CN109403888A - 一种液力式连续加压送钻工具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种液力式连续加压送钻工具，包括上接头、中心管、外筒体、配流筒、加压筒、套筒和弹性件。本液力式连续加压送钻工具通过以上纯机械结构的相互配合，可以在恒定流量的钻井液下连续周期性地推进下部钻柱送钻，较好地解决了水平段钻进中的钻柱托压难题，有效延伸了水平段井眼的钻进长度，且结构简单，易损件少，可靠性高，使用寿命长，适应井下复杂工况。

Description

一种液力式连续加压送钻工具

技术领域

本发明涉及水平井钻井工程技术领域，特别涉及一种液力式连续加压送钻工具。

背景技术

水平井是指井斜达到或者接近90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井，因其具有良好的经济效益以及社会效益，水平井钻井开发自20世纪90年代以来得到大规模应用，现已作为常规钻井技术而普遍应用于大量的油气藏开发工程中。

在直井钻进中，送钻时产生的钻压主要是依靠钻柱的自身重量，钻柱与井壁间的摩擦阻力非常小；而在水平井水平段的钻进施工中，钻柱平躺在井眼的下井壁上，钻柱与井壁间的摩擦阻力相对较大，随着水平段钻进长度的不断延伸，钻柱与井壁间积累的摩擦阻力越来越大，钻柱托压成为水平段钻进施工中的常见难题，这也直接导致了钻柱加压送钻困难，从而严重影响钻头的工作效率，甚至造成部分水平井难以钻至设计井深。

为了满足水平段井眼的钻井需求，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。而水力加压器的活塞一个行程走完，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，钻进中钻柱经常托压，不仅降低了水平段钻进中的钻头工作效率，而且无法解决有效延伸水平段井眼钻进长度的难题。

综上所述，如何解决水平井钻井过程中，不能为钻头提供连续的送钻钻压，导致钻柱托压，无法有效延伸水平段井眼钻进长度的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种液力式连续加压送钻工具，以给钻头提供连续的送钻钻压，有效消除钻柱托压，延伸水平段井眼的钻进长度。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种液力式连续加压送钻工具，包括：

用于与上部钻柱连接的上接头；

中心管，连接于所述上接头的内孔下部，所述中心管的管壁上开设有上通孔和下通孔，所述上通孔靠近所述上接头的下端面；

外筒体，连接于所述上接头的外周下部，所述外筒体的筒壁上开设有卸压孔；

配流筒，移动设置于所述中心管和所述外筒体之间，所述配流筒的内壁与所述中心管的外壁贴合滑动密封，所述配流筒包括上部的密封段和下部的装配段，所述密封段的外壁与所述外筒体的内壁贴合滑动密封，所述装配段与所述外筒体的内壁之间存在装配腔，所述密封段上开设有连通所述装配腔的泄流通道，并用于当所述配流筒轴向移动到所述泄流通道与所述卸压孔连通时，所述卸压孔与所述装配腔连通，所述装配段的筒壁上开设有用于与所述下通孔连通的进流孔，所述装配段的外壁上设置有位于所述进流孔下方的定位台阶，所述配流筒的上端面设置有用于所述上通孔连通的容液槽；

加压筒，一端插入所述外筒体内，另一端用于连接下部钻柱，所述加压筒与所述外筒体周向限位且轴向滑动连接，所述加压筒的上端与所述配流筒连接，所述加压筒的上部设置有节流段，所述加压筒的外壁位于节流段两端的位置分别设置有上旁通孔和下旁通孔；

套筒，套设于所述配流筒的装配段和所述加压筒的上部，所述套筒的外壁与所述外筒体的内壁贴合滑动密封，所述套筒的上端设置有用于与所述限位台阶轴向限位接触的支撑座，所述套筒的内壁与所述装配段的外壁之间形成弹性件安装腔；

弹性件，位于所述弹性件安装腔内，且两端分别弹性作用于所述支撑座的内端面和所述加压筒的上端面。

优选地，在上述的液力式连续加压送钻工具中，所述加压筒与所述外筒体通过键槽结构进行周向限位。

优选地，在上述的液力式连续加压送钻工具中，所述键槽结构包括：

设置于所述外筒体的内壁上的第一键槽；

设置于所述加压筒的外壁上的与所述第一键槽配合的第二键槽；

嵌合于所述第一键槽和所述第二键槽内的防转销。

优选地，在上述的液力式连续加压送钻工具中，还包括套设于所述加压筒的外壁上且与所述外筒体的下端口连接的防掉盖。

优选地，在上述的液力式连续加压送钻工具中，所述防掉盖与所述外筒体的下端螺纹连接。

优选地，在上述的液力式连续加压送钻工具中，所述泄流通道为设置于所述密封段内的泄流孔，所述泄流孔的进口位于所述密封段与所述装配段之间的台阶面上，所述泄流孔的出口位于所述密封段的外壁面上。

优选地，在上述的液力式连续加压送钻工具中，所述泄流孔沿所述密封段的轴向设置。

优选地，在上述的液力式连续加压送钻工具中，所述泄流通道为设置于所述密封段的外壁面上的泄流槽，所述泄流槽与所述外筒体的内壁面之间形成所述泄流通道。

优选地，在上述的液力式连续加压送钻工具中，所述弹性件为压缩弹簧或弹性橡胶。

优选地，在上述的液力式连续加压送钻工具中，所述上接头的下端外壁与所述外筒体的上端外壁螺纹连接，所述中心管的上端外壁与所述上接头的下端内壁螺纹连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的液力式连续加压送钻工具，包括上接头、中心管、外筒体、配流筒、加压筒、套筒和弹性件，上接头用于与上部钻柱连接；中心管连接于上接头的内孔下部，中心管的管壁上开设有上通孔和下通孔，上通孔靠近上接头的下端面；外筒体连接于上接头的外周下部，外筒体的筒壁上开设有卸压孔；配流筒移动设置于中心管和外筒体之间，配流筒的内壁与中心管的外壁贴合滑动密封，配流筒包括上部的密封段和下部的装配段，密封段的外壁与外筒体的内壁贴合滑动密封，装配段与外筒体的内壁之间存在装配腔，密封段上开设有连通装配腔的泄流通道，并用于当配流筒轴向移动到泄流通道与卸压孔连通时，卸压孔与装配腔连通，装配段的筒壁上开设有用于与下通孔连通的进流孔，装配段的外壁上设置有位于进流孔下方的定位台阶，配流筒的上端面设置有用于上通孔连通的容液槽；加压筒一端插入外筒体内，另一端用于连接下部钻柱，加压筒与外筒体周向限位且轴向滑动连接，加压筒的上端与配流筒连接，加压筒的上部设置有节流段，加压筒的外壁位于节流段两端的位置分别设置有上旁通孔和下旁通孔；套筒套设于配流筒的装配段和加压筒的上部，套筒的外壁与外筒体的内壁贴合滑动密封，套筒的上端设置有用于与限位台阶轴向限位接触的支撑座，所述支撑座的内周与所述装配段贴合滑动密封，所述套筒的下部内壁与所述加压筒的上部外壁贴合滑动密封，并用于覆盖或打开上旁通孔，套筒的内壁与装配段的外壁之间形成弹性件安装腔；弹性件位于弹性件安装腔内，且两端分别弹性作用于支撑座的内端面和加压筒的上端面。

本发明中的液力式连续加压送钻工具通过以上纯机械结构的相互配合，可以在恒定流量的钻井液下连续周期性地推进下部钻柱送钻，较好地解决了水平段钻进中的钻柱托压难题，有效延伸了水平段井眼的钻进长度，且结构简单，易损件少，可靠性高，使用寿命长，适应井下复杂工况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种液力式连续加压送钻工具的初始工作状态的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种液力式连续加压送钻工具的第二工作状态的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种液力式连续加压送钻工具的第三工作状态的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种液力式连续加压送钻工具的第四工作状态的结构示意图；

图5为图2中的A-A截面示意图。

其中，1为上接头、2为外筒体、21为卸压孔、3为中心管、31为上通孔、32为下通孔、33为容液槽、4为配流筒、41为泄流孔、42为进流孔、43为装配腔、5为套筒、6为弹性件、7为加压筒、71为上旁通孔、72为节流段、73为下旁通孔、8为防转销、9为防掉盖。

具体实施方式

本发明的核心是提供了一种液力式连续加压送钻工具，能够给钻头提供连续的送钻钻压，有效消除了钻柱托压，延伸了水平段井眼的钻进长度。

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做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。

需要说明的是，为了方便描述，文中的“上”、“下”方位词均以本申请中的附图为参照，不应理解为对本方案保护范围和工作方位的限定，当附图中的液力式连续加压送钻工具水平放置时，为了方便描述，相应地将“上”、“下”方位词替换为“左”、“右”方位词。

请参考图1-图4，本发明实施例提供了一种液力式连续加压工具，包括上接头1、中心管3、外筒体2、配流筒4、加压筒7、套筒5和弹性件6；

其中，上接头1用于与上部钻柱连接，具体可通过螺纹连接，即上接头1的上端设置有公螺纹，上部钻柱设置有母螺纹；或者，上接头1的上端设置有公螺纹，上部钻柱设置有母螺纹；上接头1设置有内孔；

中心管3连接于上接头1的内孔下部，中心管3的管壁上开设有上通孔31和下通孔32，上通孔31靠近上接头1的下端面，下通孔32位于中心管3的中部或下部；

外筒体2连接于上接头1的外周下部，外筒体2的筒壁上开设有卸压孔21，中心管3位于外筒体2内部，且外筒体2与中心管3之间形成环形腔；

配流筒4轴向移动设置于中心管3和外筒体2之间的环形腔内，配流筒4的内壁与中心管3的外壁贴合滑动密封，配流筒4包括上部的密封段和下部的装配段，密封段和装配段为一体结构，密封段的外径大于装配段的外径，密封段与装配段相接的位置形成台阶面，密封段的外壁与外筒体2的内壁贴合滑动密封，即配流筒4相对中心管3和外筒体2轴向移动，装配段与外筒体2的内壁之间形成装配腔44，密封段上开设有连通装配腔44的泄流通道41，泄流通道41还用于当配流筒4轴向移动到泄流通道41与卸压孔21连通时，卸压孔21与装配腔44连通，装配段的筒壁上开设有用于与下通孔32连通的进流孔42，装配段的外壁上设置有位于进流孔42下方的定位台阶，配流筒4的上端面设置有用于上通孔31连通的容液槽43；

加压筒7的一端插入外筒体2内，另一端用于连接下部钻柱，加压筒7与外筒体2周向限位且轴向滑动连接，加压筒7的上端与配流筒4连接，加压筒7的内孔中的上部设置有节流段72，节流段72的孔径小于其他位置的孔径，加压筒7的外壁位于节流段72两端的位置分别设置有连通加压筒7的内孔的上旁通孔71和下旁通孔73；

套筒5套设于配流筒4的装配段和加压筒7的上部，套筒5的外壁与外筒体2的内壁贴合滑动密封，套筒5的上端设置有用于与配流筒4的限位台阶轴向限位接触的支撑座，支撑座的内周与装配段贴合滑动密封，套筒5的下部内壁与加压筒7的上部外壁贴合滑动密封，并用于覆盖或打开上旁通孔71，套筒5的内壁与装配段的外壁之间形成弹性件安装腔；

弹性件6位于弹性件安装腔内，且两端分别弹性作用于支撑座的内端面和加压筒7的上端面。

该液力式连续加压送钻工具的工作原理和工作过程如下：将液力式连续加压送钻工具下入井底，上接头1与上部钻柱连接，加压筒7与下部钻柱连接；当液力式连续加压送钻工具处于初始状态时，如图1所示，配流筒4的上端面与上接头1的下端面接触，配流筒4的容液槽43与中心管3的上通孔31对准，配流筒4的进流孔42与中心管3的下通孔32对准，外筒体2的卸压孔21被配流筒4的密封段挡住，此时，开泵循环钻井液，钻井液经中心管3的下通孔32和配流筒4的进流孔42进入外筒体2和配流筒4的装配段之间形成的装配腔44内，钻井液压力推动套筒5压缩弹性件6轴向下移，液力式连续加压送钻工具进入第二工作状态位置，如图2所示；此时，套筒5轴向下移封闭加压筒7的上旁通孔71的出口；此时钻井液全部流经加压筒7的节流段72，节流压力增大，钻井液经过中心管3的上通孔31进入容液槽43中，钻井液压力作用在配流筒4上端面和经过内腔作用在加压筒7上端，提供巨大的轴向推力推动配流筒4和加压筒7一起轴向下移，套筒5与配流筒4和加压筒7的相对位置不变，此时液力式加压送钻工具进入第三工作状态，如图3所示；当配流筒4和加压筒7轴向下移一定距离以后，配流筒4的泄流通道41和外筒体2的卸压孔21连通，并连通装配腔44，装配腔44中的钻井液压力通过卸压孔21释放，套筒5在弹性件6的作用下轴向上移，移动至套筒5的支撑座的上端面与配流筒4的限位台阶限位接触，即回到原位，套筒5不再封闭加压筒7的上旁通孔71，此时液力式连续加压送钻工具进入第四工作状态，如图4所示；上部钻柱在上部钻压作用下持续轴向下移，推动上接头1、外筒体2和中心管3相对配流筒4、套筒5和加压筒7轴向下移，直至运动至上接头1的下端面与配流筒4的上端面接触，回到液力式连续加压送钻工具的初始工作状态。此时液压式连续加压送钻工具完成一个运动周期完成。

该液力式连续加压送钻工具下到井下设计位置后，可在恒定钻井液流量下连续工作，为下部钻柱、钻头提供连续送钻钻压，帮助钻柱送进，有效提高了钻头工作效率，解决了水平段钻进中钻柱托压难题，有效延伸了水平段井眼钻进长度。且该液力式连续加压送钻工具为纯机械结构，结构简单，易损件少，可靠性高，使用寿命长，适应井下复杂工况。

作为优化，在本实施例中，加压筒7与外筒体2通过键槽结构进行周向限位，防止加压筒7相对外筒体2旋转。

具体地，本实施例提供了一种具体的键槽结构，其包括第一键槽、第二键槽和防转销8；其中，第一键槽轴向设置于外筒体2的内壁上；第二键槽轴向设置于加压筒7的外壁上，且第一键槽和第二键槽拼接成销孔；防转销8嵌合于第一键槽和第二键槽内，完成对外筒体2和加压筒7的周向限位。

进一步地，如图5所示，在本实施例中，第一键槽和第二键槽的数量相等且沿圆周方向均匀分布，每对第一键槽和第二键槽对应插入一个防转销8，防转销8的数量可以为1个～10个，本实施例给出了8个的优选方案。

进一步地，如图1-图4，在本实施例中，液力式连续加压送钻工具还包括套设于加压筒7的外壁上且与外筒体2的下端口连接的防掉盖9，用于防止防转销8从第一键槽和第二键槽中掉出。

当然，键槽结构还可以为设置在外筒体2的内壁上的键槽，设置在加压筒7的外壁上的定位键，定位键与加压筒7为一体结构，定位键与键槽定位配合，同样能够实现周向限位。这样，就不需要设置防掉盖9。

作为优化，在本实施例中，防掉盖9与外筒体2的下端螺纹连接，即外筒体2的下端设置有外螺纹，防掉盖9的上端设置有内螺纹，将防掉盖9拧紧在外筒体2的下端，方便安装和拆卸。当然，防掉盖9还可以热压在外筒体2上。

在本实施例中，泄流通道41为设置于密封段内的泄流孔，泄流孔的进口位于密封段与装配段交接的台阶面上，泄流孔的出口位于密封段的外壁面上。优选地，泄流孔沿密封段的轴向设置，方便加工，只要连通装配腔44和卸压孔21即可。泄流孔的数量为一个或多个，本实施优选为两个，对称布置在配流筒4上，对应地，卸压孔21的数量和位置与泄流孔一一对应。当然，泄流孔还可以不沿轴向设置，只要能够连通卸压孔21和装配腔44即可。

在本实施例中，泄流通道41还可以为设置于密封段的外壁面上的泄流槽，泄流槽与外筒体2的内壁面之间形成泄流通道。泄流槽可以为任意形状，只要泄流槽的出口与泄流槽的其余部位不在同一轴向上即可，这样，只有当泄流槽的出口移动到与卸压孔21对准时，泄流槽连通装配腔44和卸压孔21。

在本实施例中，中心管3上的上通孔31和下通孔32的数量可以为一个或多个，优选为两个，且对称设置，使钻井液流动均匀，压力均匀。

在本实施例中，弹性件6为压缩弹簧或弹性橡胶，只要能够实现套筒5的弹性复位即可。

在本实施例中，上接头1的下端外壁与外筒体2的上端外壁螺纹连接，中心管3的上端外壁与上接头1的下端内壁螺纹连接，方便拆装，当然，还可以采用过盈配合等，只要实现密封连接即可。

加压筒7的下端设置有内螺纹，与下部钻柱的外螺纹配合连接，当然，加压筒7的下端还可以设置外螺纹，与下部钻柱的内螺纹配合连接。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种液力式连续加压送钻工具，其特征在于，包括：

用于与上部钻柱连接的上接头(1)；

中心管(3)，连接于所述上接头(1)的内孔下部，所述中心管(3)的管壁上开设有上通孔(31)和下通孔(32)，所述上通孔(31)靠近所述上接头(1)的下端面；

外筒体(2)，连接于所述上接头(2)的外周下部，所述外筒体(2)的筒壁上开设有卸压孔(21)；

配流筒(4)，移动设置于所述中心管(3)和所述外筒体(2)之间，所述配流筒(4)的内壁与所述中心管(3)的外壁贴合滑动密封，所述配流筒(4)包括上部的密封段和下部的装配段，所述密封段的外壁与所述外筒体(2)的内壁贴合滑动密封，所述装配段与所述外筒体(2)的内壁之间存在装配腔(44)，所述密封段上开设有连通所述装配腔(44)的泄流通道(41)，并用于当所述配流筒(4)轴向移动到所述泄流通道(41)与所述卸压孔(21)连通时，所述卸压孔(21)与所述装配腔(44)连通，所述装配段的筒壁上开设有用于与所述下通孔(32)连通的进流孔(42)，所述装配段的外壁上设置有位于所述进流孔(42)下方的定位台阶，所述配流筒(4)的上端面设置有用于所述上通孔(31)连通的容液槽(43)；

加压筒(7)，一端插入所述外筒体(2)内，另一端用于连接下部钻柱，所述加压筒(7)与所述外筒体(2)周向限位且轴向滑动连接，所述加压筒(7)的上端与所述配流筒(4)连接，所述加压筒(7)的上部设置有节流段(72)，所述加压筒(7)的外壁位于所述节流段(72)两端的位置分别设置有上旁通孔(71)和下旁通孔(73)；

套筒(5)，套设于所述配流筒(4)的装配段和所述加压筒(7)的上部，所述套筒(5)的外壁与所述外筒体(2)的内壁贴合滑动密封，所述套筒(5)的上端设置有用于与所述限位台阶轴向限位接触的支撑座，所述套筒(5)的内壁与所述装配段的外壁之间形成弹性件安装腔；

弹性件(6)，位于所述弹性件安装腔内，且两端分别弹性作用于所述支撑座的内端面和所述加压筒(7)的上端面。

2.根据权利要求1所述的液力式连续加压送钻工具，其特征在于，所述加压筒(7)与所述外筒体(2)通过键槽结构进行周向限位。

3.根据权利要求2所述的液力式连续加压送钻工具，其特征在于，所述键槽结构包括：

设置于所述外筒体(2)的内壁上的第一键槽；

设置于所述加压筒(7)的外壁上的与所述第一键槽配合的第二键槽；

嵌合于所述第一键槽和所述第二键槽内的防转销(8)。

4.根据权利要求2或3所述的液力式连续加压送钻工具，其特征在于，还包括套设于所述加压筒(7)的外壁上且与所述外筒体(2)的下端口连接的防掉盖(9)。

5.根据权利要求4所述的液力式连续加压送钻工具，其特征在于，所述防掉盖(9)与所述外筒体(2)的下端螺纹连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的液力式连续加压送钻工具，其特征在于，所述泄流通道(41)为设置于所述密封段内的泄流孔，所述泄流孔的进口位于所述密封段与所述装配段交接的台阶面上，所述泄流孔的出口位于所述密封段的外壁面上。

7.根据权利要求6所述的液力式连续加压送钻工具，其特征在于，所述泄流孔沿所述密封段的轴向设置。

8.根据权利要求1-5任一项所述的液力式连续加压送钻工具，其特征在于，所述泄流通道(41)为设置于所述密封段的外壁面上的泄流槽，所述泄流槽与所述外筒体(2)的内壁面之间形成所述泄流通道(41)。

9.根据权利要求1-5任一项所述的液力式连续加压送钻工具，其特征在于，所述弹性件(5)为压缩弹簧或弹性橡胶。

10.根据权利要求1-5任一项所述的液力式连续加压送钻工具，其特征在于，所述上接头(1)的下端外壁与所述外筒体(2)的上端外壁螺纹连接，所述中心管(3)的上端外壁与所述上接头(1)的下端内壁螺纹连接。