键配合；推力轴承b18安装在推座筒20上端面，推座筒20和输出轴21上端面丝扣连接，防掉帽22和输出外壳19下端丝扣连接。

如图5所示，推进螺筒13外圆设置有单头螺旋凹槽，单头螺旋凹槽两端收口处设置为斜面。

如图6所示，卡爪16内侧设置为内凹圆弧面，卡爪16内侧中部设置为内凹圆弧凸台，卡爪16内侧中部内凹圆弧凸台可在推进螺筒13外圆的单头螺旋凹槽内滑动。

如图7所示，锁套11内腔上端设置一圈凸起台阶，锁套11下端设置三个卡口，三个卡口周向上呈120°均布，三个卡口轴向深度依次间隔距离为推进螺筒13外圆单头螺旋凹槽螺距的三分之一。

本发明一种长行程连续送钻增压工具的工作原理是：下入本发明至水平井段，初始位置如图1所示；开泵循环钻井液，空心螺杆转子4驱动万向轴5和芯轴7旋转，芯轴7驱动推进螺筒13周向旋转，推进螺筒13在卡爪16的作用下轴向下移，推动推力轴承b18、推座筒20和输出轴21轴向下移，给下部钻柱提供钻压，推动钻柱送进；当卡爪16运动至推进螺筒13外圆单头螺旋凹槽的端部时，卡爪16在单头螺旋凹槽斜面的作用下径向收回，锁套11在锁定弹簧10的作用下轴向下移，顶住卡爪16内侧内凹圆弧面，锁定卡爪16收回状态，这时状态如图2所示；上部钻柱持续送进，推进螺筒13和上部钻柱的轴向距离相对缩短，直至推进螺筒13上端面顶住锁套11内腔上端的凸起台阶，推进螺筒13推动锁套11轴向上移，卡爪16收回状态解锁，卡爪16在卡爪弹簧15作用下伸出，此时回到图1所示状态，开始下一个循环。本发明利用钻井液连续驱动，可以周期性持续送钻增压，利用丝杠传动原理提供巨大的轴向推力，有效送钻，过载情况下螺杆可自动停转，不损伤工具，避免井下事故的发生。

Claims (3)

1.本发明一种长行程连续送钻增压工具，是由上接头（1）、定子壳体（2）、橡胶定子（3）、空心螺杆转子（4）、万向轴（5）、万向壳体（6）、芯轴（7）、推力轴承a（8）、推进壳体（9）、锁定弹簧（10）、锁套（11）、传动销（12）、推进螺筒（13）、盖板（14）、卡爪弹簧（15）、卡爪（16）、螺钉（17）、推力轴承b（18）、输出外壳（19）、推座筒（20）、输出轴（21）和防掉帽（22）构成；其特征在于：上接头（1）上端和上部钻柱丝扣连接，输出轴（21）下端和下部钻柱丝扣连接；橡胶定子（3）固定在定子壳体（2）内腔，定子壳体（2）上端和上接头（1）下端丝扣连接，定子壳体（2）下端和万向壳体（6）上端丝扣连接；空心螺杆转子（4）内腔设置为通孔，空心螺杆转子（4）下部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，空心螺杆转子（4）置入橡胶定子（3）内腔；万向轴（5）置入万向壳体（6）内腔，万向轴（5）上端和空心螺杆转子（4）下端丝扣连接，万向轴（5）下端和芯轴（7）上端丝扣连接；芯轴（7）上部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，芯轴（7）外圆上部设置一圈凸起台阶，芯轴（7）外圆中部周向均匀设置六个销子滑槽；推进螺筒（13）内腔上部周向均匀设置六个销子槽，推进螺筒（13）外圆设置有单头螺旋凹槽，单头螺旋凹槽两端收口处设置为斜面；推进螺筒（13）套在芯轴（7）外圆上，六个传动销（12）依次安装在推进螺筒（13）内腔上部六个销子槽和芯轴（7）外圆中部六个销子滑槽形成的空腔内；推进壳体（9）上端和万向壳体（6）下端丝扣连接，推进壳体（9）下端和输出外壳（19）上端丝扣连接；推力轴承a（8）安装在推进壳体（9）内腔上部凸起台阶的上端面，锁定弹簧（10）安装在推进壳体（9）内腔下部凸起台阶的下端面；锁套（11）套在推进螺筒（13）外圆上部，锁套（11）上端面压缩锁定弹簧（10）；卡爪（16）外侧设置一轴向沉孔，卡爪（16）内侧设置为内凹圆弧面，卡爪（16）内侧中部设置为内凹圆弧凸台，卡爪（16）内侧中部内凹圆弧凸台可在推进螺筒（13）外圆的单头螺旋凹槽内滑动；卡爪弹簧（15）安装在卡爪（16）外侧轴向沉孔内，三个卡爪弹簧（15）和三个卡爪（16）分别置入推进壳体（9）下部的三个通孔内，三个盖板（14）分别用螺钉（17）固定在推进壳体（9）下部三个通孔外侧；输出外壳（19）内腔设置为母花键，推座筒（20）外部设置为公花键，推座筒（20）置入输出外壳（19）内腔，推座筒（20）外部公花键和输出外壳（19）内腔母花键配合；推力轴承b（18）安装在推座筒（20）上端面，推座筒（20）和输出轴（21）上端面丝扣连接，防掉帽（22）和输出外壳（19）下端丝扣连接。

2.根据权利要求1所述的长行程连续送钻增压工具，其特征在于：所述推进壳体（9）内腔上部设置一圈凸起台阶，推进壳体（9）下部设置三个通孔，三个通孔周向上呈120°均布，三个通孔轴向位置依次间隔距离为推进螺筒（13）外圆单头螺旋凹槽螺距的三分之一，推进壳体（9）下部三个通孔的两侧分别设置有螺钉孔。

3.根据权利要求1所述的长行程连续送钻增压工具，其特征在于：所述锁套（11）内腔上端设置一圈凸起台阶，锁套（11）下端设置三个卡口，三个卡口周向上呈120°均布，三个卡口轴向深度依次间隔距离为推进螺筒（13）外圆单头螺旋凹槽螺距的三分之一。