CN114837560B - 一种用于侧钻开窗的井下动力工具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于侧钻开窗的井下动力工具。包括动力总成和传动轴总成，本申请设计有动力总成，其包括定子，定子内设有与定子相适配的转子，转子内部设有挠杆；传动轴总成，其包括传动轴，传动轴与挠杆连接；传动轴总成外滑动套设有滑套，滑套与定子相互靠近的一端均设有相互嵌合的牙嵌；滑套具有第一轴线，滑套的连接端面具有第二轴线，第一轴线与第二轴线之间呈第一预设角度；定子具有第三轴线，定子的连接端面具有第四轴线，第三轴线与第四轴线之间呈第二预设角度，第一轴线与第三轴线形成的锐角为第三预设角度；将滑套向远离定子一端移动，滑套与定子的牙嵌分离，旋转滑套改变第三预设角度的大小，再将滑套向靠近与定子一端移动，滑套与定子的牙嵌嵌合。

Description

一种用于侧钻开窗的井下动力工具

技术领域

本公开涉及钻井用设备技术领域，具体涉及一种用于侧钻开窗的井下动力工具。

背景技术

近些年来为提高采收率，以及钻井成本的提高，废旧老井的重新开采成为以及侧钻开窗成为又一个开发市场，很多油田都在现场应用了套管开窗侧钻技术。但由于小井眼侧钻钻柱尺寸小、钻柱刚度低、抗扭能力差，加之高曲率影响，导致钻柱所处载荷环境极为恶劣，钻井过程中时常发生螺杆钻具无法满足造斜要求的情况，影响作业效果；同时螺杆钻具过长导致定向测量仪器距离钻头较远，对造斜工具的选择和实际轨迹的控制带来了难度，在进行方位测量时，不仅工具实际造斜率难以确定，由于岩屑运移困难而造成井下复杂情况较多，因而要求井深剖面调整型强，能够对垂深误差进行一定的调整，从而使井眼轨迹控制难度进一步加大。

因此，针对这一问题，在满足钻头动力需要的前提下，我们提出一种可以满足不同造斜要求的弯度可调的用于侧钻开窗的井下动力工具，用以解决上述问题。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种弯度可调的用于侧钻开窗的井下动力工具。

第一方面，本申请提供一种用于侧钻开窗的井下动力工具，包括：

动力总成，其包括定子，所述定子内部设有与所述定子相适配的转子，所述转子内部设有挠杆；

传动轴总成，其包括传动轴，所述传动轴与所述挠杆连接；所述传动轴总成外滑动套设有滑套，所述滑套与所述定子相互靠近的一端均设有相互嵌合的牙嵌；

所述滑套具有第一轴线，所述滑套的连接端面具有第二轴线，所述第一轴线与所述第二轴线之间呈第一预设角度；所述定子具有第三轴线，所述定子的连接端面具有第四轴线，所述第三轴线与所述第四轴线之间呈第二预设角度，且所述第一预设角度与所述第二预设角度相等，所述第一轴线与所述第三轴线形成的锐角为第三预设角度；

将所述滑套沿所述第一轴线向远离所述定子的一端移动，所述滑套与所述定子的牙嵌分离，旋转所述滑套，改变所述第三预设角度的大小，再将所述滑套沿所述第一轴线向靠近与所述定子的一端移动，所述滑套与所述定子的牙嵌嵌合；

所述滑套靠近所述牙嵌的一端外壁沿所述滑套周向设有第一角度标记槽，所述第一角度标记槽沿第一转动方向依次设有0°、1.15°、2.12°，2.77°和3°刻度；所述定子靠近所述牙嵌的一端外壁沿所述定子周向设有第二角度标记槽，所述第二角度标记槽沿第二转动方向依次设有0°、1.15°、2.12°，2.77°和3°刻度；所述第一转动方向绕所述滑套周向设置，所述第二转动方向与所述第一转动方向相反；

当所述第三预设角度为0°时，所述第一角度标记槽上的0°与所述第二角度标记槽上的0°刻度重合；当所述第三预设角度为1.15°时，所述第一角度标记槽上的1.15°与所述第二角度标记槽上的1.15°刻度重合；当所述第三预设角度为2.12°时，所述第一角度标记槽上的2.12°与所述第二角度标记槽上的2.12°刻度重合；当所述第三预设角度为2.77°时，所述第一角度标记槽上的2.77°与所述第二角度标记槽上的2.77°刻度重合；当所述第三预设角度为3°时，所述第一角度标记槽上的3°与所述第二角度标记槽上的3°刻度重合。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述传动轴总成还包括轴承组件，所述轴承组件套设于所述传动轴外壁，所述轴承组件外套设有传动轴壳体，所述滑套滑动套设于所述传动轴壳体外壁。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述传动轴壳体外套设有锁母组件，所述锁母组件位于所述滑套远离所述定子的一端，且所述锁母组件具有第一内螺纹，所述传动轴壳体外设有与所述锁母组件配适的第一外螺纹，所述锁母组件的第一内螺纹与所述传动轴壳体的第一外螺纹通过螺纹连接；所述锁母组件包括第一锁母和第二锁母。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述轴承组件包括沿所述第一轴线依次设置的第一轴承组件，串轴承和第二轴承组件；

所述第一轴承组件包括第一TC轴承动圈和第一TC轴承静圈，所述第一TC轴承动圈和所述第一TC轴承静圈滑动配合并置于所述传动轴壳体与所述传动轴之间，且所述第一TC轴承静圈与所述串轴承抵接；

所述第二轴承组件包括第二TC轴承动圈和第二TC轴承静圈，所述第二TC轴承动圈和所述第二TC轴承静圈滑动配合并置于所述传动轴壳体与所述传动轴之间，且所述第二TC轴承动圈与所述串轴承抵接；

所述串轴承位于所述传动轴的中部并设置在所述传动轴壳体与所述传动轴之间。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述挠杆远离所述传动轴的一端与挠杆堵头相抵接，所述挠杆堵头与所述转子内壁螺纹连接，所述挠杆远离所述挠杆堵头的一端延伸到所述转子外并设有挠杆接头，所述挠杆通过所述挠杆接头与所述传动轴连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述挠杆堵头外壁设有第二外螺纹，所述转子与所述第二外螺纹对应的内侧壁上设有第二内螺纹，所述第二外螺纹与所述第二内螺纹配合沿所述第一转动方向转动连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述挠杆靠近所述挠杆堵头的一端设有第三外螺纹，所述转子与所述第三外螺纹对应的内侧壁上设有第三内螺纹，所述第三外螺纹与所述第三内螺纹配合沿第二转动方向转动连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第二TC轴承动圈靠近所述串轴承的一端外套设有防掉压帽，所述第二TC轴承动圈与所述串轴承之间设有调整垫圈。

综上所述，本技术方案具体地公开了一种用于侧钻开窗的井下动力工具，本申请设计有动力总成，其包括定子，定子内部设有与定子相适配的转子，转子内部设有挠杆；传动轴总成，其包括传动轴，传动轴与挠杆连接；传动轴总成外滑动套设有滑套，滑套与定子相互靠近的一端均设有相互嵌合的牙嵌；滑套具有第一轴线，滑套的连接端面具有第二轴线，第一轴线与第二轴线之间呈第一预设角度；定子具有第三轴线，定子的连接端面具有第四轴线，第三轴线与第四轴线之间呈第二预设角度，且第一预设角度与第二预设角度相等，第一轴线与第三轴线形成的锐角为第三预设角度；将滑套沿第一轴线向远离定子的一端移动，滑套与定子的牙嵌分离，旋转滑套，改变第三预设角度的大小，再将滑套沿第一轴线向靠近与定子的一端移动，滑套与定子的牙嵌嵌合。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为一种用于侧钻开窗的井下动力工具结构示意图。

图2为一种用于侧钻开窗的井下动力工具的弯度可调部分的结构示意图。

图中标号：1、定子；2、转子；3、挠杆；4、挠杆堵头；5、挠杆接头；6、传动轴；7、传动轴壳体；8、滑套；9、牙嵌；10、第一轴线；11、第二轴线；12、第三轴线；13、第四轴线；14、第一锁母；15、第二锁母；16、第一TC轴承动圈；17、第一TC轴承静圈；18、串轴承；19、第二TC轴承动圈；20、第二TC轴承静圈；21、防掉压帽；22、调整垫圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

请参考图1所示的本申请提供的一种用于侧钻开窗的井下动力工具，包括：

动力总成，其包括定子1，定子1内部设有与定子1相适配的转子2，转子2内部设有挠杆3；

传动轴总成，其包括传动轴6，传动轴6与挠杆3连接；传动轴总成外滑动套设有滑套8，滑套8与定子1相互靠近的一端均设有相互嵌合的牙嵌9；

滑套8具有第一轴线10，滑套8的连接端面具有第二轴线11，第一轴线10与第二轴线11之间呈第一预设角度；定子1具有第三轴线12，定子1的连接端面具有第四轴线13，第三轴线12与第四轴线13之间呈第二预设角度，且第一预设角度与第二预设角度相等，第一轴线10与第三轴线12形成的锐角为第三预设角度；

将滑套8沿第一轴线10向远离定子1的一端移动，滑套8与定子1的牙嵌9分离，旋转滑套8，改变第三预设角度的大小，再将滑套8沿第一轴线10向靠近与定子1的一端移动，滑套8与定子1的牙嵌9嵌合；

滑套8靠近牙嵌9的一端外壁沿滑套8周向设有第一角度标记槽，第一角度标记槽沿第一转动方向依次设有0°、1.15°、2.12°，2.77°和3°刻度；定子1靠近牙嵌9的一端外壁沿定子1周向设有第二角度标记槽，第二角度标记槽沿第二转动方向依次设有0°、1.15°、2.12°，2.77°和3°刻度；第一转动方向绕滑套8周向设置，第二转动方向与第一转动方向相反；

当第三预设角度为0°时，第一角度标记槽上的0°与第二角度标记槽上的0°刻度重合；当第三预设角度为1.15°时，第一角度标记槽上的1.15°与第二角度标记槽上的1.15°刻度重合；当第三预设角度为2.12°时，第一角度标记槽上的2.12°与第二角度标记槽上的2.12°刻度重合；当第三预设角度为2.77°时，第一角度标记槽上的2.77°与第二角度标记槽上的2.77°刻度重合；当第三预设角度为3°时，第一角度标记槽上的3°与第二角度标记槽上的3°刻度重合。

在本实施例中，具体的，动力总成，其包括定子1和转子2，用于向传动轴6提供动力；

定子1，其呈圆筒状，定子1的内部结构，例如为与转子2的螺旋弧面结构相适配的螺旋孔；定子1用于与转子2配合形成动力总成，将扭矩和转速传递给传动轴6；

转子2，其设于定子1内部，转子2的结构，例如为螺旋线弧面，且与定子1的螺旋孔结构相适配，转子2用于与定子1配合形成动力总成，转子2在压力泥浆的驱动下，绕定子1轴线旋转，完成液体压力能向机械能的转化，为传动轴6提供动力；

挠杆3，其设于转子2内部，且在转子2转动时，与转子2一同运动，用于将偏心运动转为定心运动，挠杆3通过摆动化解偏心力；

进一步的，挠杆3靠近挠杆堵头4的一端设有第三外螺纹，转子2与第三外螺纹对应的内侧壁上设有第三内螺纹，第三外螺纹与第三内螺纹配合沿第二转动方向转动连接；

进一步的，将传统的万向节结构替换为一根挠杆3，挠杆3穿过转子内部，挠杆3通过摆动化解偏心力，确保使用强度足够的前提下，淘汰掉常规的万向轴结构，将传动轴与万向轴合为一体，同时传动结构的缩短了动力总成的长度，确保了动力总成较短的情况下，动力总成强度足够；

传动轴总成，用于传递动力总成产生的扭矩和转速；

传动轴6，传动轴6靠近挠杆3的一端与挠杆接头5螺纹连接，用于传递挠杆3的旋转动力；

滑套8，其滑动套设于传动轴总成外，滑套8与定子1相互靠近的一端设有与定子1相互嵌合的牙嵌9，用于自由转动调节与定子1的轴线角度；

滑套8具有第一轴线10，滑套8的连接端面具有第二轴线11，第一轴线10与第二轴线11之间呈第一预设角度；定子1具有第三轴线12，定子1的连接端面具有第四轴线13，第三轴线12与第四轴线13之间呈第二预设角度，且第一预设角度与第二预设角度相等，第一轴线10与第三轴线12形成的锐角为第三预设角度；

将滑套8沿第一轴线10向远离定子1的一端移动，滑套8与定子1的牙嵌9分离，旋转滑套8，改变第三预设角度的大小，再将滑套8沿第一轴线10向靠近与定子1的一端移动，滑套8与定子1的牙嵌9嵌合。

如图2所示，第一角度标记槽，其设于滑套8靠近牙嵌9的一端外壁，其沿滑套8周向设置，第一角度标记槽沿第一转动方向依次设有0°、1.15°、2.12°，2.77°和3°刻度；

第二角度标记槽，其设于定子1靠近牙嵌9的一端外壁，且沿定子1周向设置，第二角度标记槽沿第二转动方向依次设有0°、1.15°、2.12°，2.77°和3°刻度；第一转动方向绕滑套8周向设置，第二转动方向与第一转动方向相反；

当第三预设角度为0°时，第一角度标记槽上的0°与第二角度标记槽上的0°刻度重合，井下动力工具呈直线状态；当第三预设角度为1.15°时，第一角度标记槽上的1.15°与第二角度标记槽上的1.15°刻度重合，井下动力工具形成有178.85°的弯角；当第三预设角度为2.12°时，第一角度标记槽上的2.12°与第二角度标记槽上的2.12°刻度重合，井下动力工具形成有177.88°的弯角；当第三预设角度为2.77°时，第一角度标记槽上的2.77°与第二角度标记槽上的2.77°刻度重合，井下动力工具形成有177.23°的弯角；当第三预设角度为3°时，第一角度标记槽上的3°与第二角度标记槽上的3°刻度重合，井下动力工具形成有177°的弯角。

如图1所示，轴承组件，其套设于传动轴6外壁，用于承受井下动力工具各种工况下产生的轴向力，并对传动轴6进行扶正，保证传动轴6正常工作；

传动轴壳体7，其套设于轴承组件外，滑套8滑动套设于传动轴壳体7外壁，传动轴壳体7用于紧固轴承组件。

如图1所示，锁母组件，其套设于传动轴壳体7外，锁母组件位于滑套8远离定子1的一端，且锁母组件具有第一内螺纹，传动轴壳体7外设有与锁母组件配适的第一外螺纹，锁母组件的第一内螺纹与传动轴壳体7的第一外螺纹通过螺纹连接，调整锁母组件向远离滑套8的方向移动，此时可调节滑套8沿其轴向移动，调整好角度后，调整螺母组件向靠近滑套8的方向移动，此时可锁紧滑套8，防止滑套8沿其轴向移动。

具体的，锁母组件包括第一锁母14和第二锁母15，第一锁母14和第二锁母15配合加强锁紧效果。

如图1所示，具体的，轴承组件包括沿第一轴线10依次设置的第一轴承组件，串轴承18和第二轴承组件；

第一轴承组件包括第一TC轴承动圈16和第一TC轴承静圈17，第一TC轴承动圈16和第一TC轴承静圈17滑动配合并置于传动轴壳体7与传动轴6之间，且第一TC轴承静圈17与串轴承18抵接，用于承受井下动力工具在运转过程中产生的径向载荷；

第二轴承组件包括第二TC轴承动圈19和第二TC轴承静圈20，第二TC轴承动圈19和第二TC轴承静圈20滑动配合并置于传动轴壳体7与传动轴6之间，且第二TC轴承动圈19与串轴承18抵接，用于承受井下动力工具在运转过程中产生的径向载荷；

串轴承18位于传动轴6的中部并设置在传动轴壳体7与传动轴6之间，用于承受井下动力工具在运转过程中产生的径向载荷并对传动轴6进行扶正。

如图1所示，挠杆堵头4，其与挠杆3远离传动轴6的一端相抵接，且挠杆堵头4与转子2内壁螺纹连接，用于减小动挠杆3转动过程中沿第三方向的冲力；

进一步的，挠杆堵头4外设有第二外螺纹，转子2与第二外螺纹对应的内侧壁上设有第二内螺纹，第二外螺纹与第二内螺纹配合沿第一转动方向转动连接；

挠杆接头5，其设于挠杆3远离挠杆堵头4并延伸到转子2外的一端，用于连接挠杆3和传动轴6。

如图1所示，防掉压帽21，其套设于第二TC轴承动圈19靠近串轴承18的一端外，用于防止第二TC轴承动圈19的相对滑动；

调整垫圈22，其设于第二TC轴承动圈19与串轴承18之间，用于调节第二TC轴承动圈19与串轴承18之间的间隙。

具体使用方法：

使用时，调整第一锁母14和第二锁母15向远离滑套8的方向移动，此时将滑套8沿第一轴线10向远离与定子1的一端移动，滑套8与定子1的牙嵌9分离，旋转滑套8，使滑套8上第一角度标记槽与定子1上第二角度标记槽的相同刻度对齐，改变第三预设角度的大小，再将滑套8沿第一轴线10向靠近定子1的一端移动，并与定子1的牙嵌9嵌合，若此时牙嵌9之间存在缝隙无法完全贴合，轻微旋转定子1，直至滑套8与定子1完全嵌合，再调整螺母组件向靠近滑套8的方向移动，此时可锁紧滑套8，防止滑套8沿其轴向移动，从而实现井下动力工具的弯度调节。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种用于侧钻开窗的井下动力工具，其特征在于，包括：

动力总成，其包括定子(1)，所述定子(1)内部设有与所述定子(1)相适配的转子(2)，所述转子(2)内部设有挠杆(3)；

传动轴总成，其包括传动轴(6)，所述传动轴(6)与所述挠杆(3)连接；所述传动轴总成外滑动套设有滑套(8)，所述滑套(8)与所述定子(1)相互靠近的一端均设有相互嵌合的牙嵌(9)；

所述滑套(8)具有第一轴线(10)，所述滑套(8)的连接端面具有第二轴线(11)，所述第一轴线(10)与所述第二轴线(11)之间呈第一预设角度；所述定子(1)具有第三轴线(12)，所述定子(1)的连接端面具有第四轴线(13)，所述第三轴线(12)与所述第四轴线(13)之间呈第二预设角度，且所述第一预设角度与所述第二预设角度相等，所述第一轴线(10)与所述第三轴线(12)形成的锐角为第三预设角度；

将所述滑套(8)沿所述第一轴线(10)向远离所述定子(1)的一端移动，所述滑套(8)与所述定子(1)的牙嵌(9)分离，旋转所述滑套(8)，改变所述第三预设角度的大小，再将所述滑套(8)沿所述第一轴线(10)向靠近与所述定子(1)的一端移动，所述滑套(8)与所述定子(1)的牙嵌(9)嵌合；

所述滑套(8)靠近所述牙嵌(9)的一端外壁沿所述滑套(8)周向设有第一角度标记槽，所述第一角度标记槽沿第一转动方向依次设有0°、1.15°、2.12°，2.77°和3°刻度；所述定子(1)靠近所述牙嵌(9)的一端外壁沿所述定子(1)周向设有第二角度标记槽，所述第二角度标记槽沿第二转动方向依次设有0°、1.15°、2.12°，2.77°和3°刻度；所述第一转动方向绕所述滑套(8)周向设置，所述第二转动方向与所述第一转动方向相反；

当所述第三预设角度为0°时，所述第一角度标记槽上的0°与所述第二角度标记槽上的0°刻度重合；当所述第三预设角度为1.15°时，所述第一角度标记槽上的1.15°与所述第二角度标记槽上的1.15°刻度重合；当所述第三预设角度为2.12°时，所述第一角度标记槽上的2.12°与所述第二角度标记槽上的2.12°刻度重合；当所述第三预设角度为2.77°时，所述第一角度标记槽上的2.77°与所述第二角度标记槽上的2.77°刻度重合；当所述第三预设角度为3°时，所述第一角度标记槽上的3°与所述第二角度标记槽上的3°刻度重合。

2.根据权利要求1所述的一种用于侧钻开窗的井下动力工具，其特征在于：所述传动轴总成还包括轴承组件，所述轴承组件套设于所述传动轴(6)外壁，所述轴承组件外套设有传动轴壳体(7)，所述滑套(8)滑动套设于所述传动轴壳体(7)外壁。

3.根据权利要求2所述的一种用于侧钻开窗的井下动力工具，其特征在于：所述传动轴壳体(7)外套设有锁母组件，所述锁母组件位于所述滑套(8)远离所述定子(1)的一端，且所述锁母组件具有第一内螺纹，所述传动轴壳体(7)外设有与所述锁母组件配适的第一外螺纹，所述锁母组件的第一内螺纹与所述传动轴壳体(7)的第一外螺纹通过螺纹连接；所述锁母组件包括第一锁母(14)和第二锁母(15)。

4.根据权利要求3所述的一种用于侧钻开窗的井下动力工具，其特征在于：所述轴承组件包括沿所述第一轴线(10)依次设置的第一轴承组件，串轴承(18)和第二轴承组件；

所述第一轴承组件包括第一TC轴承动圈(16)和第一TC轴承静圈(17)，所述第一TC轴承动圈(16)和所述第一TC轴承静圈(17)滑动配合并置于所述传动轴壳体(7)与所述传动轴(6)之间，且所述第一TC轴承静圈(17)与所述串轴承(18)抵接；

所述第二轴承组件包括第二TC轴承动圈(19)和第二TC轴承静圈(20)，所述第二TC轴承动圈(19)和所述第二TC轴承静圈(20)滑动配合并置于所述传动轴壳体(7)与所述传动轴(6)之间，且所述第二TC轴承动圈(19)与所述串轴承(18)抵接；

所述串轴承(18)位于所述传动轴(6)的中部并设置在所述传动轴壳体(7)与所述传动轴(6)之间。

5.根据权利要求1所述的一种用于侧钻开窗的井下动力工具，其特征在于：所述挠杆(3)远离所述传动轴(6)的一端与挠杆堵头(4)相抵接，所述挠杆堵头(4)与所述转子(2)内壁螺纹连接，所述挠杆(3)远离所述挠杆堵头(4)的一端延伸到所述转子(2)外并设有挠杆接头(5)，所述挠杆(3)通过所述挠杆接头(5)与所述传动轴(6)连接。

6.根据权利要求4所述的一种用于侧钻开窗的井下动力工具，其特征在于：所述第二TC轴承动圈(19)靠近所述串轴承(18)的一端外套设有防掉压帽(21)，所述第二TC轴承动圈(19)与所述串轴承(18)之间设有调整垫圈(22)。

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