CN107060675A - 一种井下液压驱动涡轮增压牵引器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于连续油管继续钻进、下入技术领域，具体涉及一种井下液压驱动涡轮增压牵引器，包括上接头、本体、涡轮蜗杆轴、滚轮轴、滚轮和下接头，本体的两端分别连接上接头和下接头，涡轮蜗杆轴安装于本体内部，滚轮轴安装在本体上并靠近上接头一端，滚轮安装于滚轮轴上,解决了现有技术中下入、钻水泥塞、钻桥塞过程中水平井连续油管自锁问题，确保水平井连续油管下入、钻水泥塞、钻桥塞过程中连续油管能顺利钻进、下入至预定位置，防止连续油管在钻进、下入过程中出现自锁现象，进一步提高连续油管现场施工效率，缩短施工周期。
Description
技术领域
本发明属于连续油管继续钻进、下入技术领域，具体涉及一种井下液压驱动涡轮增压牵引器。
背景技术
近年来，水平井利用连续油管进行钻水泥塞、桥塞施工时，在钻进、下入过程中，出现了连续油管自锁现象，循环活动数次后仍无下深，导致连续油管无法达到预定水泥塞、桥塞位置，严重制约了连续油管现场施工进度，增加了施工等停时间成本。
据国内外调研显示，国内外井下爬行器(或称为井下机器人)基本均为棘轮式或履带式，但其结构设计复杂，附加电子元件较多，运行动力为施加管柱重量，作纯机械运动，而且牵引力太小，最大不超过8000N，无法解决目前下入、钻桥塞、钻水泥塞过程中水平井连续油管自锁问题，不能提高水平井井筒内连续油管入井有效深度和长度。为此，为大幅度增加牵引力数值，基于涡轮增压的原理，设计了一种井下液压驱动涡轮增压牵引器。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中下入、钻水泥塞、钻桥塞过程中水平井连续油管自锁问题。
为此，本发明提供了一种井下液压驱动涡轮增压牵引器，包括上接头、本体、涡轮蜗杆轴、滚轮轴、滚轮和下接头，本体的两端分别连接上接头和下接头，涡轮蜗杆轴安装于本体内部，滚轮轴安装在本体上并靠近上接头一端，滚轮安装于滚轮轴上。
所述本体为两端带有螺纹连接的刚性直管，直管包括外壁，直管内部轴向开有内腔，涡轮蜗杆轴轴向安装于内腔。
所述滚轮轴安装在外壁和内腔之间。
所述的滚轮轴数量至少为3个，滚轮轴径向均匀分布在本体上，每个滚轮轴上均安装滚轮。
所述的本体采用35CrMo材料加工，经调质处理硬度为HBW195～235，再渗镍基材料，渗镍层厚度为0.5mm，硬度为HBW 635～850。
所述的涡轮蜗杆轴为等间距连续流型的涡轮蜗杆，采用35CrMo材料加工，表面经渗碳化钨YG8材料处理，渗碳化钨层厚度为0.35mm，硬度为HBW825～1050。
所述的涡轮增压牵引器长1250mm，本体最大外径114mm，最小内径101mm，涡轮蜗杆轴长850mm，涡轮在蜗杆上的间距为40mm，涡轮轮廓线最大圆周外径94mm，上接头和下接头螺纹为3-1/2″PAC扣，耐压70MPa，耐温120℃。
本发明的有益效果：本发明提供的这种井下液压驱动涡轮增压牵引器，基于涡轮蜗杆增压原理，通过连续油管内加液压，管内液体进入流型的涡轮蜗杆轴中，使液体沿涡轮蜗杆轴的流型结构进行流动，使较小的液压力经过涡轮蜗杆轴作用，增加到较大的液压力，从而产生足够大的推力(牵引力)，在滚轮的支撑下，迫使连续油管向前移动，助推效果显著，实用性强，实现连续油管的继续钻进、下入作业，确保水平井连续油管下入、钻水泥塞、钻桥塞过程中连续油管能顺利钻进、下入至预定位置，防止连续油管在钻进、下入过程中出现自锁现象，提高了水平井井筒内连续油管入井有效深度和长度，进一步提高连续油管现场施工效率，缩短施工周期，该结构设计简单，操作安装方便，由于本体和涡轮蜗杆轴经耐磨材料处理，具有非常高的机械强度和耐冲蚀性。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是井下液压驱动涡轮增压牵引器结构示意图；
图2是井下液压驱动涡轮增压牵引器A-A结构示意图；
图3是井下液压驱动涡轮增压牵引器B-B结构示意图。
附图标记说明：1、上接头；2、本体；3、涡轮蜗杆轴；4、滚轮轴；5、滚轮；6、下接头；7、外壁；8、内腔。
具体实施方式
实施例1：
如图1-3所示，一种井下液压驱动涡轮增压牵引器，包括上接头1、本体2、涡轮蜗杆轴3、滚轮轴4、滚轮5和下接头6，本体2的两端分别连接上接头1和下接头6，涡轮蜗杆轴3安装于本体2内部，滚轮轴4安装在本体2上并靠近上接头1一端，滚轮5安装于滚轮轴4上；所述的涡轮蜗杆轴3为等间距连续流型的涡轮蜗杆；滚轮轴4和滚轮5为现有技术，基于涡轮蜗杆增压原理，通过连续油管内加液压，管内液体进入流型的涡轮蜗杆轴3中，使液体沿涡轮蜗杆轴3的流型结构进行流动，使较小的液压力经过涡轮蜗杆轴3作用，增加到较大的液压力，从而产生足够大的推力(牵引力)，在滚轮5的支撑下，迫使连续油管向前移动，实现连续油管的继续钻进、下入作业，确保水平井连续油管下入、钻水泥塞、钻桥塞过程中连续油管能顺利钻进、下入至预定位置，防止连续油管在钻进、下入过程中出现自锁现象，进一步提高连续油管现场施工效率，缩短施工周期。
实施例2：
如图1-3所示，在实施例1的基础上，所述本体2为两端带有螺纹连接的刚性直管，直管包括外壁7，直管内部轴向开有内腔8，涡轮蜗杆轴3轴向安装于内腔8，结构简单，便于拆卸和更换。
所述滚轮轴4安装在外壁7和内腔8之间，所述的滚轮轴4数量至少为3个，滚轮轴4以中心轴为圆心均匀分布在本体2上，每个滚轮轴4上均安装滚轮5；确保涡轮蜗杆轴3产生的牵引力均匀作用于本体2上，从而使滚轮5带动连续油管平稳的向前移动。
所述的本体2为两端带有螺纹连接的刚性直管，采用35CrMo材料加工，经调质处理硬度为HBW195～235，再渗镍基材料，渗镍层厚度为0.5mm，硬度为HBW 635～850；经调质和渗镍基材料处理，具有很高的抗内压强度和抗冲蚀性。
所述的涡轮蜗杆轴3为等间距连续流型的涡轮蜗杆，采用35CrMo材料加工，表面经渗碳化钨YG8材料处理，渗碳化钨层厚度为0.35mm，硬度为HBW825～1050；表面经渗碳化钨YG8材料处理，以降低流体流速变化对涡轮蜗杆轴的强烈冲击和冲蚀，具有非常高的力学强度和耐冲蚀性。
所述的涡轮增压牵引器长1250mm，本体2最大外径114mm，最小内径101mm，涡轮蜗杆轴3长850mm，涡轮在蜗杆上的间距为40mm，涡轮轮廓线最大圆周外径94mm，上接头1和下接头6螺纹为3-1/2″PAC扣，耐压70MPa，耐温120℃，抗压抗高温，该结构设计简单，操作安装方便。
实施例3：
如图1-3所示，在实施例1-2的基础上，本发明的应用方式为：
1)水平井连续油管钻水泥塞、钻桥塞施工前，根据连续油管钻水泥塞、钻桥塞入井工具串图，首先在井口注入头下方连续油管入井工具串的相应位置处安装井下液压驱动涡轮增压牵引器；
2)完成涡轮增压牵引器及入井工具串连接后，启动连续油管泵车，以排量450L/min～500L/min进行循环泵入，循环稳定后以排量500L/min继续进行连续油管下入作业；
3)下入过程中观察连续油管泵车的泵压和排量，由于涡轮增压牵引器的涡轮蜗杆轴的阻流作用，观察是否泵压有明显的升高，在保持排量500L/min不变的条件下，若泵压有明显的升高，而且管内外循环畅通、连续油管下入正常，则表明涡轮增压牵引器起到了液压增压牵引作用；
4)正常下入至水泥塞、桥塞预定位置后，以排量500L/min、泵压35～45MPa泵注钻塞液，开始进行钻塞作业；
5)当钻掉第一个水泥塞、桥塞时，连续油管泵车排量、泵压瞬间可能有所下降，此时，应立即提高排量稳定至500L/min，循环清洗井筒碎屑颗粒的同时，涡轮增压牵引器继续带动连续油管钻进、下入至第二个水泥塞、桥塞位置；
6)重复4、5步骤，依次顺利完成连续油管钻水泥塞、桥塞钻进、下入过程，并完成所有钻塞施工；
7)钻完最后一个水泥塞、桥塞后，应继续以排量500L/min循环清洗井筒，直至在地面排污池(或储液罐)中环空排出管线出口的液体机械杂志含量小于2％，保证井筒清洁；
8)停泵泄压后，及时起连续油管工具串，然后再拆卸涡轮增压牵引器，观察和检查本体2、涡轮蜗杆轴3的使用(冲蚀)情况，便于后续进行涡轮增压牵引器的组装和使用。
实施例4：
如图1-3所示，在实施例1-3的基础上，为了获得该涡轮增压牵引器的高牵引力数值，验证该涡轮增压牵引器的性能和可靠性，将该涡轮增压牵引器应用到2016年11月出现连续油管钻桥塞自锁的苏东31-45HX井中。该井是一口开发水平井，完钻井深4256m，水平段长1450m，该井利用2-1/2″×0.156″CT×5300m进行钻桥塞作业,桥塞深3523m，在钻进下入过程中，连续油管自锁在3384m的位置。为了确保正常钻进、下入，采用该涡轮增压牵引器进行二次钻进下入，施工排量0.4m3/min、施工泵压35～40MPa，根据涡轮增压牵引器的结构参数，计算得出该涡轮增压牵引器在该工况下的牵引力值为298.46kN。利用连续油管分析软件(CTS)计算该工况下连续油管水平段自锁载荷大约为53.72kN。根据管柱力学下入性载荷条件，要求连续油管下入动力载荷应大于摩擦自锁载荷的2倍(下入载荷系数)，而该涡轮增压牵引器的牵引力(298.46kN)除以连续油管自锁载荷(53.72kN)等于5.56远大于规定的下入载荷系数2，因此，分析认为该涡轮增压牵引器能够起到高牵引力作用，可以满足连续油管现场继续钻进、下入需要。
该井在实际施工过程中，采用该涡轮增压牵引器顺利将2-1/2″×0.156″连续油管送入至桥塞3523m以后的位置，并且进行了正常的钻桥塞作业，同时发现钻桥塞的时间降低30％，钻桥塞的钻进效率增加35％。这表明设计的涡轮增压牵引器在理论和实践上都是相符的，具有较好的实用性，同时也表明，涡轮增压牵引器不仅起到了增加牵引力的作用，还起到了井下涡轮施加螺杆钻压的功能。
本发明的工作原理为：基于涡轮蜗杆增压原理，通过连续油管内加液压，管内液体进入流型的涡轮蜗杆轴3中，使液体沿涡轮蜗杆轴3的流型结构进行流动，使较小的液压力经过涡轮蜗杆轴3作用，增加到较大的液压力，从而产生足够大的推力(牵引力)，在滚轮5的支撑下，迫使连续油管向前移动，实现连续油管的继续钻进、下入作业。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种井下液压驱动涡轮增压牵引器，其特征在于：包括上接头(1)、本体(2)、涡轮蜗杆轴(3)、滚轮轴(4)、滚轮(5)和下接头(6)，本体(2)的两端分别连接上接头(1)和下接头(6)，涡轮蜗杆轴(3)安装于本体(2)内部，滚轮轴(4)安装在本体(2)上并靠近上接头(1)一端，滚轮(5)安装于滚轮轴(4)上。
2.如权利要求1所述的井下液压驱动涡轮增压牵引器，其特征在于：所述本体(2)为两端带有螺纹连接的刚性直管，直管包括外壁(7)，直管内部轴向开有内腔(8)，涡轮蜗杆轴(3)轴向安装于内腔(8)。
3.如权利要求2所述的井下液压驱动涡轮增压牵引器，其特征在于：所述滚轮轴(4)安装在外壁(7)和内腔(8)之间。
4.如权利要求3所述的井下液压驱动涡轮增压牵引器，其特征在于：所述的滚轮轴(4)数量至少为3个，滚轮轴(4)径向均匀分布在本体(2)上，每个滚轮轴(4)上均安装滚轮(5)。
5.如权利要求4所述的井下液压驱动涡轮增压牵引器，其特征在于：所述的本体(2)采用35CrMo材料加工，经调质处理硬度为HBW195～235，再渗镍基材料，渗镍层厚度为0.5mm，硬度为HBW 635～850。
6.如权利要求5所述的井下液压驱动涡轮增压牵引器，其特征在于：所述的涡轮蜗杆轴(3)为等间距连续流型的涡轮蜗杆，采用35CrMo材料加工，表面经渗碳化钨YG8材料处理，渗碳化钨层厚度为0.35mm，硬度为HBW825～1050。
7.如权利要求6所述的井下液压驱动涡轮增压牵引器，其特征在于：所述的涡轮增压牵引器长1250mm，本体(2)最大外径114mm，最小内径101mm，涡轮蜗杆轴(3)长850mm，涡轮在蜗杆上的间距为40mm，涡轮轮廓线最大圆周外径94mm，上接头(1)和下接头(6)螺纹为3-1/2″PAC扣，耐压70MPa，耐温120℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20211019 Address after: 100007 Oil Mansion, 9 North Avenue, Dongcheng District, Beijing, Dongzhimen Applicant after: CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp. Applicant after: CHINA NATIONAL PETROLEUM CORPORATION CHUANQING DRILLING ENGINEERING Co. Address before: 710018 room 1203, Changqing building, Changqing Xing Long Yuan District, Xi'an, Shaanxi Applicant before: CHINA NATIONAL PETROLEUM CORPORATION CHUANQING DRILLING ENGINEERING COMPANY LIMITED CHANGQING DOWNHOLE TECHNOLOGY Co. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170818 |