CN113494248B - 一种适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具，其包括壳体连接组件，所述壳体连接组件包括上短节壳、下短节壳和连接器，所述连接器位于上短节壳和下短节壳之间，连接器一端连接上短节壳，另一端连接下短节壳，所述上短节壳和下短节壳之间的两个端面互相配合；以及，钻井挤压组件，所述钻井挤压组件包括上活塞块、下活塞块和活塞柱体，所述活塞柱体一端固定连接上活塞块，另一端固定连接下活塞块，上活塞块位于上短节壳内活动，下活塞块位于下短节壳内活动连接；本发明由地面钻井液对活塞施加压力，使活塞向下做工，地面通电，使电磁装置互相吸引闭合，从而产生一定倾斜角。当造斜角度足够之后，关闭地面液压动力系统，持续钻井即可。

Description

一种适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，特别是一种适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具。

背景技术

在干热岩高温地热井中作业，井下温度高达200-300℃。造斜工具在高温井下高负荷工作，容易产生疲劳断裂与过载断裂，这要求材料需要承受的应力小于材料的屈服点。本发明所述的材料适用于制造高速、重载的钻具，其强度高、韧性好。

柔性短节造斜工具可以有效实现一趟钻工程，无需重复起下钻更换造斜工具，节约成本，提高钻井效率。

因此，为了解决传统的造斜工具材料耐高温性能低，造斜度不够，结构复杂，不适用于一趟钻。提出了一种适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

因此，本发明所要解决的技术问题是干热岩地热井钻具不耐高温，造斜度不高，工具受到井眼大小限制，缺乏灵活性，结构复杂、不适用于一趟钻等。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具，其包括壳体连接组件，所述壳体连接组件包括上短节壳、下短节壳和连接器，所述连接器位于上短节壳和下短节壳之间，连接器一端连接上短节壳，另一端连接下短节壳，所述上短节壳和下短节壳之间的两个端面互相配合；以及，钻井挤压组件，所述钻井挤压组件包括上活塞块、下活塞块和活塞柱体，所述活塞柱体一端固定连接上活塞块，另一端固定连接下活塞块，上活塞块位于上短节壳内活动，下活塞块位于下短节壳内活动连接。

作为本发明所述适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具的一种优选方案，其中：所述上短节壳内设置第一活塞腔，所述下短节壳内设置第二活塞腔，第一活塞腔和第二活塞腔连通，活塞柱体穿过第一活塞腔和第二活塞腔。

作为本发明所述适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具的一种优选方案，其中：所述钻井挤压组件还包括上位移动块和挤压件，所述第一活塞腔内壁上设置有弹性限位健和限位块，上位移动块位于弹性限位健和限位块之间的第一活塞腔内，上位移动块贴合第一活塞腔内壁，上位移动块底部设置有限位环块，上活塞块嵌于限位环块内，挤压件设置在第二活塞腔底部并且连接下活塞块。

作为本发明所述适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具的一种优选方案，其中：所述挤压件固定块，活动块和第一弹性件，固定块安装在第二活塞腔底部，第一弹性件安装在所述固定块顶部，第一弹性件另一端固定连接活动块的底部，活动块顶部凹陷设置有球腔，所述下活塞块嵌于球腔中。

作为本发明所述适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具的一种优选方案，其中：所述壳体连接组件还包括固定杆和锁定杆，所述固定杆一端螺栓连接在上短节壳外壁上，所述锁定杆安装在下短节壳壁内并伸出下短节壳壁，固定杆和锁定杆连接配合。

作为本发明所述适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具的一种优选方案，其中：所述下短节壳内壁中设置容纳槽，容纳槽呈“Z型”结构，锁定杆铰接安装在容纳槽中，锁定杆一侧的顶部设置对接杆，另一侧的底部设置凸杆，对接杆伸出所述容纳槽，凸杆伸入第二活塞腔内与活动块底部配合。

作为本发明所述适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具的一种优选方案，其中：所述容纳槽壁底部设置第二弹性件，第二弹性件另一端固定连接凸杆，固定杆一侧的底部设置对接孔，所述对接杆伸入对接孔内配合。

作为本发明所述适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具的一种优选方案，其中：所述连接器包括第一球体、伸缩管和第二球体，所述伸缩管一端连接第一球体，另一端连接第二球体。

作为本发明所述适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具的一种优选方案，其中：所述上短节壳底部对称设置通槽，通槽顶部设置第一圆槽，下短节壳顶部对称设置第二圆槽，所述第一球体嵌于第一圆槽内，第二球体嵌于第二圆槽内。

作为本发明所述适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具的一种优选方案，其中：还包括电磁块和吸引块，吸引块安装在活塞柱体上，电磁块安装在下短节壳内壁上，电磁块和吸引块位置对应，上短节壳和下短节壳位于电磁块所在侧的内壁中设置电缆通道，电缆通道穿过连接器连接电磁块，所述上活塞块、下活塞块、活塞柱体、上位移动块和挤压件上设置有钻井液通道，钻井液通道连通挤压件底部。

本发明的有益效果：本发明的工具结构简单，实用性高，且操作方便，不需重复起下钻可进行造斜，将柔性短节连接到钻杆中间，由地面钻井液带动活塞使柔性短节发生轨迹偏移，致使产生造斜能力，当造斜角度足够之后，关闭地面液压动力系统，持续钻进即可。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为第一个实施例中的壳体连接组件和钻井挤压组件结构图。

图2为第一个实施例中的上短节壳剖面结构图。

图3为第一、二个实施例中的下短节壳内部剖面结构图。

图4为第二个实施例中的不工作时整体结构连接图。

图5为第二个实施例中的下压工作时下短节壳与上短节壳脱离状态结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～3，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具，其包括壳体连接组件100和钻井挤压组件200，壳体连接组件100整体安装在地下井中，壳体连接组件100下部连接着钻头，在地面上安装有液压泵提供动力，液压泵是固定安装在井口位置，用于向钻杆内部运输钻井液。空心钻杆安装在液压泵的输出端，上连接井上动力系统，下连接壳体连接组件100。

壳体连接组件100包括上短节壳101、下短节壳102和连接器103，连接器103位于上短节壳101和下短节壳102之间，连接器103一端连接上短节壳101，另一端连接下短节壳102，上短节壳101和下短节壳102之间的两个端面互相配合，连接器103的作用使得上短节壳101和下短节壳102两者可以在液压泵动力驱动的情况下分离，上短节壳101固定不动，下短节壳102可以被驱动倾斜向下，上短节壳101和下短节壳102的材料可以采用40Cr。

上短节壳101内设置第一活塞腔101a，下短节壳102内设置第二活塞腔102a，具体的，第一活塞腔101a顶部贯穿连通，在第一活塞腔101a的顶部为有螺纹孔。

进一步的，钻井挤压组件200包括上活塞块201、下活塞块202和活塞柱体203，三者的材料均为40Crmnmo，该材料可以达到钻井现场的耐高温，强度、疲劳强度以及耐腐蚀能力的标准。活塞柱体203一端固定连接上活塞块201，另一端固定连接下活塞块202，上活塞块201位于上短节壳101内活动，下活塞块202位于下短节壳102内活动连接，上活塞块201可以是半球体结构，下活塞块202可以是球体结构，活塞柱体203穿过第一活塞腔101a和第二活塞腔102a使得上短节壳101和下短节壳102之间活动连接。

钻井挤压组件200还包括上位移动块204和挤压件205，上位移动块204为圆形结构并与第一活塞腔101a内壁直径相同，上位移动块204嵌于第一活塞腔101a内上下活动连接，挤压件205位于第二活塞腔102a的底部，上活塞块201连接在上位移动块204中，下活塞块202连接在挤压件205中，液压泵在驱动时，液体流入上位移动块204顶部挤压上位移动块204下降，进而驱动上活塞块201、下活塞块202和活塞柱体203整体向下压动，下短节壳102被挤压向下位移一端距离，从而实现钻头向下钻动。

进一步的，为了限制上位移动块204的移动距离，第一活塞腔101a内壁上设置有弹性限位健101b和限位块101c，弹性限位健101b位于限位块101c的上方，上位移动块204位于弹性限位健101b和限位块101c之间，弹性限位健101b和限位块101c均设置有多对，上位移动块204贴合第一活塞腔101a内壁，上位移动块204底部设置有限位环块204a，限位环块204a向内弯曲从而形成一个半球体空间，上活塞块201的直径小于限位环块204a的直径并且嵌于限位环块204a内，上活塞块201架设在限位环块204a所包围的内部空间。当液压泵驱动上位移动块204移动时，上活塞块201一并移动，限位块101c可以限制上位移动块204的过度下降，弹性限位健101b可以限制上位移动块204的过度上升。

挤压件205在第二活塞腔102a内通过螺栓从下短节壳102外壁进行固定。

连接器103位于上短节壳101和下短节壳102之间可以伸长缩短，在驱动下短节壳102下压的时候连接器103伸长，返回时缩短。

实施例2

参照图3～5，为本发明第二个实施例，该实施例基于上一个实施例，挤压件205包括固定块205a，活动块205b和第一弹性件205c，可以辅助上活塞块201、下活塞块202和活塞柱体203复位。

固定块205a安装在第二活塞腔102a底部，通过螺栓从下短节壳102外壁穿入后固定连接，第一弹性件205c安装在固定块205a顶部，活动块205b同样位于固定块205a顶部的第二活塞腔102a内，第一弹性件205c一端固定连接固定块205a顶部，另一端固定连接活动块205b底部，在驱动下短节壳102下降时，下活塞块202向下压活动块205b，第一弹性件205c则处于压缩状态，需要复位时，液压泵解除驱动，在第一弹性件205c弹力的作用下将下活塞块202向上顶复位。

进一步的，连接器103包括第一球体103a、伸缩管103b和第二球体103c。具体的，伸缩管103b可以伸长和缩短并且一端连接第一球体103a，另一端连接第二球体103c，上短节壳101底部对称设置通槽101d，通槽101d底部贯穿连通，通槽101d顶部设置第一圆槽101e，下短节壳102顶部对称设置第二圆槽102c，上短节壳101和下短节壳102相对的两个端面配合时，即通槽101d与第二圆槽102c相对，通槽101d与第二圆槽102c位置对应，可以设置多对，第一球体103a嵌于第一圆槽101e内，第二球体103c嵌于第二圆槽102c内起到连接上短节壳101和下短节壳102的作用。

还包括电磁块A和吸引块B，吸引块B安装在活塞柱体203上，电磁块A安装在下短节壳102内壁上，电磁块A和吸引块B位置对应，上短节壳101和下短节壳102位于电磁块A所在测的内壁中设置电缆通道C，电缆通道C从上短节壳101顶部向下穿过连接器103再到下短节壳102连通电磁块A，电缆可以从顶部穿入连接电磁块A，电磁块A通电产生磁力将吸引块B吸引住，吸引块B被电磁块A吸引从而使得活塞柱体203向电磁块A所在一侧倾斜，从而使得下短节壳102整体倾斜向下。

进一步的，上活塞块201、下活塞块202、活塞柱体203、上位移动块204和挤压件205上设置有钻井液通道D，钻井液通道D连通挤压件205底部，液压泵可以释放钻井液从钻井液通道D内流至底部的钻头。

壳体连接组件100还包括固定杆104和锁定杆105，固定杆104一端螺栓连接在上短节壳101外壁上，然后固定杆104自然向下悬挂保持固定，锁定杆105安装在下短节壳102壁内并伸出下短节壳102壁，固定杆104和锁定杆105连接配合。具体的，下短节壳102内壁中设置容纳槽102b，容纳槽102b呈“Z型”结构布置，容纳槽102b顶部连通外界，底部连通第二活塞腔102a内，锁定杆105中间部分铰接安装在容纳槽102b中，锁定杆105一侧的顶部设置对接杆105a，另一侧的底部设置凸杆105b，对接杆105a伸出容纳槽102b，凸杆105b伸入第二活塞腔102a内与活动块205b底部配合。

进一步的，容纳槽102b壁底部设置第二弹性件105c，第二弹性件105c另一端固定连接凸杆105b，固定杆104一侧的底部设置对接孔104a，对接杆105a可以伸入对接孔104a内，在自然状态下，凸杆105b由于第二弹性件105c的作用伸出容纳槽102b，活动块205b位于凸杆105b的上方，凸杆105b对活动块205b起到限位作用，当活动块205b下降时将凸杆105b顶入容纳槽102b中，由于锁定杆105的交接旋转，对接杆105a从对接孔104a内伸出从而解除固定杆104和锁定杆105的固定连接，使得上短节壳101和下短节壳102之间解除固定连接状态，然后下短节壳102可以倾斜向下移动，反之，在没有压力驱动时，活动块205b上升，凸杆105b重新被第二弹性件105c顶出，然后对接杆105a重新插入对接孔104a内固定连接。

具体工作步骤为：

步骤1，利用液压泵，抽取地面的钻井液，对井下输送钻井液；

步骤2，钻井液通过钻杆流经螺纹孔，对上活塞块201施加压力，使得上活塞块201在第一活塞腔101a内运动。上活塞块201带动活塞柱体203向下运动。上活塞块201运动到限位块101c时停止运动。

步骤3，当上短节壳101和下短节壳102开始分离时，下活塞块202向下运动将凸杆105b向内推进带动锁定杆105旋转运动，将对接杆105a抽出，连接器103开始伸长。

步骤4，对电磁块A通电，使得电磁块A和吸引块B相互吸引，从而钻头产生侧向力，使得钻头向井壁钻去，从而形成造斜过程。

步骤5，停止释放钻井液时，第一弹性件205c使活动块205b复位，锁定杆105复位，使上短节壳101和下短节壳102进入闭合状态。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具，其特征在于：包括，

壳体连接组件（100），所述壳体连接组件（100）包括上短节壳（101）、下短节壳（102）和连接器（103），所述连接器（103）位于上短节壳（101）和下短节壳（102）之间，连接器（103）一端连接上短节壳（101），另一端连接下短节壳（102），所述上短节壳（101）和下短节壳（102）之间的两个端面互相配合；以及，

钻井挤压组件（200），所述钻井挤压组件（200）包括上活塞块（201）、下活塞块（202）和活塞柱体（203），所述活塞柱体（203）一端固定连接上活塞块（201），另一端固定连接下活塞块（202），上活塞块（201）位于上短节壳（101）内活动，下活塞块（202）位于下短节壳（102）内活动连接；

所述上短节壳（101）内设置第一活塞腔（101a），所述下短节壳（102）内设置第二活塞腔（102a），第一活塞腔（101a）和第二活塞腔（102a）连通，活塞柱体（203）穿过第一活塞腔（101a）和第二活塞腔（102a）；

所述钻井挤压组件（200）还包括上位移动块（204）和挤压件（205），所述第一活塞腔（101a）内壁上设置有弹性限位健（101b）和限位块（101c），上位移动块（204）位于弹性限位健（101b）和限位块（101c）之间的第一活塞腔（101a）内，上位移动块（204）贴合第一活塞腔（101a）内壁，上位移动块（204）底部设置有限位环块（204a），上活塞块（201）嵌于限位环块（204a）内，挤压件（205）设置在第二活塞腔（102a）底部并且连接下活塞块（202）；

所述挤压件（205）固定块（205a），活动块（205b）和第一弹性件（205c），固定块（205a）安装在第二活塞腔（102a）底部，第一弹性件（205c）安装在所述固定块（205a）顶部，第一弹性件（205c）另一端固定连接活动块（205b）的底部，活动块（205b）顶部凹陷设置有球腔（205b-1），所述下活塞块（202）嵌于球腔（205b-1）中；

还包括电磁块（A）和吸引块（B），吸引块（B）安装在活塞柱体（203）上，电磁块（A）安装在下短节壳（102）内壁上，电磁块（A）和吸引块（B）位置对应，上短节壳（101）和下短节壳（102）位于电磁块（A）所在侧的内壁中设置电缆通道（C），电缆通道（C）穿过连接器（103）连接电磁块（A），所述上活塞块（201）、下活塞块（202）、活塞柱体（203）、上位移动块（204）和挤压件（205）上设置有钻井液通道（D），钻井液通道（D）连通挤压件（205）底部。

2.如权利要求1所述的适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具，其特征在于：所述壳体连接组件（100）还包括固定杆（104）和锁定杆（105），所述固定杆（104）一端螺栓连接在上短节壳（101）外壁上，所述锁定杆（105）安装在下短节壳（102）壁内并伸出下短节壳（102）壁，固定杆（104）和锁定杆（105）连接配合。

3.如权利要求2所述的适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具，其特征在于：所述下短节壳（102）内壁中设置容纳槽（102b），容纳槽（102b）呈“Z型”结构，锁定杆（105）铰接安装在容纳槽（102b）中，锁定杆（105）一侧的顶部设置对接杆（105a），另一侧的底部设置凸杆（105b），对接杆（105a）伸出所述容纳槽（102b），凸杆（105b）伸入第二活塞腔（102a）内与活动块（205b）底部配合。

4.如权利要求3所述的适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具，其特征在于：所述容纳槽（102b）壁底部设置第二弹性件（105c），第二弹性件（105c）另一端固定连接凸杆（105b），固定杆（104）一侧的底部设置对接孔（104a），所述对接杆（105a）伸入对接孔（104a）内配合。

5.如权利要求4所述的适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具，其特征在于：述连接器（103）包括第一球体（103a）、伸缩管（103b）和第二球体（103c），所述伸缩管（103b）一端连接第一球体（103a），另一端连接第二球体（103c）。

6.如权利要求5所述的适用于地热井的电磁柔性短节钻井工具，其特征在于：所述上短节壳（101）底部对称设置通槽（101d），通槽（101d）顶部设置第一圆槽（101e），下短节壳（102）顶部对称设置第二圆槽（102c），所述第一球体（103a）嵌于第一圆槽（101e）内，第二球体（103c）嵌于第二圆槽（102c）内。