CN112523695A - 一种连续管的钻井定向机构及钻采设备 - Google Patents

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及钻采设备，包括：管体，沿所述管体的轴向方向套设有内管；电极组件，间隔设置在所述管体内；变性结构，设于所述内管和所述管体之间，且与所述电极组件连接，所述变性结构具有释放状态，和受所述电极组件驱动的收缩状态；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。本发明提供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；电极组件，间隔设置在所述管体内；变性结构，设于所述内管和所述管体之间，且与所述电极组件连接，所述变性结构具有释放状态，和受所述电极组件驱动的收缩状态；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，所述变性结构为金属弹簧管。

可选的，所述金属弹簧管为碳钢弹簧。

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闭空间，所述电极组件和所述变性结构设于所述密闭空间内。

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，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位于所述凸出部的两侧。

可选的，还包括设于所述内管的外壁上的电缆，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；电极组件，间隔设置在所述管体内；变性结构，设于所述内管和所述管体之间，且与所述电极组件连接，所述变性结构具有释放状态，和受所述电极组件驱动的收缩状态；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。

2.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位于所述凸出部的两侧。即第一电极和第二电极位于密闭空间的两端，并且与变性结构的两端连接，从而可以直接对变性结构施加电压，完全保证了变性结构可以管体、内管共同转变至刚性柱体。

3.本发明提供的连续管的钻井定向机构，还包括设于所述内管的外壁上的电缆，所述电缆与所述电极组件电连接。从而通过电缆将电压输送至电极组件，为变性结构施加电压，使得变性结构与管体、内管共同转变至刚性柱体。

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-地上垂直段；13-地下垂直段；14-非垂直段；15-拐点；2-内管；3-变性结构；4-电极组件；41-第一电极；42-第二电极；5-电缆；6-控制装置；7-滚筒；8-固定件；9-防喷器；10-钻采机构。

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至图2所示，本发明实施例提供了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2；电极组件4，间隔设置在所述管体1内；变性结构3，设于所述内管2和所述管体1之间，且与所述电极组件4连接，所述变性结构3具有释放状态，和受所述电极组件4驱动的收缩状态；钻采机构10，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2之间设置变性结构3，该变性结构3具有在电极组件4未通电时的释放状态，即松弛状态；其中，管体1和内管2为软管。在电极组件4通电后，即电极组件4对变性结构3施加外电压，在管体1和内管2之间产生电磁感应现象，从而改变了变性结构3的性质，由释放状态转变至收缩状态，即紧绷状态，将管体1和内管2转变为刚性柱体，即从软管转变至硬管，从而便于井下的钻采。在本实施例中，钻采机构10为钻头。同时，由于钻采机构10的设置，为管体1提供了导向的作用，通过对变性结构3施加电压和不施加电压的两种状态下的切换，使得管体1在软管和硬管之间切换，硬管可以有效的为钻采机构10提供固持能力，从而有效的避免钻采机构10的偏移，进而提高了钻采的精度混合钻采效率。

进一步地，所述变性结构3为金属弹簧管；具体地，所述金属弹簧管为碳钢弹簧。碳钢弹簧在实际使用的过程中，具有受力均匀、坚硬、且弹力更强，并不易变形的优点，因此，在对碳钢弹簧施加了外电压之后，与管体1和内管2的共同组成硬管，从而进行钻采。

作为可替换的实施方式，变性结构3还可以为电流变液，电流变液在通常条件下是一种悬浮液，具有在电压的作用下由液体转变至固定的两种状态，从而使得管体1在软管和硬管两种状态之间切换，在钻采机构10需要转换角度时，则可以减小电极组件4对变性结构3施加的电压，使得该管体1由硬管转变至软管，从而开始转换角度；在转换完成后，在对变性结构3施加电压，使得管体1再次由软管转变至硬管，则可以开始进行钻采。

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，相邻两个所述凸出部11与所述内管2共同组成密闭空间。所述电极组件4和所述变性结构3设于所述密闭空间内；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，影响电极组件4对变性结构3所施加的电压，而影响管体1的硬度。

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的主要作用为了固定设置在管体1内的电极组件4。多个凸出部11在管体1的内的间隔可根据实际需要自行进行设定，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转变成硬管进行钻采。

在本实施例中，该凸出部11可以与管体1一体成型件，从而提高了凸出部11与管体1的连接强度，在实际使用时，先将变性结构3伸入至管体1内，并利用凸出部11将变性结构3分成多个部分，然后在插入内管2，从而组成密封空间。

其中，所述电极组件4包括第一电极41和第二电极42，所述第一电极41和第二电极42位于所述凸出部11的两侧，即第一电极41和第二电极42位于密闭空间的两端，并且与变性结构3的两端连接，从而可以直接对变性结构3施加电压，完全保证了变性结构3可以管体1、内管2共同转变至刚性柱体。其中，第一电极41为阳极，第二电极42为阴极，从而使得在处于管体1内的第一电极41和第二电极42、以及变性结构3连接为闭合回路，可以形成电磁感应现象即可。同时，第一电极41和第二电极42与设于所述内管2的外壁上的电缆5电连接，从而为电极组件4提供电压。

作为可替换的实施方式，还可以将第一电极41设置为阴极，第二电极42设置为阳。具体地，可以根据实际情况自行选择。

请参阅图2所示，还包括控制装置6，所述控制装置6通过所述电缆5与所述钻采机构10和电极组件4电连接；该控制装置6可以控制电极组件4，对管体1内的电极组件4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10的旋转角度，并驱动管体1配合钻采机构10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2，再取20段长度为1.5m、内径45mm的碳钢弹簧，碳钢弹簧与管体1、内管2共同制成套管。具体地的操作为，并利用凸出部11将管体1分成20个部分，然后将变性结构3插入至两个凸出部11之间，插入内管2，使得内管2与两个凸出部11形成20个密闭空间。并且将电缆5贴附在内管2的外壁上，并贯穿20个密闭空间，该电缆5连接20个密闭空间内的电极组件4，电缆5从管体1的尾部连出，并与控制装置6连通。

请继续参阅图2所示，本发明还提供了一种钻采设备，包括钻井的定向机构；还包括用于缠绕所述管体1的滚筒7；在管体1未使用时，管体1缠绕在滚筒7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8，所述管体1穿过所述固定件8伸入至井口内；并且所述固定件8与所述管体1连接处设有防喷器9，该防喷器9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14和垂直段；其中，非垂直段14为从滚筒7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12和地下垂直段13，地上垂直段12穿过固定件8和防喷器9进入至地下，地上垂直段12为地下垂直段13提供了导向作用，保证了地下垂直段13处于绝对的垂直状态；地下垂直段13主要用于钻采作业，并且地下垂直段13还设有拐点，该拐点便于钻采机构10在地下的转向。

钻采设备的工作过程：首先将管体1从滚筒7上缠绕下来，然后给管体1内的电缆5接通电源，开启控制装置6，并保持电压在300-500kV之间，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10对井口进行钻采，并随着井下钻进；若管体1的地下垂直段13需要转向时，则首先降低钻采机构10的地下垂直段13的电压，使该地下垂直段13软化，从而便于钻采机构10的转向；随着钻进深入，通过控制装置6控制非垂直段14、地上垂直段12、地下垂直段13电压的供给，使经过拐点15处(即转向处)的地下垂直段13软化，非拐点段的地下垂直段13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(2)；

电极组件(4)，间隔设置在所述管体(1)内；

变性结构(3)，设于所述内管(2)和所述管体(1)之间，且与所述电极组件(4)连接，所述变性结构(3)具有释放状态，和受所述电极组件(4)驱动的收缩状态；

钻采机构(10)，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，所述变性结构(3)为金属弹簧管。

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，所述金属弹簧管为碳钢弹簧。

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，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(2)共同组成密闭空间，所述电极组件(4)和所述变性结构(3)设于所述密闭空间内。

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，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。

6.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，所述电极组件(4)包括第一电极(41)和第二电极(42)，所述第一电极(41)和第二电极(42)位于所述凸出部(11)的两侧。

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，还包括设于所述内管(2)的外壁上的电缆(5)，所述电缆(5)与所述电极组件(4)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(6)，所述控制装置(6)通过所述电缆(5)与所述钻采机构(10)和电极组件(4)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(7)，用于缠绕所述管体(1)；

固定件(8)，设置在井口处，所述管体(1)穿过所述固定件(8)伸入至井口内；

防喷器(9)，设于所述固定件(8)与所述管体(1)连接处。

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