CN107288547B - 一种井下钻孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种井下钻孔装置，其包括：外壳，中部设置有轴向延伸的螺纹孔的且设置在外壳内的叶轮，设置有与螺纹孔相配合的外螺纹的且从螺纹孔贯穿叶轮的伸展管，以及用于阻止伸展管相对于外壳相对转动的支架，其中，当流体通过外壳时能带动叶轮转动以使得叶轮牵引伸展管伸出外壳。这种井下钻孔装置结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及到石油井下工具，特别是一种井下钻孔装置。
背景技术
在石油开采中，打通油流通道是一项重要工艺。在现有技术中，打通油流通道包括利用聚能弹射孔打通油流通道，半个多世纪来主要的射孔方式未发生根本变化。虽然射孔工艺，工具，方法有很大进步，但是射孔对储层产生的压实带污染问题无法克服，大幅降低储层有效渗透率，对原油生产极为不利。为此，人们开始采用水力喷砂射孔的工艺方法，但由于喷嘴材料，高压泵等条件限制，该方法未获得大规模的应用。
在现有技术中的提出了一种打孔装置。这种打孔装置通过活塞、楔体和冲头在套管及岩层中打出一个小孔道,然后将喷射软管输送小孔道中，地面注入清水，依靠自进式喷嘴进行边射流破岩，边伸入岩层，该方法虽然能够产生一定长度的孔道。但该喷射破岩效果有限，另外，母管小孔道需预先射孔生成，工序繁琐，而且每次作业只能在岩层中打一个孔道，若打多个孔道，需要多次起下管柱进行相应施工，操作繁琐，用时过长，降低了该方法适用性。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种全新的井下钻孔装置，其包括：外壳，中部设置有轴向延伸的螺纹孔的且设置在外壳内的叶轮，设置有与螺纹孔相配合的外螺纹的且从螺纹孔贯穿叶轮的伸展管，以及用于阻止伸展管相对于外壳相对转动的支架，其中，当流体通过外壳时能带动叶轮转动以使得叶轮牵引伸展管伸出外壳。
在一个具体的实施例中，外壳为圆筒形，叶轮与外壳同轴设置。
在一个具体的实施例中，叶轮在轴向上与外壳相对固定。
在一个具体的实施例中，井下钻孔装置还包括轴承，轴承的内圈套装在叶轮上且与叶轮同轴，轴承的外圈的外壁抵接于外壳的内壁。
在一个具体的实施例中，轴承为滚子轴承。
在一个具体的实施例中，伸展管为柔性管。
在一个具体的实施例中，井下钻孔装置还包括设置在外壳供伸展管伸出的一端上的引导件，引导件设置有供伸展管通过的且延伸方向与外壳的轴线呈夹角的通孔。
在一个具体的实施例中，伸展管的一部分固定在支架上，外壳的内壁设置有径向延伸的且用于安装支架的轨道。
在一个具体的实施例中，轨道为由外壳的内壁凹陷形成的条槽，支架包括径向延伸且插入到条槽内的支杆。
在一个具体的实施例中，外壳设置有多个条槽，支架包括多根从伸展管径向向外辐射的支杆，多条条槽与多根支杆一一对应设置。
流体通过外壳与伸展管之间的环空带动叶轮转动，叶轮拉动伸展管以使得伸展管的前端伸出外壳。该流体可以为液体。将伸展管的末端与液压供给装置连接在一起，在叶轮转动的同时向伸展管内注入压力流体，压力流体从伸展管的前端射出以破碎岩层，使得岩层上形成孔道。这种井下钻孔装置结构简单，操作简单。还可以根据所需钻孔的数量在外壳内设置多组相匹配的叶轮和伸展管，以实现同时钻取多个油流通道。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明的一种实施例中的井下钻孔装置的剖视示意图；
图2为图1中的伸展管的局部示意图；
图3为图1中的井下钻孔装置的局部剖视示意图；
图4为图1中的井下钻孔装置的局部示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1显示了本实施例中的一种井下钻孔装置10。该井下钻孔装置10包括外壳1以及均设置在外壳1内的叶轮4，伸展管3以及支架2。在本实施例中，外壳1构造为筒状。叶轮4和支架2分别设置在外壳1的两端。伸展管3依次穿过支架2和叶轮4。支架2与伸展管3连接在一起，支架2用于阻止伸展管3绕其轴线转动。伸展管3与叶轮4相之间螺纹配合。流体通过伸展管3与外壳1之间的环空带动叶轮4转动，叶轮4拉动伸展管3以使得伸展管3的前端伸出外壳1。该流体优选为液体。将伸展管3的末端与液压供给装置连接在一起，在叶轮4转动的同时液压供给装置向伸展管3内注入压力流体，压力流体从伸展管3的前端射出以破碎岩层，使得岩层上形成孔道。
如图2所示，伸展管3包括管体31和外螺纹32。管体31构造为圆管。外螺纹32设置在管体31的表面。螺纹牙型可以是三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和圆弧螺纹中的一种。螺纹牙型优选为矩形螺纹，矩形螺纹传动效率高。
如图3所示，叶轮4包括轮盘41和多根叶片42。轮盘41构造为圆环形。轮盘41的中部设置有与轮盘41同轴的螺纹孔。螺纹孔贯穿轮盘41。该螺纹孔的内螺纹与伸展管3上的外螺纹32相匹配。叶片42均从轮盘41的外周壁上径向向外伸出。多根叶片42从轮盘41上呈辐射状伸出。优选地，多根叶片42在轮盘41的周向上均匀分布。叶片42与垂直于叶轮4轴线的平面呈夹角，多根叶片42向同一方向偏转。叶轮4的转轴设置成与外壳1相对固定。伸展管3从叶轮4的螺纹孔中通过。
在本实施例中，井下钻孔装置10还包括轴承9。轴承9的外圈91与外壳1相对固定。轴承9的外圈91可以是采用螺钉12固定在外壳1上。轴承9的内圈92套装在叶轮4上，并与叶轮4同轴设置。叶片42的向外延伸的一端的端部连接在内圈92的内壁上。轴承9的外圈91和内圈92之间设置有滚子或滚珠。这样，叶轮4能通过轴承9而被稳固地安装在外壳1内。
如图4所示，伸展管3的一端安装在支架2上。伸展管3不能相对于支架2转动。固定座与伸展管3之间优选为固定连接。支架2不能在外壳1内转动。在本实施例中，外壳1内设置有轨道11。轨道11沿外壳1的轴向延伸。支架2安装在轨道11上，并能沿轨道11滑动。在本实施例中，导轨为外壳1的内壁凹陷形成条槽。条槽沿外壳1延伸。支架2包括固定座21和支杆22。固定座21的中部设置有通孔。固定座21可以构造为圆环状。伸展管3穿过该通孔而与固定座21相连接。伸展管3不能在固定座21内转动。固定座21与伸展管3之间可以是过盈配合。支杆22构造为杆状结构。支杆22的一端连接于固定座21，支杆22的另一端插入条槽中。由于支杆22插入到条槽内，支架2不能相对于伸展管3转动，仅能沿条槽滑动。优选地，外壳1上设置有多条条槽，支架2设置有多根支杆22。多根支杆22从固定座21上呈辐射状伸出。多根支杆22一一对应插入到多条条槽内。支架2能被更稳固地安装在外壳1内。优选地，支杆22至少设置三根。相邻的两根支杆22之间的夹角相等。每根支杆22受力相同，支架2受力更合理。同时，支架2在条槽内滑动更顺畅。
伸展管3的上端连接到压力流体供给装置上。压力流体供给装置用于向伸展管3内注入压力流体。在需要打通油流通道时，将该井下钻孔装置10下入到油井内。在向伸展管3与外壳1之间注入驱动流体的同时还向伸展管3中注入压力流体。驱动流体通过叶轮4时带动叶轮4转动，叶轮4转动的同时带动伸展管3向下伸出。伸展管3在伸出的同时，其前端射出压力流体来破开岩层岩石，在岩层岩石中形成孔道。伸展管3插入该孔道后继续伸出以在岩层内形成连续的孔道，该孔道即为油流通道。
优选地，该伸展管3为柔性管。由于伸展管3具有柔性，伸展管3可以在外壳1内弯曲，伸展管3的长度可以设置得比外壳1长。在钻取油流通道时，伸展管3伸出的长度更长，钻取的油流通道更深。
优选地，井下钻孔装置10还包括导向件7。导向件7设置在外壳1的末端。导向件7上设置有与外壳1的轴线呈夹角的通孔。伸展管3从该通孔中穿过。这样，由于伸展管3的具有柔性，伸展管3向外伸出时能被导向件7引导向倾斜于外壳1的轴向伸出，在对岩层进行钻孔时，可以钻出延伸方向倾斜于轴向的油流通道。
优选地，导向件7与叶轮4相互靠近设置。伸展管3在叶轮4的驱动下进入到导向件7中，而导向件7强迫伸展管3进行弯转，伸展管3在叶轮4和导向件7之间弯折，由于导向件7与叶轮4相互靠近，伸展管3在叶轮4和导向件7之间的长度较短，伸展管3不会过大形变而导致伸展管3无法伸出。
优选地，导向件7构造为设置成V形的条状结构。导向件7的两端连接到外壳1的端部。导向件7的尖端朝向背离外壳1方向。导向件7在井下钻孔装置10中形成尖端，在井下钻孔装置10下入到井筒中并在井筒中运动时，导向件7能引导井下钻孔装置10在井筒中运动方向使得井下钻孔装置10能顺利进入到目标岩层中。同时，在进行钻孔时，这种结构的导向件7对外壳1内的流体流动的阻力较小。
优选地，伸展管3的外螺纹32为多头螺纹。采用多头螺纹可以设置较大的升角，在叶轮4转动时，叶轮4与外螺纹32之间的摩擦较小，叶轮4在受到较小的作用力即可驱动伸展管3向外伸出，即叶轮4在较小的流体驱动下即可使得伸展管3向外伸出。
优选地，伸展管3还包括喷嘴8。喷嘴8设置在伸展管3的管体31的末端。喷嘴8构造为大致的管状结构。喷嘴8的一端设置有轴向伸出的卡爪34，喷嘴8的另一端接通于伸展管3的管体31的末端。卡爪34伸入到孔道内后能阻止伸展管3绕轴线转动。优选地，卡爪34设置有多个。多个卡爪34在周向上均匀分布。卡爪34构造为螺旋上升的凸台。凸台的螺旋方向与外螺纹32的螺旋方向一致。压力流体从相邻两个凸台之间的间隙溢出时，压力流体对卡爪34施加一个转矩，该转矩与叶轮4对伸展管3施加的转矩方向相反。由此，在对岩层进行钻孔时喷嘴8还可以阻碍伸展管3转动。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种井下钻孔装置，其特征在于，包括：外壳，中部设置有轴向延伸的螺纹孔的且设置在所述外壳内的叶轮，设置有与所述螺纹孔相配合的外螺纹的且从所述螺纹孔贯穿所述叶轮的伸展管，伸展管还包括喷嘴，喷嘴的一端设置有轴向伸出的卡爪；以及用于阻止所述伸展管相对于所述外壳相对转动的支架，其中，当流体通过所述外壳时能带动所述叶轮转动以使得叶轮牵引所述伸展管伸出外壳；所述叶轮在轴向上与所述外壳相对固定。
2.根据权利要求1所述的井下钻孔装置，其特征在于，所述外壳为圆筒形，所述叶轮与所述外壳同轴设置。
3.根据权利要求2所述的井下钻孔装置，其特征在于，所述井下钻孔装置还包括轴承，所述轴承的内圈套装在所述叶轮上且与所述叶轮同轴，所述轴承的外圈的外壁抵接于所述外壳的内壁。
4.根据权利要求3所述的井下钻孔装置，其特征在于，所述轴承为滚子轴承。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的井下钻孔装置，其特征在于，所述伸展管为柔性管。
6.根据权利要求5所述的井下钻孔装置，其特征在于，所述井下钻孔装置还包括设置在外壳供伸展管伸出的端部上的引导件，所述引导件设置有供伸展管通过的且延伸方向与外壳的轴线呈夹角的通孔。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的井下钻孔装置，其特征在于，伸展管的一部分固定在所述支架上，所述外壳的内壁设置有径向延伸的且用于安装所述支架的轨道。
8.根据权利要求7所述的井下钻孔装置，其特征在于，所述轨道为由外壳的内壁凹陷形成的条槽，所述支架包括径向延伸且插入到所述条槽内的支杆。
9.根据权利要求7所述的井下钻孔装置，其特征在于，所述外壳设置有多个条槽，所述支架包括多根从所述伸展管径向向外辐射的支杆，多条所述条槽与多根所述支杆一一对应设置。
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