CN112523694A - 一种连续管的钻井定向机构及钻采设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及井下设备技术领域，具体涉及一种连续管钻井的定向机构，包括管体，沿所述管体的轴向方向套设有内管，所述管体与内管的外壁之间设有多个密封空间；电极组件，设于每个所述密封空间内；电流变液，设于所述密封空间内，且与所述电极组件连接，所述电流变液具有流体状态，和受所述电极组件驱动的固体状态；钻采机构，设于所述管体的一端，适于转换所述管体的旋转角度。本发明提供一种可以方向不易偏离的连续管钻井的定向机构及钻采设备。还提供了一种具有连续管钻井的定向机构的钻采设备。

Description

一种连续管的钻井定向机构及钻采设备
技术领域
本发明涉及井下设备技术领域，具体涉及一种连续管钻井的定向机构及钻采设备。
背景技术
连续管(Coiled Tubing，简称CT)是一种具有高强度、高塑性和一定抗腐蚀性能的单根长度可达数千米的无螺纹接头的新型管材，其通常被缠绕在滚筒上，一端与钻具相连，常用于油田现场的钻井和采油作业。连续管本身虽然为硬质管材，但由于收回状态时需缠绕于滚筒之上，因此硬度与普通钻杆相比仍相差较大，这也导致其在向下钻井过程中易受到土层和岩石障碍等外力作用而发生弯曲和变形，进而偏离目标方向。为解决连续管方向易偏离的问题，连续管在使用时多配有定向器，该定向用于把控连续管的钻采方向。
从驱动力结构上导向器可分为：液压驱动定向器和电子驱动定向器两大类。液压驱动定向器是通过钻井液的流动产生压降形成动能，使连续管转向，从而实现工作面角度的调整；但液压驱动定向器的存在转角调整精度低、单次动作只能旋转一个较大固定角度的问题。而电子驱动定向器的转向动力来自地面或井下的电机，并且电子驱动定向器的结构复杂、以及井下情况复杂，导致该电子驱动定向器在使用时易出现问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中导向器在使用时，易出现方向偏离的缺陷，从而提供一种可以方向不易偏离的连续管钻井的定向机构及钻采设备。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种连续管的钻井定向机构，包括管体，沿所述管体的轴向方向套设有内管，所述管体与内管的外壁之间设有多个密封空间；电极组件，设于每个所述密封空间内；电流变液，设于所述密封空间内，且与所述电极组件连接，所述电流变液具有流体状态，和受所述电极组件驱动的固体状态；钻采机构，设于所述管体的一端，适于转换所述管体的旋转角度。
可选的，还包括凸出部，所述凸出部间隔设置在所述管体内壁上，相邻两个所述凸出部与所述内管共同组成密封空间。
可选的，所述凸出部由所述管体的内壁朝向所述管体的轴心方向延伸。
可选的，在所述管体上设有通孔，所述通孔对应每个所述密封空间。
可选的，在所述管体上还设有排气孔，所述排气孔对应每个所述密封空间。
可选的，所述电极组件包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极对称设于所述管体的内壁上。
可选的，还包括设于所述管体的内壁上的电缆，所述电缆与所述电极组件电连接。
可选的，还包括控制装置，所述控制装置通过所述电缆与所述钻采机构和电极组件电连接。
本发明还提供了一种钻采设备，包括本发明所述的钻井的定向机构。
可选的，还包括滚筒，用于缠绕所述管体；固定件，设置在井口处，所述管体穿过所述固定件伸入至井口内；防喷器，设于所述固定件与所述管体连接处。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的连续管的钻井定向机构，包括管体，沿所述管体的轴向方向套设有内管，所述管体与内管的外壁之间设有多个密封空间；电极组件，设于每个所述密封空间内；电流变液，设于所述密封空间内，且与所述电极组件连接，所述电流变液具有流体状态，和受所述电极组件驱动的固体状态；钻采机构，设于所述管体的一端，适于转换所述管体的旋转角度。
通过在管体与内管之间设置电流变液，电流变液本身就具有在未施加电场时的流体状态和施加电场后的固体状态。在电极组件通电后，即电极组件对电流变液施加外电场，从将填充在管体与内管之间的电流变液由液体状态转变至固体状态，从而将管体和内管转变为刚性柱体，即从软管转变至硬管；并且，由于钻采机构的设置，为管体提供了导向的作用，从而便于井下的钻采。同时，通过对电流变液施加电场和不施加外电场的两种状态下的切换，使得管体在软管和硬管之间切换；软管可以有效的配合钻采机构完成井下的旋转，从而转换钻采机构的开采方向，硬管可以有效的为钻采机构提供固持能力，从而有效的避免钻采机构的偏移，进而提高了钻采的精度混合钻采效率。
2.本发明提供的连续管的钻井定向机构，在所述管体上设有通孔，所述通孔对应每个所述密封空间。电流变液从该通孔进入至每个密封空间，从而完成电流变液的填充。
3.本发明提供的连续管的钻井定向机构，在所述管体上还设有排气孔，所述排气孔对应每个所述密封空间。通过在所述管体上还设有排气孔，使得在注入电流变液的同时，有气体可以排出该密封空间，从而便于电流变液的注入。
4.本发明提供的连续管的钻井定向机构，所述电极组件包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极对称设于所述管体的内壁上。使得管体内的第一电极和第二电极、以电流变液连接为闭合回路，电缆通过第一电极和第二电极为电流变液施加电场，使得电流变液由流体转变至固体，使得管体和内管共同转变至硬管。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明提供的管体的结构示意图；
图2为钻采设备的结构示意图。
附图标记说明：
1-管体；11-凸出部；12-通孔；13-排气孔；14-内管；15-地上垂直段；16-地下垂直段；17-非垂直段；18-拐点；19-密封空间；2-电极组件；21-第一电极；22-第二电极；3-钻采机构；4-电缆；5-控制装置；6-滚筒；7-固定件；8-防喷器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参阅图1和图2所示，本发明实施例提供的一种连续管的钻井定向机构，包括：管体1，沿所述管体1的轴向方向套设有内管14，所述管体1与内管14的外壁之间设有多个密封空间19；电极组件2，设于每个所述密封空间19内；电流变液，设于所述密封空间19内，且与所述电极组件2连接，所述电流变液具有流体状态，和受所述电极组件2驱动的固体状态；钻采机构3，设于所述管体1的一端，适于转换所述管体1的旋转角度。
通过在管体1与内管14之间设置电流变液，电流变液本身就具有在未施加电场时的流体状态和施加电场后的固体状态。其中，管体1和内管14为软管。在电极组件2通电后，即电极组件2对电流变液施加外电场，从将填充在管体1与内管14之间的电流变液由液体状态转变至固体状态，从而将管体1和内管14转变为刚性柱体，即从软管转变至硬管；并且，由于钻采机构3的设置，为管体1提供了导向的作用，从而便于井下的钻采。在本实施例中，钻采机构3为钻头。同时，通过对电流变液施加电场和不施加外电场的两种状态下的切换，使得管体1在软管和硬管之间切换；软管可以有效的配合钻采机构3完成井下的旋转，从而转换钻采机构3的开采方向，硬管可以有效的为钻采机构3提供固持能力，从而有效的避免钻采机构3的偏移，进而提高了钻采的精度混合钻采效率。
请继续参阅图1所示，该连续管还包括凸出部11，所述凸出部11间隔设置在所述管体1内壁上，相邻两个所述凸出部11与所述内管14共同组成密封空间19。并且，所述凸出部11由所述管体1的内壁朝向所述管体1的轴心方向延伸；该凸出部11的主要作用为了分隔管体1，凸出部11和内管14、以及管体1共同组成用于填充电流变液的密封空间19。便于将所述电极组件2和所述电流变液均设于所述密封空间19内，相邻两个凸出部11之间的间距为1.0m-1.5m，从而避免相邻两个凸出部11相距的距离较远，形成的密封空间19较大，电极组件2产生的电场不能完全的使电流变液由液体状态转换至固体状态，而影响管体1的硬度。其中，两个凸出部11之间的间距可根据实际情况自行设定，但需要能完全满足对变性结构3施加的电压，可以将管体1和内管14转变成硬管进行钻采。当然，也可以小于1.0m。
在本实施例中，该凸出部11可以与管体1一体成型件，提高了凸出部11与管体1的连接强度，同时，凸出部11与内管14的外壁紧密贴合，从而保证了该密封空间19的密封性。
由于电流变液未施加电场时为流体状态，因此，在填充至密封空间19时，可以在所述管体1上设有通孔12，并且所述通孔12对应每个所述密封空间19，即有多少个密封空间19就设置多少个通孔12，从而通过该通孔12，将电流变液填充至密封空间19内。同时，由于通过通孔12注入密封空间19内电流变液，在注入的过程中，会减小密封空间19内的气体容积，通过在所述管体1上还设有排气孔13，并且所述排气孔13对应每个所述密封空间19，使得在注入电流变液的同时，有气体可以排出该密封空间19，从而便于电流变液的注入。
在本实施例中，所述电极组件2包括第一电极21和第二电极22，所述第一电极21和第二电极22对称设于所述管体1的内壁上；同时，还包括设于所述管体1的内壁上的电缆4，所述电缆4与所述电极组件2电连接。其中，第一电极21为阳极，第二电极22为阴极，使得管体1内的第一电极21和第二电极22、以电流变液连接为闭合回路，电缆4通过第一电极21和第二电极22为电流变液施加电场，使得电流变液由流体转变至固体，使得管体1和内管14共同转变至硬管。
作为可替换的实施方式，还可以将第一电极21设置为阴极，第二电极22设置为阳。具体地，可以根据实际情况自行选择。
电流变液在选择时，选择具有硅油和矿物油的电流变液，使电流变液可在0.5kV/mm的电压下剪切屈服强度达10kPa以上，保证通电后的管体1强度；接通电缆4电源，保持电压在750-1000kV，使电流变液中电压达0.5kV/mm以上；
请参阅图2所示，还包括控制装置5，所述控制装置5通过所述电缆4与所述钻采机构3和电极组件2电连接；该控制装置5可以控制电极组件2，对管体1内的电极组件2进行通电和不通电处理，调节管体1的状态；同时，还可以操作钻采机构3的旋转角度，并驱动管体1配合钻采机构3动作，从而完成在井下的角度调整，进而调节钻头的钻采方向。
连续管的制作：取300m长，直径Φ114.3mm的软管作为管体1，直径为Φ44.45mm的软管作为内管14，并且在管体1的内壁上贴附电缆4和电极组件2；凸出部11将管体1的内部分成20个部分，然后将内管14插入至管体1内，使得内管14与相邻两个凸出部11、以及管体1的内壁形成密封空间19。电缆4贯穿20个密封空间19，该电缆4连接20个密封空间19内的电极组件2，电缆4从管体1的尾部连出，并与控制装置5连通；然后通过通孔12对各个密封空间19内注入电流变液，并通过排气孔13将密封空间19内的空气排出。
请继续参阅图2所示，本发明还提供了一种钻采设备，包括所述的钻井的定向机构；还包括用于缠绕所述管体1的滚筒6；在管体1未使用时，管体1缠绕在滚筒6上，从而便于管体1的携带和运输。同时，还包括设置在井口处固定件7，所述管体1穿过所述固定件7伸入至井口内；并且所述固定件7与所述管体1连接处设有防喷器8，该防喷器8的主要作用是在连续管进行钻采作业时，关闭井口后，对井口进行安装密封，防止井喷事故的发生。
在使用时，即进入地下进行钻采时，可以分为非垂直段17和垂直段；其中，非垂直段17为从滚筒6上缠绕下来之后伸入至地下之间的部分。同时，垂直段包括地上垂直段15和地下垂直段16，地上垂直段15穿过固定件7和防喷器8进入至地下，地上垂直段15为地下垂直段16提供了导向作用，保证了地下垂直段16处于绝对的垂直状态；地下垂直段16主要用于钻采作业，并且地下垂直段16还设有拐点18，该拐点18便于钻采机构3在地下的转向。
钻采设备的工作过程：首先将管体1从滚筒6上缠绕下来，然后给管体1内的电缆4接通电源，开启控制装置5，并保持电压在750-1000kV之间，使电流变液中电压达0.5kV/mm以上，首先硬化管体1的垂直段，即管体1端部1.5m的长度，并利用钻采机构3对井口进行钻采，并随着井下钻进；若管体1的地下垂直段16需要转向时，则首先降低钻采机构3的地下垂直段16的电压，使该地下垂直段16软化，从而便于钻采机构3的转向；随着钻进深入，通过控制装置5控制非垂直段17、地上垂直段15、地下垂直段16电压的供给，使经过拐点18处(即转向处)的地下垂直段16软化，非拐点18段的地下垂直段16保持硬化，保证钻进方向的准确性；每钻进1.5m，管体1的端部再朝向管体1的中部硬化1.5m的管体1，钻井完成后将管体1拔出时，先放松1.5m管段然后拔出，再放松1.5m管段然后拔出，重复上述动作，直至完全将管体1拔出。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种连续管的钻井定向机构，其特征在于，包括：
管体(1)，沿所述管体(1)的轴向方向套设有内管(14)，所述管体(1)与内管(14)的外壁之间设有多个密封空间(19)；
电极组件(2)，设于每个所述密封空间(19)内；
电流变液，设于所述密封空间(19)内，且与所述电极组件(2)连接，所述电流变液具有流体状态，和受所述电极组件(2)驱动的固体状态；
钻采机构(3)，设于所述管体(1)的一端，适于转换所述管体(1)的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的连续管的钻井定向机构，其特征在于，还包括凸出部(11)，所述凸出部(11)间隔设置在所述管体(1)内壁上，相邻两个所述凸出部(11)与所述内管(14)共同组成密封空间(19)。
3.根据权利要求2所述的连续管的钻井定向机构，其特征在于，所述凸出部(11)由所述管体(1)的内壁朝向所述管体(1)的轴心方向延伸。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的连续管的钻井定向机构，其特征在于，在所述管体(1)上设有通孔(12)，所述通孔(12)对应每个所述密封空间(19)。
5.根据权利要求4所述的连续管的钻井定向机构，其特征在于，在所述管体(1)上还设有排气孔(13)，所述排气孔(13)对应每个所述密封空间(19)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的连续管的钻井定向机构，其特征在于，所述电极组件(2)包括第一电极(21)和第二电极(22)，所述第一电极(21)和第二电极(22)对称设于所述管体(1)的内壁上。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的连续管的钻井定向机构，其特征在于，还包括设于所述管体(1)的内壁上的电缆(4)，所述电缆(4)与所述电极组件(2)电连接。
8.根据权利要求7所述的连续管的钻井定向机构，其特征在于，还包括控制装置(5)，所述控制装置(5)通过所述电缆(4)与所述钻采机构(3)和电极组件(2)电连接。
9.一种钻采设备，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的钻井的定向机构。
10.根据权利要求9所述的钻采设备，其特征在于，还包括：
滚筒(6)，用于缠绕所述管体(1)；
固定件(7)，设置在井口处，所述管体(1)穿过所述固定件(7)伸入至井口内；
防喷器(8)，设于所述固定件(7)与所述管体(1)连接处。
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