CN111434883B - 一种油管打孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油管打孔装置，涉及油气田开发领域。该油管打孔装置包括锚定机构和打孔机构。锚定机构包括：自上而下顺次连接的上套筒、上接头、卡瓦，以及位于上套筒内部的上驱动件、与上驱动件连接的上传动件、与上传动件连接的锥体；上驱动件通过上传动件驱动锥体上下运动，以使锥体进入或脱离卡瓦。打孔机构包括：与锥体连接的下套筒、与下套筒连接的下接头、位于下套筒内部的下驱动件、与下驱动件连接的下传动件、与下传动件连接的打孔件；其中，下驱动件通过下传动件驱动打孔件对油管打孔。油管打孔装置可以精确控制油管打孔精度，提高打孔成功率，不仅利于降低作业成本和施工风险，且同时能保证井筒完整性。

Description

一种油管打孔装置

技术领域

本发明涉及油气田开发领域，特别涉及一种油管打孔装置。

背景技术

为保证含硫气藏的安全开发，生产井多数采用油管，例如耐蚀合金油管带永久式封隔器完井，由于油套不连通，造成开展排水采气工艺无现成工艺通道。所以，需要对油管进行打孔，以在生产管柱上建立工艺通道。

现有技术采用射孔枪对油管进行打孔，然而，射孔枪打孔精度无法精确控制，为确保打孔成功率，通常射多孔，导致油管强度明显降低。

因此，提供一种油管打孔装置，其可以在不修井的情况下，可控地在油管上打孔，以建立排水采气通道，降低作业成本和施工风险，同时保证井筒完整性。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种油管打孔装置，可解决上述技术问题。具体而言，包括以下的技术方案：

一种油管打孔装置，所述油管打孔装置包括：锚定机构和打孔机构；

所述锚定机构包括：自上而下顺次连接的上套筒、上接头、卡瓦，以及位于所述上套筒内部的上驱动件、与所述上驱动件连接的上传动件、与所述上传动件连接的锥体；其中，所述上驱动件通过所述上传动件驱动所述锥体上下运动，以使所述锥体进入或脱离所述卡瓦；

所述打孔机构包括：与所述锥体连接的下套筒、与所述下套筒连接的下接头、位于所述下套筒内部的下驱动件、与所述下驱动件连接的下传动件、与所述下传动件连接的打孔件；其中，所述下驱动件通过所述下传动件驱动所述打孔件对油管打孔。

在一种可能的实现方式中，所述上驱动件包括：上控制器；

与所述上控制器电性连接的锚定电机，且所述锚定电机的输出轴沿所述上套筒的轴向方向；

与所述锚定电机的输出轴同轴连接的锚定减速器；

用于对所述上控制器、所述锚定电机供电的上供电模块。

在一种可能的实现方式中，所述上传动件包括：通过联轴器与所述锚定减速器同轴连接的传动螺母；

上端与所述传动螺母螺纹连接的传动丝杠，且所述传动丝杠的下端与所述锥体连接。

在一种可能的实现方式中，所述锥体包括：与所述传动丝杠的下端连接的锥形段，且所述锥形段的外径由上至下逐渐增大；

与所述锥形段连接的柱形段，且所述柱形段与所述下套筒连接。

在一种可能的实现方式中，所述下驱动件包括：下控制器；

与所述下控制器电性连接的旋转电机和进给电机，且所述旋转电机和所述进给电机的输出轴均沿所述下套筒的径向方向；

与所述旋转电机连接的旋转减速器；

与所述进给电机连接的进给减速器；

用于对所述下控制器、所述旋转电机、所述进给电机供电的下供电模块。

在一种可能的实现方式中，所述下传动件包括：传动块；

与所述旋转减速器同轴连接，且穿过所述传动块一端的第一传动杆；

与所述进给减速器同轴连接，且穿过所述传动块另一端的第二传动杆；

同时与所述旋转减速器和所述进给减速器啮合，且与所述传动块中部螺纹连接的第三传动杆，且所述第三传动杆的底端可转动地限位于所述下套筒的内壁上；

所述第一传动杆的外壁上部设置有限位台阶，所述传动块座于所述限位台阶上；

所述打孔件与所述第一传动杆的下端连接。

在一种可能的实现方式中，所述旋转减速器包括：多个顺次啮合的第一齿轮，位于首部的所述第一齿轮与所述旋转电机同轴连接，位于尾部的所述第一齿轮与所述第一传动杆的上端同轴连接。

在一种可能的实现方式中，所述进给减速器包括：多个顺次啮合的第二齿轮，位于首部的所述第二齿轮与所述第二传动杆的上端同轴连接，位于尾部的所述第二齿轮与所述进给电机同轴连接。

在一种可能的实现方式中，所述第三传动杆包括：自上而下顺次形成的齿牙段、螺纹段以及限位端；

所述齿牙段的两侧同时与所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合；

所述螺纹段与所述传动块螺纹连接；

所述限位端位于所述下套筒内壁上的限位槽内。

在一种可能的实现方式中，所述打孔件包括：与所述第一传动杆下端螺纹连接的钻头本体；

所述钻头本体具有上下连通的空腔，所述空腔内设置有单流阀结构。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的油管打孔装置，可用来对油管进行打孔，应用时，利用钢丝或电缆将该油管打孔装置下入井筒内期望的打孔深度位置处。随后，利用上驱动件通过上传动件驱动锥体向上运动，使锥体进入卡瓦，卡瓦在锥体的挤压作用下沿径向扩张，以实现在油管的内壁上的锚定，即，该油管打孔装置在油管内壁上实现定位。随后，利用下驱动件通过下传动件驱动打孔件对油管进行打孔作业，以建立排水采气通道。可见，本发明实施例提供的油管打孔装置可以精确控制油管打孔精度，提高打孔成功率，不仅利于降低作业成本和施工风险，且同时能保证井筒完整性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的油管打孔装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的下驱动件与下传动件的连接关系示意图。

附图标记分别表示：

1-锚定机构，

101-上套筒，102-上接头，103-卡瓦，104-上驱动件，

1041-上控制器，1042-锚定电机，1043-锚定减速器，1044-上供电模块，

105-上传动件，1051-传动螺母，1052-传动丝杠，106-锥体，107-联轴器，

2-打孔机构，201-下套筒，202-下接头，

203-下驱动件，2031-下控制器，2032-旋转电机，2033-进给电机，

2034-旋转减速器，2035-进给减速器，2036-下供电模块，204-下传动件，

2041-传动块，2042-第一传动杆，2043-第二传动杆，2044-第三传动杆，

205-打孔件。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种油管打孔装置，如附图1所示，该油管打孔装置包括：锚定机构1和打孔机构2。其中，锚定机构1包括：自上而下顺次连接的上套筒101、上接头102、卡瓦103，以及位于上套筒101内部的上驱动件104、与上驱动件104连接的上传动件105、与上传动件105连接的锥体106。其中，上驱动件104通过上传动件105驱动锥体106上下运动，以使锥体106进入或脱离卡瓦103。打孔机构2包括：与锥体106连接的下套筒201、与下套筒201连接的下接头202、位于下套筒201内部的下驱动件203、与下驱动件203连接的下传动件204、与下传动件204连接的打孔件205。其中，下驱动件203通过下传动件204驱动打孔件205对油管打孔。

本发明实施例提供的油管打孔装置，可用来对油管进行打孔，应用时，利用钢丝或电缆将该油管打孔装置下入井筒内期望的打孔深度位置处。随后，利用上驱动件104通过上传动件105驱动锥体106向上运动，使锥体106进入卡瓦103，卡瓦103在锥体106的挤压作用下沿径向扩张，以实现在油管的内壁上的锚定，即，该油管打孔装置在油管内壁上实现定位。随后，利用下驱动件203通过下传动件204驱动打孔件205对油管进行打孔作业，即可建立排水采气通道。可见，本发明实施例提供的油管打孔装置，通过上述结构，可以精确控制油管打孔精度，提高打孔成功率，不仅利于降低作业成本和施工风险，且同时能保证井筒完整性。

对于本发明实施例提供的油管打孔装置来说，如附图1所示，其外层结构包括：自上而下顺次连接的上套筒101、上接头102、卡瓦103、以及锥体106，与锥体106连接的下套筒201、与下套筒201连接的下接头202。其中，上接头102用来实现上套筒101与卡瓦103的连接，下接头202用来封堵下套筒201的底端，实现对下套筒201内部各部件的稳定限位。

本发明实施例中，卡瓦103可包括：自上而下顺次连接的筒状连接段和可径向伸缩段，其中，筒状连接段可固定套装于上接头102的外壁上，可径向伸缩段在锥体106进入或退出时，分别实现径向扩张或者径向回缩至原位，并且，为了提高锚定效果，可径向伸缩段的外壁上设置有齿状结构，以便于使该油管打孔装置稳定地锚定在油管内壁上。

锥体106的外径由上至下逐渐增大，当其向上移动进入可径向伸缩段时，可使卡瓦103扩张，实现锚定；当锥体106向下移动逐渐退出可径向伸缩段时，可使卡瓦103收缩至原位，实现解锚。

在一种可能的示例中，可径向伸缩段可包括：多个沿圆周方向均匀分布的弧形条板，其中，相邻两个弧形条板之间的间距相同。可以理解的是，弧形条板沿圆周方向具有一定的弧度，例如，与油管内壁的弧度一致，以便于稳定锚定。弧形条板沿轴向方向成长条状。

进一步地，可径向伸缩段的下端内径由上至下可以逐渐增大，以与外径由上至下逐渐增大的锥体106的结构相匹配，便于锥体106顺利进入卡瓦103，且不会影响对卡瓦103的径向挤压。

作为一种示例，如附图1所示，上驱动件104包括：上控制器1041；与上控制器1041电性连接的锚定电机1042，且锚定电机1042的输出轴沿上套筒101的轴向方向；与锚定电机1042的输出轴同轴连接的锚定减速器1043；用于对上控制器1041、锚定电机1042供电的上供电模块1044。

应用时，上控制器1041在特定时间控制锚定电机1042作业，锚定电机1042的输出轴带动锚定减速器1043转动，并将该转动通过上传动件105转化为锥体106的直线运动。可以理解的是，上控制器1041中内置有预设程序，可在预定时间启动锚定电机1042，并控制锚定电机1042的正转或者反转。

进一步地，如附图1所示，上传动件105包括：通过联轴器107与锚定减速器1043同轴连接的传动螺母1051；上端与传动螺母1051螺纹连接的传动丝杠1052，且传动丝杠1052的下端与锥体106连接。

锚定减速器1043转动时可带动传动螺母1051一同转动，由于传动螺母1051又与传动丝杠1052螺纹连接，进而可带动传动丝杠1052沿传动螺母1051轴向移动(即上下移动)，传动丝杠1052进而可带动锥体106上下移动。

在一种可能的示例中，上供电模块1044、上控制器1041、锚定电机1042、锚定减速器1043、联轴器107、传动螺母1051自上而下依次相抵并位于上套筒101内部，并且，由于传动螺母1051须原位转动，即，其不发生轴向方向的位移，可以在上接头102上设置限位台阶，利用联轴器107和该限位台阶来对传动螺母1051的两端进行限位，以在轴向方向上对传动螺母1051进行限位。

本发明实施例中，锥体106包括：与传动丝杠1052连接的锥形段，且锥形段的外径由上至下逐渐增大。锥体106还包括：与锥形段连接的柱形段，且柱形段与下套筒201连接。

利用锥形段进入或脱离卡瓦103，实现锚定或解锚。利用柱形段来与下套筒201连接，实现锚定机构1和打孔机构2的连接。其中，柱形段可以为圆柱形，并且，其可以固定套设于下套筒201内。

下驱动件203用来驱动打孔件205对油管进行打孔，打孔件205必沿着油管的径向方向具有进给作业，为了实现该目的，如附图1所示，本发明实施例提供的下驱动件203包括：下控制器2031；与下控制器2031电性连接的旋转电机2032和进给电机2033，且旋转电机2032和进给电机2033的输出轴均沿下套筒201的径向方向；与旋转电机2032连接的旋转减速器2034；与进给电机2033连接的进给减速器2035；用于对下控制器2031、旋转电机2032、进给电机2033供电的下供电模块2036。

可以理解的是，下控制器2013内置有预设程序，可在预定时间分别启动或关闭旋转电机2032、进给电机2033，并分别控制旋转电机2032和进给电机2033的正转或者反转。

进一步地，如附图1和附图2所示，下传动件204包括：传动块2041；与旋转减速器2034同轴连接，且穿过传动块2041一端的第一传动杆2042；与进给减速器2035同轴连接，且穿过传动块2041另一端的第二传动杆2043；同时与旋转减速器2034和进给减速器2035啮合，且与传动块2041中部螺纹连接的第三传动杆2044，且第三传动杆2044的底端可转动地限位于下套筒201的内壁上；第一传动杆2042的外壁上部设置有限位台阶，传动块2041座于限位台阶上；打孔件205与第一传动杆2042的下端连接。

在进行打孔作业时，下控制器2031控制进给电机2033驱动进给减速器2035转动，由于进给减速器2035与第三传动杆2044啮合，其转动过程中能够带动第三传动杆2044转动，由于第三转动杆的底端可转动地限位于下套筒201的内壁上，可使与其螺纹连接的传动块2041沿其轴向运动。因为传动块2041座于第一传动杆2042上的限位台阶上，其轴向运动能够带动第一传动杆2042轴向运动(例如，传动块2041向下运动时，其下压第一传动杆2042，使其随之向下运动，随后传动块2041向上运动时，第一传动杆2042可随之向上运动恢复至原位)，第一传动杆2042向下运动时，能够提供给其下端的打孔件205向下的预压力。

与此同时，下控制器2031还控制旋转电机2032驱动旋转减速器2034转动，由于旋转减速器2034与第一传动杆2042同轴连接，且打孔件205与第一传动杆2042的下端连接，所以能够提供给打孔件205旋转力，打孔件205在上述预压力和旋转力的共同作用下，即可对油管进行打孔作业。

其中，为了获得合适的打孔转速，如附图2所示，本发明实施例中，旋转减速器2034包括：多个顺次啮合的第一齿轮，位于首部的第一齿轮与旋转电机2032同轴连接，位于尾部的第一齿轮与第一传动杆2042的上端同轴连接。同时，进给减速器2035包括：多个顺次啮合的第二齿轮，位于首部的第二齿轮与第二传动杆2043的上端同轴连接，位于尾部的第二齿轮与进给电机2033同轴连接。

其中，上述的首部至尾部的方向，即为本发明实施例中所述的自上而下的方向。

在一种可能的示例中，第一齿轮的数目可以为3个，第二齿轮的数目也可以为3个。

本发明实施例中，第三传动杆2044包括：自上而下顺次形成的齿牙段、螺纹段以及限位端。其中，齿牙段的两侧同时与第一齿轮和第二齿轮啮合；螺纹段与传动块2041螺纹连接；限位端位于下套筒201内壁上的限位槽内。如此设置，当进给电机2033启动时，第三传动杆2044能够在其驱动下原位转动，进而驱动传动块2041上下移动。

研究发现，现有技术提供的射孔方式建立的通道不具备单向隔离功能，油管中的腐蚀性气水介质会进入套管造成腐蚀伤害，不利于井筒的完整性，为了解决这个技术问题，本发明实施例提供的打孔件205包括：与第一传动杆2042下端螺纹连接的钻头本体，其中，钻头本体具有上下连通的空腔，空腔内设置有单流阀结构。

当打孔件205对油管内壁打孔并嵌入油管孔之后，可以使旋转电机2032反向旋转，即带动第一传动杆2042反向旋转，由于第一传动杆2042下端与打孔件205的钻头本体螺纹连接，其反向旋转能够实现第一传动杆2042与钻头本体之间的脱扣，从而将打孔件205丢于油管孔内与作业管柱进行正常作业，将油管打孔装置的剩余部分起出井筒外部即可。此外，由于钻头本体上具有空腔，以使油套连通，而该空腔内具有单流阀结构，可实现单向隔离功能，防止油管中的腐蚀性气水介质会进入套管造成腐蚀伤害。

其中，在钻头本体内部设置的单流阀结构可以参见本领域常见的单流阀，只要能够实现单向隔离功能即可，本发明实施例在此对其具体结构不作具体限定。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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 (8)

1.一种油管打孔装置，其特征在于，所述油管打孔装置包括：锚定机构和打孔机构；

所述锚定机构包括：自上而下顺次连接的上套筒、上接头、卡瓦，以及位于所述上套筒内部的上驱动件、与所述上驱动件连接的上传动件、与所述上传动件连接的锥体；其中，所述上驱动件通过所述上传动件驱动所述锥体上下运动，以使所述锥体进入或脱离所述卡瓦；

所述打孔机构包括：与所述锥体连接的下套筒、与所述下套筒连接的下接头、位于所述下套筒内部的下驱动件、与所述下驱动件连接的下传动件、与所述下传动件连接的打孔件；其中，所述下驱动件通过所述下传动件驱动所述打孔件对油管打孔；

所述下驱动件包括：下控制器；

与所述下控制器电性连接的旋转电机和进给电机，且所述旋转电机和所述进给电机的输出轴均沿所述下套筒的径向方向；

与所述旋转电机连接的旋转减速器；

与所述进给电机连接的进给减速器；

用于对所述下控制器、所述旋转电机、所述进给电机供电的下供电模块；

所述下传动件包括：传动块；

与所述旋转减速器同轴连接，且穿过所述传动块一端的第一传动杆；

与所述进给减速器同轴连接，且穿过所述传动块另一端的第二传动杆；

同时与所述旋转减速器和所述进给减速器啮合，且与所述传动块的中部螺纹连接的第三传动杆，且所述第三传动杆的底端可转动地限位于所述下套筒的内壁上；

所述第一传动杆的外壁上部设置有限位台阶，所述传动块座于所述限位台阶上；

所述打孔件与所述第一传动杆的下端连接。

2.根据权利要求1所述的油管打孔装置，其特征在于，所述上驱动件包括：上控制器；

与所述上控制器电性连接的锚定电机，且所述锚定电机的输出轴沿所述上套筒的轴向方向；

与所述锚定电机的输出轴同轴连接的锚定减速器；

用于对所述上控制器、所述锚定电机供电的上供电模块。

3.根据权利要求2所述的油管打孔装置，其特征在于，所述上传动件包括：通过联轴器与所述锚定减速器同轴连接的传动螺母；

上端与所述传动螺母螺纹连接的传动丝杠，且所述传动丝杠的下端与所述锥体连接。

4.根据权利要求3所述的油管打孔装置，其特征在于，所述锥体包括：与所述传动丝杠的下端连接的锥形段，且所述锥形段的外径由上至下逐渐增大；

与所述锥形段连接的柱形段，且所述柱形段与所述下套筒连接。

5.根据权利要求1所述的油管打孔装置，其特征在于，所述旋转减速器包括：多个顺次啮合的第一齿轮，位于首部的所述第一齿轮与所述旋转电机同轴连接，位于尾部的所述第一齿轮与所述第一传动杆的上端同轴连接。

6.根据权利要求5所述的油管打孔装置，其特征在于，所述进给减速器包括：多个顺次啮合的第二齿轮，位于首部的所述第二齿轮与所述第二传动杆的上端同轴连接，位于尾部的所述第二齿轮与所述进给电机同轴连接。

7.根据权利要求6所述的油管打孔装置，其特征在于，所述第三传动杆包括：自上而下顺次形成的齿牙段、螺纹段以及限位端；

所述齿牙段的两侧同时与所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合；

所述螺纹段与所述传动块螺纹连接；

所述限位端位于所述下套筒内壁上的限位槽内。

8.根据权利要求1所述的油管打孔装置，其特征在于，所述打孔件包括：与所述第一传动杆下端螺纹连接的钻头本体；

所述钻头本体具有上下连通的空腔，所述空腔内设置有单流阀结构。

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