CN107165575B - 一种超短半径井造斜钻具 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油、煤矿和勘探用钻具技术领域，提出了一种超短半径井造斜钻具，包括首尾依次连接的若干个柔性钻杆，端部的所述柔性钻杆与长度补偿装置连接，所述柔性钻杆外套设有若干个活性连接的导向套。本发明解决了造斜的过程中，造斜长度长，转弯曲率半径过大的技术问题。

Description

一种超短半径井造斜钻具
技术领域
本发明属于石油、煤矿和勘探用钻具技术领域，涉及一种超短半径井造斜钻具。
背景技术
在石油、煤矿和勘探等技术领域中，经常要钻水平井或者斜井，随着石油开采力度的加大，油田钻井、修井作业逐渐向更深更复杂地质延伸，斜井、水平井和措施井越来越多，钻杆在钻进时常常会使杆体的侧壁受到损伤，而且在造斜的过程中，造斜长度长，转弯曲率半径过大。
发明内容
本发明提出了一种超短半径井造斜钻具，解决了上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种超短半径井造斜钻具，包括：
首尾依次连接的若干个柔性钻杆，端部的所述柔性钻杆与长度补偿装置连接，所述柔性钻杆外套设有若干个活性连接的导向套。
作为进一步的技术方案，所述柔性钻杆包括设置在所述导向套内的球座，所述球座内设置有球头，所述球头的一端为球形体，所述球形体的侧壁上设置有外花键，所述球座的一端设置有将所述球形体插入的球形凹槽，所述球形凹槽内壁上设置有与所述外花键相配合的内花键，且所述外花键和所述内花键之间设置有所述球头摆动所需的空腔。
作为进一步的技术方案，所述长度补偿装置包括长度补偿段，所述长度补偿段包括传动芯轴，所述传动芯轴的两端分别与活塞和螺杆钻具连接，所述传动芯轴靠近所述活塞一端的外侧套设有传动套，所述传动芯轴的外壁与所述传动套的内壁为多边形配合结构，所述传动套远离所述螺杆钻具的一端通过转换接头与所述柔性钻杆连接。
作为进一步的技术方案，筒体，所述筒体一端的两侧分别设置有第二卡槽和第一卡头，所述筒体另一端的一侧设置有卡入另一个所述筒体的所述第二卡槽中且卡入后两个所述筒体能够朝单侧摆动的一第二卡头，所述筒体另一端的另一侧设置有卡住另一个所述筒体的所述第一卡头的第一卡槽。
作为进一步的技术方案，所述第二卡头包括与所述筒体连接的第二C型凸台，所述第二C型凸台上设置有平槽，所述第二卡槽包括与所述第二C型凸台配合的第二C型开口，所述第二C型开口两侧外壁上均设置有键槽，所述键槽设置在相邻所述筒体上的平槽的两侧，所述键槽内设置有挡板，且所述挡板的中部穿过所述平槽，两端与所述键槽连接。
作为进一步的技术方案，所述第一卡头包括与所述筒体连接的第一C型凸台，所述第一C型凸台的端部设置有台阶，所述第一卡槽包括与所述第一C型凸台配合的第一C型开口，所述第一C型开口的底端设置有卡入相邻所述筒体的所述台阶内的限位板。
作为进一步的技术方案，所述外花键和所述内花键均呈弧形。
作为进一步的技术方案，所述球头远离所述球形体的一端设置有第一接头，所述球座远离所述球形凹槽的一端设置有第二接头，所述第一接头和相邻所述球座上的所述第二接头通过螺纹连接。
作为进一步的技术方案，所述球座和所述球头之间设置有锁帽，所述锁帽呈环形，且所述锁帽的外侧通过螺钉与所述球座连接，内侧卡住所述球形体。
作为进一步的技术方案，所述传动芯轴的外壁与所述传动套的内壁为六边形配合结构。
与现有技术相比，本发明工作原理和有益效果为：
1、本发明中，柔性钻杆首尾依次连接，能够缩短造斜段的长度，缩小转弯曲率半径，更加准确的到达预期的钻进位置，柔性钻杆外套设有导向套，保护柔性钻杆不受磨损，延长柔性钻杆的使用寿命，且若干个导向套之间活性连接，使导向套可以满足柔性摆动的需要，不会影响柔性钻杆的超短半径的造斜使用，而长度补偿装置的设置，在造斜过程中避免了长度差的存在，整体结构实现了超短半径造斜的需要。
2、本发明中，球头一端的球形体插入到球座的球形凹槽中，同时球形体的侧壁上的外花键插入至内花键中，内花键限定了球头的转动，方便多个柔性钻杆连接时扭矩的传递，同时外花键和内花键之间设置有空腔，使球头的外花键能够在空腔内摆动，从而使球头在球座内摆动，球头相对于整体有±5°的摆动，使钻杆柔性更好，整体转动更加灵活，钻进过程中造斜段更短、转弯曲率半径更小，并且强度高，不易损坏，使用寿命长。
3、本发明中，传动芯轴的外壁与传动套的内壁为多边形配合结构，更加有效使传动芯轴和传动套之间扭矩进行传递，从而使传动芯轴一端的螺杆钻具进行正常作业，传动芯轴另一端设置有活塞，传动套套设在传动芯轴和活塞外，使传动芯轴在活塞的作用下在传动套内能够伸缩运动，当在造斜的过程中，即使有一定的转弯曲率半径，也能避免长度差的存在。
4、本发明中，导向套设置在钻杆的外侧，避免钻杆在钻进时侧壁受到损伤，而影响钻杆使用寿命，导向套采用多个筒体相互连接的方式，使用更加方便，更加适合对柔性钻杆起保护作用，相邻筒体连接时，第二卡槽和相邻筒体的第一卡头相互配合连接，连接后两个筒体可以朝一侧摆动，而筒体得另一侧设置有相互配合的第一卡头和第一卡槽，第一卡槽卡住另一个所述筒体的所述第一卡头，避免筒体摆动时邻筒体的相互脱离，保证连接稳定性，本实施例中相邻导向套之间可以相对摆动一定的角度，配合柔性钻杆实现造斜的需要，缩短造斜段的长度。
5、本发明中，相邻筒体连接时，筒体的第二C型凸台卡入相邻筒体的第二C型开口内，筒体的键槽位于相邻筒体上的平槽的两侧，挡板穿过平槽以及其两侧的键槽，且与键槽连接，同时第一卡头卡入在相邻筒体上的第一卡槽内，防止相邻筒体的相互脱离或相对转动，同时使相邻筒体之间可以相对摆动一定的角度，配合柔性钻杆实现造斜的需要，并且缩短造斜段的长度，实验表明本实施例每个导向套可以灵活摆动3°的摆动角，因此当需要满足90°的造斜需要时只需要30个导向套即可满足需要，与现有技术相比大大缩短了造斜半径。
6、本发明中，相邻筒体连接时，第一C型凸台插入至相邻筒体的第一C型开口，同时限位板卡入相邻筒体上的台阶内，进一步防止相邻筒体的相互脱离或相对转动，同时限位板和台阶的配合，同时更容易使相邻筒体在第二卡头和第二卡槽处设置摆动角；外花键和内花键均呈弧形，使球头在球座内摆动更加灵活；球头的一端设置有第一接头，球座的一端设置有第二接头，第一接头上设置有外螺纹，第二接头内壁上设置有内螺纹，第一接头和另一个球座上的第二接头通过螺纹连接，方便钻杆之间的连接；锁帽插入至球座和球头之间，其一端通过螺钉与球形凹槽的侧壁固定连接，另一端设置在球形体上，卡住球形体，防止球头的滑出，并且保持球头在球座内的可摆动性；传动芯轴的外壁与传动套的内壁为六边形配合结构，加工容易且配合结构稳定，扭矩传递效果好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中柔性钻杆结构示意图；
图3为本发明中A-A剖面结构示意图；
图4为本发明中导向套结构示意图；
图5为本发明中导向套另一视角结构示意图；
图6为本发明中导向套连接结构示意图；
图中：1-球头，11-球形体，12-外花键，13-第一接头，2-球座，21-球形凹槽，22-内花键，23-空腔，24-第二接头，3-锁帽，31-螺钉，4-筒体，5-第一卡槽，51-第一C型开口，52-限位板，6-第二卡头，61-第二C型凸台，62-平槽，7-第一卡头，71-第一C型凸台，72-台阶，8-第二卡槽，81-第二C型开口，82-键槽，83-挡板，9-长度补偿段，91-传动芯轴，92-活塞，93-螺杆钻具，94-传动套，95-转换接头，96-连接套。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1～图6所示，本发明提出一种超短半径井造斜钻具，包括：
首尾依次连接的若干个柔性钻杆，端部的柔性钻杆与长度补偿装置连接，柔性钻杆外套设有若干个活性连接的导向套。
本实施例中，柔性钻杆首尾依次连接，能够缩短造斜段的长度，缩小转弯曲率半径，更加准确的到达预期的钻进位置，柔性钻杆外套设有导向套，保护柔性钻杆不受磨损，延长柔性钻杆的使用寿命，且若干个导向套之间活性连接，使导向套可以满足柔性摆动的需要，不会影响柔性钻杆的超短半径的造斜使用，而长度补偿装置的设置，在造斜过程中避免了长度差的存在，整体结构实现了超短半径造斜的需要。
进一步，柔性钻杆包括球座2，球座2内设置有球头1，球头1的一端为球形体11，球形体11的侧壁上设置有外花键12，球座2的一端设置有将球形体11插入的球形凹槽21，球形凹槽21内壁上设置有与外花键相配合的内花键22，且外花键12和内花键22之间设置有球头1摆动所需的空腔23。
本实施例中，球头1一端的球形体11插入到球座2的球形凹槽21中，同时球形体11的侧壁上的外花键12插入至内花键22中，内花键22限定了球头1的转动，方便多个柔性钻杆连接时扭矩的传递，同时外花键12和内花键22之间设置有空腔23，使球头1的外花键12能够在空腔23内摆动，从而使球头1在球座2内摆动，球头相对于整体有±5°的摆动，使钻杆柔性更好，整体转动更加灵活，钻进过程中造斜段更短、转弯曲率半径更小，并且强度高，不易损坏，使用寿命长。
进一步，长度补偿装置包括长度补偿段9，长度补偿段9包括传动芯轴91，传动芯轴91的两端分别与活塞92和螺杆钻具93连接，传动芯轴91靠近活塞92一端的外侧套设有传动套94，传动芯轴91的外壁与传动套94的内壁为多边形配合结构，传动套94远离螺杆钻具93的一端通过转换接头95与柔性钻杆连接。
本实施例中，传动芯轴91的外壁与传动套94的内壁为多边形配合结构，更加有效使传动芯轴91和传动套94之间扭矩进行传递，从而使传动芯轴91一端的螺杆钻具93进行正常作业，传动芯轴91另一端设置有活塞92，传动套94套设在传动芯轴91和活塞92外，使传动芯轴91在活塞92的作用下在传动套94内能够伸缩运动，当在造斜的过程中，即使有一定的转弯曲率半径，也能避免长度差的存在。
进一步，导向套包括设置在柔性钻杆外的筒体4，筒体4一端的两侧分别设置有第二卡槽8和第一卡头7，筒体4另一端的一侧设置有卡入另一个筒体4的第二卡槽8中且卡入后两个筒体4能够朝单侧摆动的一第二卡头6，筒体4另一端的另一侧设置有卡住另一个筒体4的第一卡头7的第一卡槽5。
本实施例中，导向套设置在钻杆的外侧，避免钻杆在钻进时侧壁受到损伤，而影响钻杆使用寿命，导向套采用多个筒体4相互连接的方式，使用更加方便，更加适合对柔性钻杆起保护作用，相邻筒体4连接时，第二卡槽8和相邻筒体4的第一卡头7相互配合连接，连接后两个筒体4可以朝一侧摆动，而筒体4得另一侧设置有相互配合的第一卡头7和第一卡槽5，第一卡槽5卡住另一个筒体4的第一卡头7，避免筒体4摆动时邻筒体4的相互脱离，保证连接稳定性，本实施例中相邻导向套之间可以相对摆动一定的角度，配合柔性钻杆实现造斜的需要，缩短造斜段的长度。
进一步，第二卡头6包括与筒体4连接的第二C型凸台61，第二C型凸台61上设置有平槽62，第二卡槽8包括与第二C型凸台61配合的第二C型开口81，第二C型开口81两侧外壁上均设置有键槽82，键槽82设置在相邻筒体4上的平槽62的两侧，键槽82内设置有挡板83，且挡板83的中部穿过平槽62，两端与键槽82连接。
本实施例中，相邻筒体4连接时，筒体4的第二C型凸台61卡入相邻筒体4的第二C型开口81内，筒体4的键槽82位于相邻筒体4上的平槽62的两侧，挡板83穿过平槽62以及其两侧的键槽82，且与键槽82连接，同时第一卡头7卡入在相邻筒体4上的第一卡槽5内，防止相邻筒体4的相互脱离或相对转动，同时使相邻筒体4之间可以相对摆动一定的角度，配合柔性钻杆实现造斜的需要，并且缩短造斜段的长度，实验表明本实施例每个导向套可以灵活摆动3°的摆动角，因此当需要满足90°的造斜需要时只需要30个导向套即可满足需要，与现有技术相比大大缩短了造斜半径。
进一步，第一卡头7包括与筒体4连接的第一C型凸台71，第一C型凸台71的端部设置有台阶72，第一卡槽5包括与第一C型凸台71配合的第一C型开口51，第一C型开口51的底端设置有卡入相邻筒体4的台阶72内的限位板52。
本实施例中，相邻筒体4连接时，第一C型凸台71插入至相邻筒体4的第一C型开口51，同时限位板52卡入相邻筒体4上的台阶72内，进一步防止相邻筒体4的相互脱离或相对转动，同时限位板52和台阶72的配合，同时更容易使相邻筒体4在第二卡头6和第二卡槽8处设置摆动角。
进一步，外花键和内花键22均呈弧形。
本实施例中，外花键和内花键22均呈弧形，使球头1在球座2内摆动更加灵活。
进一步，球头1远离球形体11的一端设置有第一接头13，球座2远离球形凹槽21的一端设置有第二接头24，第一接头13和相邻球座2上的第二接头24通过螺纹连接。
本实施例中，球头1的一端设置有第一接头13，球座2的一端设置有与第一接头13连接的第二接头24，第一接头13上设置有外螺纹，第二接头24内壁上设置有内螺纹，第一接头13和相邻球座2上的第二接头24通过螺纹连接，方便钻杆之间的连接。
进一步，球座2和球头1之间设置有锁帽3，锁帽3呈环形，且锁帽3的外侧通过螺钉31与球座2连接，内侧卡住球形体11。
本实施例中，锁帽3插入至球座2和球头1之间，其一侧通过螺钉31与球形凹槽21的侧壁固定连接，另一侧设置在球形体11上，卡住球形体11，防止球头1的滑出，并且保持球头1在球座2内的可摆动性。
进一步，传动芯轴91的外壁与传动套94的内壁为六边形配合结构。
本实施例中，传动芯轴91的外壁与传动套94的内壁为六边形配合结构，加工容易且配合结构稳定，扭矩传递效果好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超短半径井造斜钻具，其特征在于，包括首尾依次连接的若干个柔性钻杆，端部的所述柔性钻杆与长度补偿装置连接，所述柔性钻杆外套设有若干个活性连接的导向套；
所述柔性钻杆包括设置在所述导向套内的球座(2)，所述球座(2)内设置有球头(1)，所述球头(1)的一端为球形体(11)，所述球形体(11)的侧壁上设置有外花键(12)，所述球座(2)的一端设置有将所述球形体(11)插入的球形凹槽(21)，所述球形凹槽(21)内壁上设置有与所述外花键相配合的内花键(22)，且所述外花键(12)和所述内花键(22)之间设置有所述球头(1)摆动所需的空腔(23)；
所述长度补偿装置包括长度补偿段(9) ，所述长度补偿段(9)包括传动芯轴(91) ，所述传动芯轴(91)的两端分别与活塞(92)和螺杆钻具(93)连接，所述传动芯轴(91)靠近所述活塞(92)一端的外侧套设有传动套(94)，所述传动芯轴(91)的外壁与所述传动套(94)的内壁为多边形配合结构，所述传动套(94)远离所述螺杆钻具(93)的一端通过转换接头(95)与所述柔性钻杆连接；
所述导向套包括设置在所述柔性钻杆外的筒体(4)，所述筒体(4)一端的两侧分别设置有第二卡槽(8)和第一卡头(7)，所述筒体(4)另一端的一侧设置有卡入另一个所述筒体(4)的所述第二卡槽(8)中且卡入后两个所述筒体(4)能够朝单侧摆动的一第二卡头(6)，所述筒体(4)另一端的另一侧设置有卡住另一个所述筒体(4)的所述第一卡头(7)的第一卡槽(5)；
所述第二卡头(6)包括与所述筒体(4)连接的第二C型凸台(61)，所述第二C型凸台(61)上设置有平槽(62)，所述第二卡槽(8)包括与所述第二C型凸台(61)配合的第二C型开口(81)，所述第二C型开口(81)两侧外壁上均设置有键槽(82)，所述键槽(82)设置在相邻所述筒体(4)上的平槽(62)的两侧，所述键槽(82)内设置有挡板(83)，且所述挡板(83)的中部穿过所述平槽(62)，两端与所述键槽(82)连接；
所述第一卡头(7)包括与所述筒体(4)连接的第一C型凸台(71)，所述第一C型凸台(71)的端部设置有台阶(72)，所述第一卡槽(5)包括与所述第一C型凸台(71)配合的第一C型开口(51)，所述第一C型开口(51)的底端设置有卡入相邻所述筒体(4)的所述台阶(72)内的限位板(52)。
2.根据权利要求1所述的一种超短半径井造斜钻具，其特征在于，所述外花键和所述内花键(22)均呈弧形。
3.根据权利要求1所述的一种超短半径井造斜钻具，其特征在于，所述球头(1)远离所述球形体(11)的一端设置有第一接头(13)，所述球座(2)远离所述球形凹槽(21)的一端设置有第二接头(24)，所述第一接头(13)和相邻所述球座(2)上的所述第二接头(24)通过螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种超短半径井造斜钻具，其特征在于，所述球座(2)和所述球头(1)之间设置有锁帽(3)，所述锁帽(3)呈环形，且所述锁帽(3)的外侧通过螺钉(31)与所述球座(2)连接，内侧卡住所述球形体(11)。
5.根据权利要求1所述的一种超短半径井造斜钻具，其特征在于，所述传动芯轴(91)
的外壁与所述传动套(94)的内壁为六边形配合结构。
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