CN113073956B - 井下电动液压油管打孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及井下电动液压油管打孔装置，应用于油田井下作业。本发明的装置包括置于地面的控制单元、电缆和置于井下油管内的打孔总成，电缆电性连接控制单元和打孔总成，打孔总成包括外筒、外筒内设置的电机,以及电机以下同轴顺次连接的联轴器、定位单元、传动单元、液压单元和打孔单元。所述的传动单元是螺旋传动副。所述的液压单元是一种双作用液缸。所述的打孔单元包括本体和设置在本体上的第一打孔液缸，其中，第一环盖套装在第一钻头前部，第一钻头和第一环盖同轴套装在第一钻头安装孔中。所述的打孔单元还包括第二打孔液缸和第三打孔液缸，三套打孔液缸结构相同。本发明的装置结构简单，工作可靠，加工费用低，打孔效率高。

Description

井下电动液压油管打孔装置

技术领域

本发明涉及石油工业油田开发井下作业技术领域，特别是一种井下电动液压油管打孔装置。

背景技术

在油田开发过程中，进行修井作业时常常遇到井下管柱上的循环通道打不开或油管不通的问题而不能在油套之间建立循环，给作业带来较大的麻烦。解决这一问题的办法是在井下油管壁上打孔。初期的油管打孔作业采用了井下射孔枪对油管壁射孔，这个办法因为可能伤到套管，其使用受到了限制。

中国专利，发明名称“一种油管打孔装置”，专利申请号201910028512.1，申请日2019.01.11，公开了一种电动井下打孔装置。这种装置利用电动机、减速器和钻头等机构，通过旋转钻进对油管打孔。这种井下打孔装置结构复杂，制造成本高，作业可靠性差。

中国专利，发明名称“一种油管打孔装置”，专利申请号201610113614.X，申请日2016.02.29，公开了一种液压井下打孔装置。这种装置利用液压驱动打孔单元对油管打孔，其打孔单元钻头的出钻与退钻是靠两个斜面和燕尾槽结构来实现的，这种结构作业可靠性差，作业中钻头有时会被卡住。这个装置的液压源在申请文件中没有提及，如果来自地面，其作业成本会很高。这个装置下井只能工作一次，作业效率低。

发明内容

为解决上述技术问题，发明了井下电动液压油管打孔装置，本发明的装置利用螺旋传动机构对电动机进行减速，把旋转运动变为直线运动驱动双作用液压缸，再通过双作用液压缸驱动双作用打孔液缸的活塞杆作为钻头实现打孔,其结构简单，工作可靠，加工费用低。通过电动机的正反转动，本发明的装置可在井下反复打孔，效率高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

井下电动液压油管打孔装置,包括置于地面的控制单元、电缆和置于井下油管内的打孔总成，电缆电性连接控制单元和打孔总成，打孔总成包括圆柱状外筒，与所述的外筒内设置的电机,以及电机以下同轴顺次连接的联轴器、定位单元、传动单元、液压单元和打孔单元；

所述的电机的定子与打孔总成的外筒相固定连接；

所述的传动单元是螺旋传动副，包括丝杠和螺母，螺母外周上设滑块，打孔总成的外筒内表面设轴向滑槽，滑块置于滑槽内且可沿轴向滑动；

在丝杠上部外周设置凸起的定位台肩，在打孔总成的外筒内表面设内定位槽，定位台肩置于所述的内定位槽中；

所述的液压单元是一种双作用液缸，包括活塞、液缸套和打孔总成的外筒共同构成，其中活塞和液缸套形成内油腔，活塞、液缸套和外筒形成外油腔；

活塞的上端与螺母的下端螺纹连接；

所述的打孔单元包括本体，本体与所述的外筒和所述的液缸套同轴相连；本体上设置与所述的外筒轴向垂直的第一钻头安装孔；

与第一钻头、第一环盖和第一钻头安装孔共同构成的第一打孔液缸；其中，第一环盖套装在第一钻头前部，第一钻头和第一环盖同轴套装在第一钻头安装孔中；第一钻头后部与所述的第一钻头安装孔的底部形成第一出钻油腔；第一环盖、第一钻头与所述的第一钻头安装孔共同构成第一退钻油腔；本体内设置第一油道连通内油腔和第一出钻油腔；本体内设置第二油道连通外油腔和第一退钻油腔。

在一种可能的实现方式中，所述的打孔单元还包括第二打孔液缸，于所述的第一打孔液缸以下于所述的本体上设置第二打孔液缸，第二打孔液缸与第一打孔液缸结构相同，两个打孔液缸的方向相互沿本体周向呈180°设置，第二出钻油腔通过设置第三油道与所述的第一油道连通，第二退钻油腔通过设置第四油道与所述的第一退钻油腔连通。

在一种可能的实现方式中，所述的打孔单元还包括第三打孔液缸，于所述的第二打孔液缸以下于所述的本体上设置第三打孔液缸，第三打孔液缸与第一打孔液缸结构相同且方向相同，第三出钻油腔通过设置第五油道与所述的第三油道连通，第三退钻油腔通过设置第六油道与所述的第二退钻油腔连通。

在一种可能的实现方式中，所述的第二出钻油腔的活塞面积大于其它出钻油腔的活塞面积。

在一种可能的实现方式中，所述的第二钻头端部是圆锥状或部分圆锥状，其它二个钻头的端部是圆柱状。

在一种可能的实现方式中，所述的三套打孔液缸中的钻头的端部都是圆柱状。

在一种可能的实现方式中，所述的螺旋传动副是滑动螺旋副或是滚动螺旋副。

在一种可能的实现方式中，所述的定位台肩的上下位置于所述的内定位槽中分别设置上轴承和下轴承。

在一种可能的实现方式中，所述的液压单元于所述的外筒上设置加油孔一与外油腔相通，加油孔一内设置丝堵一；在所述的本体的底部设置加油孔二与第一油道、第三油道或第五油道相通，在加油孔二中设置丝堵二。

在一种可能的实现方式中，所述的打孔总成以上电性连接磁定位测井装置。

与现有技术相比，本发明的技术优点至少包括：

1、本发明的装置利用螺旋传动机构对电动机进行减速，把旋转运动变为直线运动驱动双作用液压缸，再通过双作用液压缸驱动双作用打孔液缸的活塞杆作为钻头实现打孔,其结构简单，工作可靠，加工费用低。

2、通过电动机的正反转动，双作用液压缸驱动双作用打孔液缸实现钻头打孔和强制退钻，可在井下反复打孔，效率高，工作可靠。

3、本发明的装置采用螺旋传动，减速比高，特别是采用滚动螺旋传动时，传动效率高，液缸出钻压力大，钻孔力大。

4、本发明的装置可以电性连接磁定位仪器短节，使打孔作业深度或位置更准确。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。图中有的工具太长，为了展示清楚，对其进行了断开处理，在图中用虚线连接表示，其中：

图1是井下电动液压油管打孔装置总体结构示意图。

图2是打孔单元部分结构示意图，图示了二套打孔液缸。

图3是打孔单元部分结构示意图，图示了三套打孔液缸。

图中：

1-控制单元，2-电缆，3-电缆接头，4-电机套，5-电机，6-联轴器，7-第一接头，8-上轴承，9-定位台肩，10-下轴承，11-外壳一，12-丝杠，13-外壳二，14-滑块，15-滑槽，16-螺母，17-油缸接头，18-丝堵一，19-外壳三，20-活塞，21-油缸套，22-内油腔，23-外油腔，24-出油孔，25-本体，26-丝堵二，

100-定位单元，200-传动单元，300-液压单元，400-打孔单元，

401-第一打孔液缸，4011-第一油道，4012-第二油道，4013-第一钻头，4014-第一环盖，4015第一出钻油腔，4016-第一退钻油腔，

402-第二打孔液缸，4021-第三油道，4022-第四油道，4023-第二钻头，4024-第二环盖，4025第二出钻油腔，4026-第二退钻油腔，

403-第三打孔液缸，4031-第五油道，4032-第六油道，4033-第三钻头，4034-第三环盖，4035第三出钻油腔，4036-第三退钻油腔。

具体实施方式

本说明书和权利要求书中在位置关系方面所说的“上”、“下”是以打孔装置下井的状态的位置关系叙述。在叙述管子内、外或里、外关系时，以径向上半径小处为内或里，以半径大处为外。在各附图中有密封之处按图示，在以下说明中不再一一赘述。

本发明的总体思路是，在地面设置控制单元1，使用电缆绞车，用电缆2把打孔总成下入井下油管内的打孔位置，在地面操作井下打孔总成对油管壁打孔。控制单元1的作用是启动并控制电机5的正转或反转，或者控制单元1是一个控制电机5正转或反转的电开关。根据作业设计要求的打孔位置和数量，本发明的装置在井下可以反复打孔作业。为了使打孔位置更准确或顺便进行一次测井作业，在打孔总成的上面还可以选择性安装电性连接测井仪器，包括磁定位仪器短节、温度压力计短节等。

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。

参见附图1，井下电动液压油管打孔装置,包括置于地面的控制单元1、电缆2和置于井下油管内的打孔总成，电缆2电性连接控制单元1和打孔总成，打孔总成包括圆柱状外筒，与所述的外筒内设置的电机5、以及电机5以下同轴顺次连接的联轴器6、定位单元100、传动单元200、液压单元300和打孔单元400；

如图1中所示，所述的打孔总成的圆柱状外筒，包括电机套4、第一接头7、外壳一11、外壳二13、油缸接头17和外壳三19，这些零件自上而下同轴连接。

所述的电机5的定子与打孔总成的外筒相固定连接；如图1中所示，作为一种示例，电机5是安装在第一接头7内，其定子与第一接头7相固定连接。最常用的固定办法是使用螺钉把电机定子固定在第一接头7上。

所述的传动单元200是螺旋传动副，最常用的螺旋传动副是滑动螺旋副或是滚动螺旋副，包括丝杠12和螺母16。

螺旋传动副的作用是把电机的转动变为驱动液缸的轴向直线运动。电机转子既可以驱动丝杠，也可以驱动螺母。作为一种示例，在本发明中，电机转子驱动丝杠旋转。

为了使螺母16作轴向直线运动，螺母16外周上设滑块14，打孔总成的外筒内表面设轴向滑槽15，滑块14置于滑槽15内且可沿轴向滑动；

作为一种示例，图1中是在构成外筒的零件之一的外壳一11的侧壁上设置了滑槽15，滑槽15为长条孔状。

作为一种示例，滑块14是用螺钉固定在螺母外周上的。其它的固定方式当然也是可以采用的，如焊接。

为了受力平衡，示例中是采用对称设置的两对滑槽与滑块。

为了使丝杠12仅做旋转运动而不产生轴向运动，需要对丝杠12与外筒之间做轴向固定。作为一种示例，在丝杠12上部外周设置凸起的定位台肩9，在打孔总成的外筒内表面设内定位槽，定位台肩9置于所述的内定位槽中；

作为一种示例，所述的内定位槽是通过第一接头7和外壳一11向内缩径形成的。

进一步地，为了减小丝杠12的转动阻力，提高传动效率，所述的定位台肩9的上下位置于所述的内定位槽中分别设置上轴承8和下轴承10。此处轴承一般使用止推轴承。

所述的液压单元300是一种双作用液缸，或进一步地讲是一种单杆双作用缸，包括活塞20、液缸套21和打孔总成的外筒共同构成，其中活塞20和液缸套21形成内油腔22，活塞20、液缸套21和外筒形成外油腔23；

作为一种示例，此处作为液缸组成部分的所述的外筒是指油缸接头17和外壳三19。活塞20的上部直径减小作为活塞杆，油缸接头17与所述的活塞杆之间、油缸接头17和外壳三19之间、活塞20与液缸套21之间均形成密封关系。在液缸套21下部设置出油孔24。在内油腔22和外油腔23中一般充满液压油。

活塞20的上端与螺母16的下端螺纹连接；

所述的打孔单元400包括本体25，本体25与所述的外筒和所述的液缸套21同轴相连；作为一种示例，此处所述的外筒是指组成外筒的零件之一的外壳三19。

本体25上设置与所述的外筒轴向垂直的第一钻头安装孔。

打孔单元400还包括第一打孔液缸401。第一钻头4013、第一环盖4014和第一钻头安装孔相互形成密封关系，共同构成第一打孔液缸401；

作为一种示例，第一钻头4013是直径不同的两段圆柱状，第一环盖4014套装在第一钻头4013前部，所述的前部也就是第一钻头直径较小的一段，以钻头的出钻方向为前；第一钻头4013和第一环盖4014同轴套装在第一钻头安装孔中；第一钻头4013后部与所述的第一钻头安装孔的底部形成第一出钻油腔4015；第一环盖4014、第一钻头4013与所述的第一钻头安装孔共同构成第一退钻油腔4016；

本体25内设置第一油道4011连通内油腔22和第一出钻油腔4015；本体25内设置第二油道4012连通外油腔23和第一退钻油腔4016。

为了使用更小的力完成打孔，作为一种示例，第一钻头4013的端部可以加工成圆锥状，或带有较大倒角的圆柱状，或叫做部分圆锥状。如果油缸的液压力足够大，钻头的端部采用圆柱状也能完成打孔作业。

进一步地，为了提高打孔效率，作为一种示例，参见图2所示，所述的打孔单元400还包括第二打孔液缸402，于所述的第一打孔液缸401以下于所述的本体25上设置第二打孔液缸402。第二打孔液缸与第一打孔液缸结构相同，二个打孔液缸的方向相互沿本体25周向呈180°设置。

所述的打孔液缸方向此处指的是钻头的出钻方向。

第二出钻油腔4025通过在本体25上设置的第三油道4021与所述的第一油道4011连通，第二退钻油腔4026通过在本体25上设置的第四油道4022与所述的第一退钻油腔4016连通。第三油道与第四油道之间并不相通。

更进一步地，为了提高打孔效率，作为一种示例，参见图3所示，所述的打孔单元400还包括第三打孔液缸403，于所述的第二打孔液缸402以下于所述的本体25上设置第三打孔液缸403，第三打孔液缸与第一打孔液缸结构相同且方向相同，第三出钻油腔4035通过设置第五油道4031与所述的第三油道4021连通，第三退钻油腔4036通过设置第六油道4032与所述的第二退钻油腔4026连通。

作为一种的示例，当采用三套打孔液缸时，可以把上、下两套打孔液缸作为反向支撑，而仅用中间的打孔液缸去打孔，为了提高中间打孔液缸的打孔力，所述的第二出钻油腔4025的活塞面积大于其它出钻油腔的活塞面积，也就是把第二钻头4023后部作为活塞的圆柱段的直径做的较其它的更大些。

作为一种示例，为了更容易打孔和退出，所述的第二钻头4023端部是圆锥状或部分圆锥状，其它二个钻头作为反向支撑，其端部是圆柱状。

作为一种示例，实验表明，所述的三套打孔液缸中的钻头的端部都是圆柱状也可以完成打孔。

作为装配的一个工序，液压油要注入打孔总成的液缸中，作为一个示例，所述的液压单元300部分于外筒上设置加油孔一与外油腔23相通，加油孔一内设置丝堵一18，此处所述的外筒是指作为外筒的零件之一的油缸接头17；在所述的本体25的底部设置加油孔二与第一油道、第三油道或第五油道相通，在加油孔二中设置丝堵二26。

打孔作业时，先使用电缆绞车把打孔总成下到设计位置，电缆2与打孔总成和地面的控制单元1均电性连接。电机套4的上部设置电缆接头3，电缆接头3既可连接电缆2下端的连接接头，俗称马笼头，也可先连接测井仪器，如磁定位短节，再与电缆连接。

地面操作控制单元使井下的电机5正转或反转。比如，电机正转推动活塞20下行打孔，反转退出钻头。反之也可。

工作时，活塞20下行，挤压内油腔22中的液压油从出油孔24中排出，而外油腔23的容积增大，会从下部吸入液压油。

挤出出油孔24 的液压油经第一油道4011进入第一出钻油腔4015，推动第一钻头4013伸出对油管打孔。这时第一退钻油腔4016中的液压油被送回外油腔23中。

活塞20上行，挤压外油腔23中的液压油从第二油道4012进入第一退钻油腔4016中，推动第一钻头4013后退，完成打孔后的退钻过程。这时第一出钻油腔4015中的液压油被送回内油腔22中。

电机的正反转推动活塞下行或上行，进而推动钻头伸出打孔或退出钻头。这个过程可反复执行，实现了装置一次下井多次打孔作业目的。

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.井下电动液压油管打孔装置,包括置于地面的控制单元（1）、电缆（2）和置于井下油管内的打孔总成，电缆电性连接控制单元和打孔总成，其特征在于，打孔总成包括圆柱状外筒，与所述的外筒内设置的电机（5）,以及电机（5）以下同轴顺次连接的联轴器（6）、定位单元（100）、传动单元（200）、液压单元（300）和打孔单元（400）；所述的电机（5）的定子与打孔总成的外筒相固定连接；所述的传动单元（200）是螺旋传动副，包括丝杠（12）和螺母（16），螺母（16）外周上设滑块（14），打孔总成的外筒内表面设轴向滑槽（15），滑块（14）置于滑槽（15）内且可沿轴向滑动；在丝杠上部外周设置凸起的定位台肩（9），在打孔总成的外筒内表面设内定位槽，定位台肩（9）置于所述的内定位槽中；所述的液压单元（300）是一种双作用液缸，包括活塞（20）、液缸套（21）和打孔总成的外筒共同构成，其中活塞（20）和液缸套（21）形成内油腔（22），活塞（20）、液缸套（21）和外筒形成外油腔（23）；活塞（20）的上端与螺母（16）的下端螺纹连接；所述的打孔单元（400）包括本体（25），本体（25）与所述的外筒和所述的液缸套（21）同轴相连；本体（25）上设置与所述的外筒轴向垂直的第一钻头安装孔；与第一钻头（4013）、第一环盖（4014）和第一钻头安装孔共同构成的第一打孔液缸（401）；其中，第一环盖（4014）套装在第一钻头（4013）前部，第一钻头（4013）和第一环盖（4014）同轴套装在第一钻头安装孔中；第一钻头（4013）后部与所述的第一钻头安装孔的底部形成第一出钻油腔（4015）；第一环盖（4014）、第一钻头（4013）与所述的第一钻头安装孔共同构成第一退钻油腔（4016）；本体（25）内设置第一油道（4011）连通内油腔（22）和第一出钻油腔（4015）；本体（25）内设置第二油道（4012）连通外油腔（23）和第一退钻油腔（4016）。

2.根据权利要求1所述的井下电动液压油管打孔装置，其特征在于，所述的打孔单元（400）还包括第二打孔液缸（402），于所述的第一打孔液缸（401）以下于所述的本体（25）上设置第二打孔液缸（402），第二打孔液缸与第一打孔液缸结构相同，第二打孔液缸（402）包括第二钻头（4023），二个打孔液缸的方向相互沿本体（25）周向呈180°设置，第二出钻油腔（4025）通过设置第三油道（4021）与所述的第一油道（4011）连通，第二退钻油腔（4026）通过设置第四油道（4022）与所述的第一退钻油腔（4016）连通。

3.根据权利要求2所述的井下电动液压油管打孔装置，其特征在于，所述的打孔单元（400）还包括第三打孔液缸（403），于所述的第二打孔液缸（402）以下于所述的本体（25）上设置第三打孔液缸（403），第三打孔液缸与第一打孔液缸结构相同且方向相同，第三打孔液缸（403）包括第三钻头（4033），第三出钻油腔（4035）通过设置第五油道（4031）与所述的第三油道（4021）连通，第三退钻油腔（4036）通过设置第六油道（4032）与所述的第二退钻油腔（4026）连通。

4.根据权利要求3所述的井下电动液压油管打孔装置，其特征在于，所述的第二出钻油腔（4025）的活塞面积大于其它出钻油腔的活塞面积。

5.根据权利要求4所述的井下电动液压油管打孔装置，其特征在于，所述的第二钻头（4023）端部是圆锥状或部分圆锥状，其它二个钻头的端部是圆柱状。

6.根据权利要求4所述的井下电动液压油管打孔装置，其特征在于，所述的三套打孔液缸中的钻头的端部都是圆柱状。

7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的井下电动液压油管打孔装置，其特征在于，所述的螺旋传动副是滑动螺旋副或是滚动螺旋副。

8.根据权利要求7所述的井下电动液压油管打孔装置，其特征在于，所述的定位台肩（9）的上下位置于所述的内定位槽中分别设置上轴承（8）和下轴承（10）。

9.根据权利要求8所述的井下电动液压油管打孔装置，其特征在于，所述的液压单元（300）于所述的外筒上设置加油孔一与外油腔（23）相通，加油孔一内设置丝堵一（18）；在所述的本体（25）的底部设置加油孔二与第一油道、第三油道或第五油道相通，在加油孔二中设置丝堵二（26）。

10.根据权利要求9所述的井下电动液压油管打孔装置，其特征在于，所述的打孔总成以上电性连接磁定位测井装置。

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