CN113062698A - 一种钻井作业用的连续管钻井定向机构及其定向方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井作业用的连续管钻井定向机构及其定向方法，包括溜板箱、两个上下对称的连接框和两个上下对称的钳固机构，所述溜板箱的内侧壁中部焊接有齿轮轴；通过钳固机构的自调节特性可以对不同尺寸的连续管进行基础固定，满足不同场合下的广泛适用性需求；利用棘齿轮机构的反行程自锁特性，上下对接两组共六枚棘爪，在连续管进行对接作业，两组连杆不断缩小间距时，利用固定块、连接框及棘爪自身的切入角自调节，实现上下两组棘爪自身即是推动棘齿爪，也是各自的止动棘爪，满足机械自锁的功能，以简单的机构完成了对接的准确定向，不需传统技术中繁琐的多次动停进行固定，操作简单，使用方便，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及连续管钻井技术领域，具体为一种钻井作业用的连续管钻井定向机构及其定向方法。
背景技术
连续管钻井是将特殊材料制成的钻杆，实现不换钻杆的连续钻井作业；连续管钻井的主要装备是一部连续管钻机，在钻机上装有动力系统和缠绕在滚筒上的连续管，连续管的端部连接有马达和钻头；连续管钻井与常规钻井相比最大的优越性是省去了沿用多年的井架，钻井的地面设备少、占地面积小，设备搬迁安装方便、快捷、灵活，特别适合条件受限制的地面或海上平台作业，可降低井场的占地和搬迁费用；在钻进过程中不需要连接钻杆，可实现钻井液的连续循环，摆脱了过去转盘钻井常规的起下钻，提高了钻井起下钻的速度和安全性，并大大缩短了钻井周期；连续管钻井特别适用于小井眼钻井、老井的开窗侧钻、老井加深；
然而使用连续管钻井时，由于只能依靠螺杆马达给钻头提供动力，且钻井过程中除钻头外，螺杆马达、随钻测量工具、单向安全阀等底部钻具组合和连续管本身都不能转动，带动随钻测量工具、弯螺杆马达和钻头的转动，改变定向钻具组合的工作面，实现定向钻进；传统技术中的定向机构，需要上下连续管的对接需要多次重启动力机构，使旋转头可正向转动多次、通过多次的启停泥浆泵，最终将定向钻具组合的工作面转到所需要的角度；但这种对接效率极慢，且效果不佳。
为此，提出一种钻井作业用的连续管钻井定向机构及其定向方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻井作业用的连续管钻井定向机构及其定向方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钻井作业用的连续管钻井定向机构，包括溜板箱、两个上下对称的连接框和两个上下对称的钳固机构，所述溜板箱的内侧壁中部焊接有齿轮轴，所述齿轮轴的外表面通过轴承转动连接有棘轮，所述棘轮的后表面焊接有两个曲柄，所述曲柄的内侧壁通过销轴转动连接有齿轮，所述连接框的内侧壁通过扭簧销铰接有三个棘爪，所述棘爪的外表面与所述棘轮的轮齿啮合，所述连接框的外表面焊接有固定块，所述固定块的内侧壁通过销轴铰接有连杆；
所述钳固机构包括壳体、四个卡钳块、四个丝杠、四个从动锥齿轮和主动锥齿轮，所述壳体的内侧壁通过销轴与所述主动锥齿轮转动连接，所述主动锥齿轮的轮齿与所述从动锥齿轮的轮齿啮合，所述从动锥齿轮的内侧壁与所述丝杠的外表面焊接，所述卡钳块的内侧壁与所述丝杠的外表面螺纹连接。
作为本技术方案的进一步优选的：所述溜板箱的前表面通过螺栓螺纹连接有防尘盖。
作为本技术方案的进一步优选的：所述溜板箱的内侧壁上部与下部焊接有两个导轨，所述导轨的外表面与所述曲柄的内侧壁滑动连接。
作为本技术方案的进一步优选的：所述溜板箱的下表面开设有通槽，所述通槽与另一个所述连接框的外表面相适配，下部的所述壳体的上表面与下部的连杆通过螺栓螺纹连接。
作为本技术方案的进一步优选的：所述溜板箱的内侧壁上部与下部焊接有两个齿圈，所述齿轮的轮齿与所述齿圈的轮齿啮合。
作为本技术方案的进一步优选的：所述壳体的内侧壁开设有八个滑轨，所述卡钳块的两侧面对称一体成型有两个滑槽，所述滑轨的外表面与所述滑槽的内侧壁滑动连接。
另外本发明还提供一种钻井作业用的连续管钻井定向机构的定向方法，具体包括以下步骤：
S1、在钻井作业之前，需要将下连续管的顶部安装钳固机构，工作人员需要对钳固机构内的主动锥齿轮进行转动，使得主动锥齿轮啮合带动四个从动锥齿轮旋转，从而使得丝杠旋转配合于卡钳块的内侧壁螺牙，而四个卡钳块在自身两个滑槽配合壳体的限位作用下，可以沿水平面进行进给运动，带动卡钳块机械锁死连续管；
S2、当地下的下连接管需要接通上连接管时，通过对上连接管的底部安装钳固机构及溜板箱，基于地面控制器对下连接管的纵向角度分析，确认下连接管的下沉角度；溜板箱利用通槽贯穿下部的连杆，随后下部的连杆及其固定块与棘爪对棘轮进行配合；
S3、此时上部与下部的连杆及其固定块与棘爪对棘轮进行配合，连杆在带动固定块缩小对棘轮的间距过程中，固定块在销轴的作用下依靠压力角与切入角自行调节旋转角度，同时与连接框配合的三组棘爪在扭簧销的连接下，其外表面划过棘轮的齿背，同时推动棘轮进行旋转，并随着上下两个连杆之间的间距不断的缩小进行不断的紧固锁死；期间，两组连接框各自的三个棘爪对于互相而言，其与棘轮所组成的棘轮传动机构内，棘爪们互相即是推动棘齿爪，同时也是止回棘齿爪，六个棘爪相辅相成完成定位，并提供稳定的机械式自锁，同时当棘轮转动时，会带动曲柄进行旋转，同时曲柄上所安装的齿轮会不断啮合齿圈，为棘爪对棘轮的制动提供辅助固定，同时导轨负责曲柄自身旋转轨迹的辅助导向，防止其倾斜转动；多个机械结构之间的联动，实现连续管之间的定向固定。
作为本技术方案的进一步优选的：在所述S1中，四个卡钳块在自身两个滑槽配合壳体的滑轨的限位作用下，可以沿水平面进行进给运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过钳固机构的自调节特性可以对不同尺寸的连续管进行基础固定，满足不同场合下的广泛适用性需求；利用棘齿轮机构的反行程自锁特性，上下对接两组共六枚棘爪，在连续管进行对接作业，两组连杆不断缩小间距时，利用固定块、连接框及棘爪自身的切入角自调节，实现上下两组棘爪自身即是推动棘齿爪，也是各自的止动棘爪，满足机械自锁的功能，以简单的机构完成了对接的准确定向，不需传统技术中繁琐的多次动停进行固定，操作简单，使用方便，实用性强。
附图说明
图1为本发明的一视角立体结构示意图；
图2为本发明的另一视角立体结构示意图；
图3为本发明的棘轮立体结构示意图；
图4为本发明的棘爪立体结构示意图；
图5为本发明的钳固机构立体结构示意图；
图6为本发明的主动锥齿轮立体结构示意图。
图中：1、溜板箱；101、通槽；102、齿轮轴；103、防尘盖；2、棘轮；3、曲柄；301、齿轮；4、齿圈；5、导轨；6、连接框；7、棘爪；8、固定块；9、连杆；10、钳固机构；1001、壳体；10011、滑轨；1002、卡钳块；10021、滑槽；1003、丝杠；1004、从动锥齿轮；1005、主动锥齿轮。
具体实施方式
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。
实施例
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种钻井作业用的连续管钻井定向机构，包括溜板箱1、两个上下对称的连接框6和两个上下对称的钳固机构10，溜板箱1的内侧壁中部焊接有齿轮轴102，齿轮轴102的外表面通过轴承转动连接有棘轮2，棘轮2的后表面焊接有两个曲柄3，曲柄3的内侧壁通过销轴转动连接有齿轮301，连接框6的内侧壁通过扭簧销铰接有三个棘爪7，棘爪7的外表面与棘轮2的轮齿啮合，连接框6的外表面焊接有固定块8，固定块8的内侧壁通过销轴铰接有连杆9；
钳固机构10包括壳体1001、四个卡钳块1002、四个丝杠1003、四个从动锥齿轮1004和主动锥齿轮1005，壳体1001的内侧壁通过销轴与主动锥齿轮1005转动连接，主动锥齿轮1005的轮齿与从动锥齿轮1004的轮齿啮合，从动锥齿轮1004的内侧壁与丝杠1003的外表面焊接，卡钳块1002的内侧壁与丝杠1003的外表面螺纹连接。
本实施例中，具体的：溜板箱1的前表面通过螺栓螺纹连接有防尘盖103；防尘盖103可以防止外部灰尘进入溜板箱1的内部，防止对轮系造成磨砾磨损。
本实施例中，具体的：溜板箱1的内侧壁上部与下部焊接有两个导轨5，导轨5的外表面与曲柄3的内侧壁滑动连接；导轨5负责曲柄3自身旋转轨迹的辅助导向，防止其倾斜转动。
本实施例中，具体的：溜板箱1的下表面开设有通槽101，通槽101与另一个连接框6的外表面相适配，下部的壳体1001的上表面与下部的连杆9通过螺栓螺纹连接；地下的下连接管需要接通上连接管时，通过对上连接管的底部安装钳固机构10及溜板箱1，基于地面控制器对下连接管的纵向角度分析，确认下连接管的下沉角度；溜板箱1利用通槽101贯穿下部的连杆9，随后下部的连杆9及其固定块8与棘爪7对棘轮2进行配合。
本实施例中，具体的：溜板箱1的内侧壁上部与下部焊接有两个齿圈4，齿轮301的轮齿与齿圈4的轮齿啮合；当棘轮2转动时，会带动曲柄3进行旋转，同时曲柄3上所安装的齿轮301会不断啮合齿圈4，为棘爪7对棘轮2的制动提供辅助固定
本实施例中，具体的：壳体1001的内侧壁开设有八个滑轨10011，卡钳块1002的两侧面对称一体成型有两个滑槽10021，滑轨10011的外表面与滑槽10021的内侧壁滑动连接；四个卡钳块1002在自身两个滑槽10021配合壳体1001的滑轨10011的限位作用下，可以沿水平面进行进给运动。
另外本发明还提供一种钻井作业用的连续管钻井定向机构的定向方法，具体包括以下步骤：
S1、在钻井作业之前，需要将下连续管的顶部安装钳固机构10，工作人员需要对钳固机构10内的主动锥齿轮1005进行转动，使得主动锥齿轮1005啮合带动四个从动锥齿轮1004旋转，从而使得丝杠1003旋转配合于卡钳块1002的内侧壁螺牙，而四个卡钳块1002在自身两个滑槽10021配合壳体1001的限位作用下，可以沿水平面进行进给运动，带动卡钳块1002机械锁死连续管；
S2、当地下的下连接管需要接通上连接管时，通过对上连接管的底部安装钳固机构10及溜板箱1，基于地面控制器对下连接管的纵向角度分析，确认下连接管的下沉角度；溜板箱1利用通槽101贯穿下部的连杆9，随后下部的连杆9及其固定块8与棘爪7对棘轮2进行配合；
S3、此时上部与下部的连杆9及其固定块8与棘爪7对棘轮2进行配合，连杆9在带动固定块8缩小对棘轮2的间距过程中，固定块8在销轴的作用下依靠压力角与切入角自行调节旋转角度，同时与连接框6配合的三组棘爪7在扭簧销的连接下，其外表面划过棘轮2的齿背，同时推动棘轮2进行旋转，并随着上下两个连杆9之间的间距不断的缩小进行不断的紧固锁死；期间，两组连接框6各自的三个棘爪7对于互相而言，其与棘轮2所组成的棘轮传动机构内，棘爪7们互相即是推动棘齿爪，同时也是止回棘齿爪，六个棘爪7相辅相成完成定位，并提供稳定的机械式自锁，同时当棘轮2转动时，会带动曲柄3进行旋转，同时曲柄3上所安装的齿轮301会不断啮合齿圈4，为棘爪7对棘轮2的制动提供辅助固定，同时导轨5负责曲柄3自身旋转轨迹的辅助导向，防止其倾斜转动；多个机械结构之间的联动，实现连续管之间的定向固定。
本实施例中，具体的：在S1中，四个卡钳块1002在自身两个滑槽10021配合壳体1001的滑轨10011的限位作用下，可以沿水平面进行进给运动。
工作原理或者结构原理：通过钳固机构10的自调节特性可以对不同尺寸的连续管进行基础固定，满足不同场合下的广泛适用性需求；利用棘齿轮机构的反行程自锁特性，上下对接两组共六枚棘爪7，在连续管进行对接作业，两组连杆9不断缩小间距时，利用固定块8、连接框6及棘爪7自身的切入角自调节，实现上下两组棘爪7自身即是推动棘齿爪，也是各自的止动棘齿爪，满足机械自锁的功能，以简单的机构完成了对接的准确定向，不需传统技术中繁琐的多次动停进行固定，操作简单，使用方便，实用性强。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种钻井作业用的连续管钻井定向机构，包括溜板箱(1)、两个上下对称的连接框(6)和两个上下对称的钳固机构(10)，其特征在于：所述溜板箱(1)的内侧壁中部焊接有齿轮轴(102)，所述齿轮轴(102)的外表面通过轴承转动连接有棘轮(2)，所述棘轮(2)的后表面焊接有两个曲柄(3)，所述曲柄(3)的内侧壁通过销轴转动连接有齿轮(301)，所述连接框(6)的内侧壁通过扭簧销铰接有三个棘爪(7)，所述棘爪(7)的外表面与所述棘轮(2)的轮齿啮合，所述连接框(6)的外表面焊接有固定块(8)，所述固定块(8)的内侧壁通过销轴铰接有连杆(9)；
所述钳固机构(10)包括壳体(1001)、四个卡钳块(1002)、四个丝杠(1003)、四个从动锥齿轮(1004)和主动锥齿轮(1005)，所述壳体(1001)的内侧壁通过销轴与所述主动锥齿轮(1005)转动连接，所述主动锥齿轮(1005)的轮齿与所述从动锥齿轮(1004)的轮齿啮合，所述从动锥齿轮(1004)的内侧壁与所述丝杠(1003)的外表面焊接，所述卡钳块(1002)的内侧壁与所述丝杠(1003)的外表面螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种钻井作业用的连续管钻井定向机构，其特征在于：所述溜板箱(1)的前表面通过螺栓螺纹连接有防尘盖(103)。
3.根据权利要求1所述的一种钻井作业用的连续管钻井定向机构，其特征在于：所述溜板箱(1)的内侧壁上部与下部焊接有两个导轨(5)，所述导轨(5)的外表面与所述曲柄(3)的内侧壁滑动连接。
4.根据权利要求1所述的一种钻井作业用的连续管钻井定向机构，其特征在于：所述溜板箱(1)的下表面开设有通槽(101)，所述通槽(101)与另一个所述连接框(6)的外表面相适配，下部的所述壳体(1001)的上表面与下部的连杆(9)通过螺栓螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种钻井作业用的连续管钻井定向机构，其特征在于：所述溜板箱(1)的内侧壁上部与下部焊接有两个齿圈(4)，所述齿轮(301)的轮齿与所述齿圈(4)的轮齿啮合。
6.根据权利要求1所述的一种钻井作业用的连续管钻井定向机构，其特征在于：所述壳体(1001)的内侧壁开设有八个滑轨(10011)，所述卡钳块(1002)的两侧面对称一体成型有两个滑槽(10021)，所述滑轨(10011)的外表面与所述滑槽(10021)的内侧壁滑动连接。
7.一种钻井作业用的连续管钻井定向机构的定向方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在钻井作业之前，需要将下连续管的顶部安装钳固机构(10)，工作人员需要对钳固机构(10)内的主动锥齿轮(1005)进行转动，使得主动锥齿轮(1005)啮合带动四个从动锥齿轮(1004)旋转，从而使得丝杠(1003)旋转配合于卡钳块(1002)的内侧壁螺牙，而四个卡钳块(1002)在自身两个滑槽(10021)配合壳体(1001)的限位作用下，可以沿水平面进行进给运动，带动卡钳块(1002)机械锁死连续管；
S2、当地下的下连接管需要接通上连接管时，通过对上连接管的底部安装钳固机构(10)及溜板箱(1)，基于地面控制器对下连接管的纵向角度分析，确认下连接管的下沉角度；溜板箱(1)利用通槽(101)贯穿下部的连杆(9)，随后下部的连杆(9)及其固定块(8)与棘爪(7)对棘轮(2)进行配合；
S3、此时上部与下部的连杆(9)及其固定块(8)与棘爪(7)对棘轮(2)进行配合，连杆(9)在带动固定块(8)缩小对棘轮(2)的间距过程中，固定块(8)在销轴的作用下依靠压力角与切入角自行调节旋转角度，同时与连接框(6)配合的三组棘爪(7)在扭簧销的连接下，其外表面划过棘轮(2)的齿背，同时推动棘轮(2)进行旋转，并随着上下两个连杆(9)之间的间距不断的缩小进行不断的紧固锁死；期间，两组连接框(6)各自的三个棘爪(7)对于互相而言，其与棘轮(2)所组成的棘轮传动机构内，棘爪(7)们互相即是推动棘齿爪，同时也是止回棘齿爪，六个棘爪(7)相辅相成完成定位，并提供稳定的机械式自锁，同时当棘轮(2)转动时，会带动曲柄(3)进行旋转，同时曲柄(3)上所安装的齿轮(301)会不断啮合齿圈(4)，为棘爪(7)对棘轮(2)的制动提供辅助固定，同时导轨(5)负责曲柄(3)自身旋转轨迹的辅助导向，防止其倾斜转动；多个机械结构之间的联动，实现连续管之间的定向固定。
8.根据权利要求7所述的一种钻井作业用的连续管钻井定向机构的定向方法，其特征在于：在所述S1中，四个卡钳块(1002)在自身两个滑槽(10021)配合壳体(1001)的滑轨(10011)的限位作用下，可以沿水平面进行进给运动。
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