CN112761529B - 一种自动式造斜钻井装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动式造斜钻井装置，其中自动式造斜钻井装置包括钻孔套管、主传动杆、钻孔、伸缩滑口、主动齿轮、滑球、机械伸缩杆、电机动力腔室、钻头，主传动杆下端连接主动齿轮，主动齿轮通过与内圈从动齿轮的咬合，分别带动内圈从动齿轮的旋转，在需要造斜的时候，通过电机驱动装置控制伸缩滑口来移动伸缩杆，让伸缩杆下部的齿轮与内圈从动齿轮咬合，通过内圈从动齿轮的旋转来带动副齿轮旋转，使得上伸缩杆进行伸缩，调整钻杆方向，下部伸缩杆通过下副齿轮旋转带动伸缩，改变钻头旋转的角度，电机动力装置通过传动杆给钻头提供旋转动力。本发明通过自动化控制上下伸缩杆从不同的方向来改变钻杆钻进过程中角度的变化，进行造斜，提高钻井过程中造斜角度的多变性，装置更简单，可自动化控制，简化安装程序。

Description

一种自动式造斜钻井装置

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种自动式造斜钻井装置。

背景技术

近年来，随着全球原有开采量的增大，现今的油气资源的勘探开采正向着低渗透和非常规油气藏的方向发展，定向钻井技术作为石油勘探的重要技术之一，已经得到了深入的研究以及实践。采用定向井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。定向井是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。随着科技的进步和发展，定向钻井技术也在不断的发展，现今对于水平井水平段要求延伸更长、钻探速度更快以提高对于油气资源的高效开发。造斜是由钻头、井下动力钻具、造斜工具、钻杆组成的钻柱入井前处于自由弯曲状态。入井后，钻柱的弯曲受到井壁的限制，而使钻头对井壁产生斜向力，从而产生井斜角，此外，钻头轴线与井眼轴线不重合，从而产生对井壁的横向破碎和对井底的不对称破碎。针对于对油气资源高效开采和进行定向钻井的目的，设计一种自动式造斜钻井装置就显得很有必要。

发明内容

本发明的一个目的使提供一种自动式造斜钻井装置，这种自动式造斜钻井装置用于进行定向钻井，提供一种自动式双向调节钻井轨迹，进行造斜的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种自动式造斜钻井装置包括上层钻孔套管、钻孔、机械伸缩盘、电机驱动盘、钻头、主传动杆、伸缩杆1号、伸缩杆2号、伸缩杆3号、伸缩滑口1号、伸缩滑口2号、伸缩滑口3号、轴承1号、上转盘、轴承2号、下转盘、下伸缩杆、上电机驱动装置、下电机驱动装置、上内圈从动齿轮、主动齿轮、滑球、传动杆、机械伸缩杆、伸缩出口、电机动力腔室、信号感应装置、储能装置、电机控制装置、电机输出装置、伸缩滑口4号、外圆环、下内圈从动齿轮、下层套管、软管、下层圆环、轴承3号、伸缩杆1号齿轮、伸缩杆2号齿轮、伸缩杆3号齿轮、下伸缩杆齿轮，主传动杆中间连接主动齿轮，主动齿轮通过齿轮咬合的方式分别与上内圈从动齿轮和下内圈从动齿轮相连接，主传动杆下部通过轴承3号与软管连接，软管与电机驱动盘连接，主传动杆分别穿过轴承1号、轴承2号、轴承3号，上转盘分别连接伸缩杆1号、伸缩杆2号，上转盘中安装有上电机驱动装置，通过分别控制伸缩滑口1号、伸缩滑口2号、伸缩滑口3号来控制伸缩杆1号、伸缩杆2号、伸缩杆3号，伸缩杆1号、伸缩杆2号、伸缩杆3号下部分别连接伸缩杆1号齿轮、伸缩杆2号齿轮、伸缩杆3号齿轮，下转盘通过伸缩滑口4号与下伸缩杆相连接，下伸缩杆下部连接下伸缩杆齿轮，下转盘内部装有下电机驱动装置，下伸缩杆穿过伸缩出口与电机驱动盘连接，机械伸缩盘通过机械伸缩杆与电机驱动盘相连接，电机驱动盘里面有一个电机动力腔室，分别安装信号感应装置、储能装置、电机控制装置、电机输出装置，电机驱动盘通过传动杆与钻头相连接。

上述方案中主传动杆下部连接的主动齿轮通过齿轮咬合作用分别带动上内圈从动齿轮和下内圈从动齿轮转动，通过滑球的隔离作用，上层外圆环和下层外圆环不会转动。

上述方案中在需要进行调节主传动杆方向时，上转盘中的上电机驱动装置分别通过控制伸缩滑口1号、伸缩滑口2号、伸缩滑口3号来控制伸缩杆1号、伸缩杆2号、伸缩杆3号下移，使伸缩杆1号齿轮、伸缩杆2号齿轮、伸缩杆3号齿轮分别与上内圈从动齿轮进行咬合，通过伸缩杆1号齿轮、伸缩杆2号齿轮、伸缩杆3号齿轮的旋转来控制伸缩，去顶井壁来调节主传动杆的方向，在需要调节钻头方向时，下转盘中的下电机驱动装置控制伸缩滑口4号调节下伸缩杆上移，使下伸缩杆的下伸缩杆齿轮与下内圈从动齿轮进行咬合，通过下伸缩杆齿轮旋转来控制伸缩，从而控制钻头的方向。

上述方案中机械伸缩盘上的十个机械伸缩杆可以分别从多角度调节钻头的伸缩方向，并起到固定调节后电机驱动盘的作用。

有益效果是：

1．本发明采用自动式上下分别调节钻杆、钻头角度的方式，来进行造斜，在需要调节钻杆角度的时候，可以通过上内圈从动齿轮和三个伸缩杆伸缩进行钻杆的360度调节，在需要调节钻头角度的时候，可以通过下内圈从动齿轮和下伸缩杆进行调节，在特定的时间可以交替工作，配合钻井，对地层进行高效破岩，提高钻井效率。

2．本发明中的通过机械伸缩盘与电机驱动盘连接的十个机械伸缩杆可以从多角度调节电机驱动盘的方向，同时机械伸缩杆与电机驱动盘连接，给调节后的电机驱动盘起到了一个固定的作用，保证钻头在钻进的过程中可以稳定正常工作。

3本发明的自动式造斜钻井装置结构简单，可调节范围大，从而节省钻井成本，工作可靠，使用方便。

附图说明：

图1为本发明中整体装置示意图。

图2为本发明中装置内部示意图。

图3为本发明中整体装置侧面示意图。

图4为本发明中装置电机动力腔室示意图。

图5为本发明中伸缩杆齿轮位置示意图。

图中：1.上层钻孔套管；2.钻孔；3.机械伸缩盘；4.电机驱动盘；5.钻头；6.主传动杆；7. 伸缩杆1号 ；8. 伸缩杆2号；9. 伸缩杆3号；10.伸缩滑口1号；11. 伸缩滑口2号；12.伸缩滑口3号；13.轴承1号；14.上转盘；15.轴承2号；16.下转盘；17.下伸缩杆；18.上电机驱动装置；19.下电机驱动装置；20.上内圈从动齿轮；21. 主动齿轮；22.滑球；23.传动杆；24.机械伸缩杆；25.伸缩出口；26.电机动力腔室；27. 信号感应装置；28. 储能装置；29. 电机控制装置；30. 电机输出装置；31.伸缩滑口4号；32.上层外圆环；33.下内圈从动齿轮； 34.下层套管；35.软管；36.下层外圆环；37.轴承3号；38.伸缩杆1号齿轮；39.伸缩杆2号齿轮；40.伸缩杆3号齿轮；41.下伸缩杆齿轮。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1、图2、图3、图4所示，这是一种自动式造斜钻井装置包括上层钻孔套管1、钻孔2、机械伸缩盘3、电机驱动盘4、钻头5、主传动杆6、伸缩杆1号7、伸缩杆2号8、伸缩杆3号9、伸缩滑口1号10、伸缩滑口2号11、伸缩滑口3号12、轴承1号13、上转盘14、轴承2号15、下转盘16、下伸缩杆17、上电机驱动装置18、下电机驱动装置19、上内圈从动齿轮20、主动齿轮21、滑球22、传动杆23、机械伸缩杆24、伸缩出口25、电机动力腔室26、信号感应装置27、储能装置28、电机控制装置29、电机输出装置30、伸缩滑口4号31、上层外圆环32、下内圈从动齿轮33、下层套管34、软管35、下层外圆环36、轴承3号37、伸缩杆1号齿轮38、伸缩杆2号齿轮39、伸缩杆3号齿轮40、下伸缩杆齿轮41，主传动杆6中间连接主动齿轮21，主动齿轮21通过齿轮咬合的方式分别与上内圈从动齿轮20和下内圈从动齿轮33相连接，主传动杆6下部通过轴承3号37与软管35连接，软管35与电机驱动盘4连接，主传动杆6分别穿过轴承1号13、轴承2号15，上转盘14分别连接伸缩杆1号7、伸缩杆2号8、伸缩杆3号9，上转盘14中安装有上电机驱动装置18，通过分别控制伸缩滑口1号10、伸缩滑口2号11、伸缩滑口3号12来控制伸缩杆1号7、伸缩杆2号8、伸缩杆3号9，伸缩杆1号7、伸缩杆2号8、伸缩杆3号9下部分别连接伸缩杆1号齿轮38、伸缩杆2号齿轮39、伸缩杆3号齿轮40，下转盘16通过伸缩滑口4号31与下伸缩杆17相连接，下伸缩杆17下部连接下伸缩杆齿轮41，下转盘16内部装有下电机驱动装置19，下伸缩杆17穿过伸缩出口25与电机驱动盘4连接，机械伸缩盘3通过机械伸缩杆24与电机驱动盘4相连接，电机驱动盘4里面有一个电机动力腔室26，分别安装信号感应装置27、储能装置28、电机控制装置29、电机输出装置30，电机驱动盘4通过传动杆23与钻头5相连接。

参阅图2，在需要调节主传动杆6方向的时候，通过上转盘16中的上电机驱动装置18分别带动伸缩滑口1号10、伸缩滑口2号11、伸缩滑口3号的旋转，使得伸缩杆1号7、伸缩杆2号8、伸缩杆3号9进行移动，使使伸缩杆1号齿轮38、伸缩杆2号齿轮39、伸缩杆3号齿轮40分别与上内圈从动齿轮20进行咬合，上内圈从动齿轮20旋转分别带动伸缩杆1号齿轮38、伸缩杆2号齿轮39、伸缩杆3号齿轮40的旋转，伸缩杆1号齿轮38、伸缩杆2号齿轮39、伸缩杆3号齿轮40的旋转来控制伸缩杆1号7、伸缩杆2号8、伸缩杆3号9的向上伸缩，去顶井壁，使主传动杆6进行角度调整。

在需要调节钻头5方向的时候，通过下转盘16中的下电机驱动装置19带动伸缩滑口4号31的旋转，使得下伸缩杆17进行移动，使得下伸缩杆22的下伸缩杆齿轮41与下内圈从动齿轮33进行咬合，下内圈从动齿轮33旋转带动下伸缩杆齿轮41的旋转，下伸缩杆齿轮41旋转控制下伸缩杆17向下伸缩，调节电机驱动盘4的角度，进而调节钻头5的角度。

机械伸缩盘3通过十个机械伸缩杆24与电机驱动盘4连接，下伸缩杆17调节电机驱动盘的角度，十个机械伸缩杆24对调节后的电机驱动盘起到固定的作用。

参阅图4，电机驱动盘4中有一个电机动力腔室26，里面有信号感应装置27、储能装置28、电机控制装置29和电机输出装置30，通过感应外部的压力情况，传动杆23为钻头5提供足够的动力，保证在井下工作时可以正常的运转。

本发明通过从上部调节主传动杆6角度和从下部调节钻头5角度的方式进行造斜，电机动力腔室26为钻头5的钻进提供了动力，实现了全自动化，可控制式的进行造斜钻井，是一种新型的造斜钻井方式。

Claims (4)

1.一种自动式造斜钻井装置，其特征是：这种自动式造斜钻井装置包括上层钻孔套管（1）、钻孔（2）、机械伸缩盘（3）、电机驱动盘（4）、钻头（5）、主传动杆（6）、伸缩杆1号（7）、伸缩杆2号（8）、伸缩杆3号（9）、伸缩滑口1号（10）、伸缩滑口2号（11）、伸缩滑口3号（12）、轴承1号（13）、上转盘（14）、轴承2号（15）、下转盘（16）、下伸缩杆（17）、上电机驱动装置（18）、下电机驱动装置（19）、上内圈从动齿轮（20）、主动齿轮（21）、滑球（22）、传动杆（23）、机械伸缩杆（24）、伸缩出口（25）、电机动力腔室（26）、信号感应装置（27）、储能装置（28）、电机控制装置（29）、电机输出装置（30）、伸缩滑口4号（31）、上层外圆环（32）、下内圈从动齿轮（33）、下层套管（34）、软管（35）、下层外圆环（36）、轴承3号（37）、伸缩杆1号齿轮（38）、伸缩杆2号齿轮（39）、伸缩杆3号齿轮（40）、下伸缩杆齿轮（41），主传动杆（6）中间连接主动齿轮（21），主动齿轮（21）通过齿轮咬合的方式分别与上内圈从动齿轮（20）和下内圈从动齿轮（33）相连接，主传动杆（6）下部通过轴承3号（37）与软管（35）连接，软管（35）与电机驱动盘（4）连接，主传动杆（6）分别穿过轴承1号（13）、轴承2号（15），上转盘（14）分别连接伸缩杆1号（7）、伸缩杆2号（8）、伸缩杆3号（9），上转盘（14）中安装有上电机驱动装置（18），通过分别控制伸缩滑口1号（10）、伸缩滑口2号（11）、伸缩滑口3号（12）来控制伸缩杆1号（7）、伸缩杆2号（8）、伸缩杆3号（9），伸缩杆1号（7）、伸缩杆2号（8）、伸缩杆3号（9）下部分别连接伸缩杆1号齿轮（38）、伸缩杆2号齿轮（39）、伸缩杆3号齿轮（40），下转盘（16）通过伸缩滑口4号（31）与下伸缩杆（17）相连接，下伸缩杆（17）下部连接下伸缩杆齿轮（41），下转盘（16）内部装有下电机驱动装置（19），下伸缩杆（17）穿过伸缩出口（25）与电机驱动盘（4）连接，机械伸缩盘（3）通过机械伸缩杆（24）与电机驱动盘（4）相连接，电机驱动盘（4）里面有一个电机动力腔室（26），分别安装信号感应装置（27）、储能装置（28）、电机控制装置（29）、电机输出装置（30），电机驱动盘（4）通过传动杆（23）与钻头（5）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动式造斜钻井装置，其特征是：主传动杆（6）下部连接的主动齿轮（21）通过齿轮咬合作用分别带动上内圈从动齿轮（20）和下内圈从动齿轮（33）转动，通过滑球（22）的隔离作用，上层外圆环（32）和下层外圆环（36）不会转动。

3.根据权利要求1所述的一种自动式造斜钻井装置，其特征是：在需要进行调节主传动杆（6）方向时，上转盘（14）中的上电机驱动装置（18）分别通过控制伸缩滑口1号（10）、伸缩滑口2号（11）、伸缩滑口3号（12）来控制伸缩杆1号（7）、伸缩杆2号（8）、伸缩杆3号（9）下移，使伸缩杆1号齿轮（38）、伸缩杆2号齿轮（39）、伸缩杆3号齿轮（40）分别与上内圈从动齿轮（20）进行咬合，通过伸缩杆1号齿轮（38）、伸缩杆2号齿轮（39）、伸缩杆3号齿轮（40）的旋转来控制伸缩，去顶井壁来调节主传动杆（6）的方向，在需要调节钻头（5）方向时，下转盘（16）中的下电机驱动装置（19）控制伸缩滑口4号（31）调节下伸缩杆（17）上移，使下伸缩杆（17）的下伸缩杆齿轮（41）与下内圈从动齿轮（33）进行咬合，通过下伸缩杆齿轮（41）旋转来控制伸缩，从而控制钻头（5）的方向。

4.根据权利要求1所述的一种自动式造斜钻井装置，其特征是：机械伸缩盘（3）上的十个机械伸缩杆（24）分别从多角度调节钻头（5）的伸缩方向，并起到固定调节后电机驱动盘（4）的作用。

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