CN114893124A - 一种液压控制井下动力造斜钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压控制井下动力造斜钻具，包括依次连接的液压推靠模块、井下动力短节、加长短节和取心钻头；液压推靠模块包括外壳体一、内心管、膨胀胶套和推靠块；井下动力短节包括外壳体二、设置于外壳体二内的由涡轮发电供电的井下电机模块和通过轴承连接外壳体二尾端的动力接头，外壳体二首端连接外壳体一的尾端，动力接头尾端通过加长短节连接取心钻头；本发明采用液压控制造斜背块的伸出缩回，不提钻不更换钻具即可完成造斜能力控制，减少非作业时间，节约成本。采用井下涡轮发电的方式给电机供电，驱动钻头旋转，可以采用相对排量能力较小的泥浆泵，节约成本；钻具内部中空，可安装取心钻具，实现定向取心作业，提高效率。

Description

一种液压控制井下动力造斜钻具

技术领域

本发明涉及勘探设备技术领域，特别是涉及一种液压控制井下动力造斜钻 具。

背景技术

矿产资源勘探定向技术的实施可以使井身沿着预先设计的方向和轨迹钻 达目的层，同时缩短工期，对周边环境的影响小。但是目前定向技术与取心技 术不兼容，所以急需研制一种液压控制井下动力造斜取心钻具来实现这个目 标。

现有带弯角的井下动力钻具导向钻井技术主要依靠调整滑动钻进井段与 复合旋转钻进井段的比例控制井眼轨迹，但在实际应用过程中，常规带弯角的 井下动力钻具对井眼轨迹的控制调节能力非常有限，还不能满足高难度复杂结 构井的轨迹精确控制与调节的要求，较大弯角导向钻具下入井内过程不顺畅， 容易发生遇阻；滑动钻进过程中，较大弯角导向钻具容易引发卡钻事故。这样 不仅不能满足钻井施工的要求，而且也延长了钻井周期增加了钻井成本。

综上，现有钻具存在如下缺点：

1.现有定向钻具推靠背块为固定结构，当遇到薄矿层需要稳斜的过程中， 对于稳斜调整的难度较大；

2.现有井下动力钻具多为螺杆或者涡轮结构，需要泥浆泵的排量较大，大 排量对薄矿层井壁带来一定的风险；

3.现有定向钻具主要还是为带弯角的动力钻具，导致下入过程中可能产生 遇阻现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压控制井下动力造斜钻具，以解决上述现有技 术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种液压控制井下动力造斜钻具，包括依次连接的液压推靠模 块、井下动力短节、加长短节和取心钻头；

所述液压推靠模块包括外壳体一、内心管、膨胀胶套和推靠块；所述内心 管轴向安装于所述外壳体一的空腔内，所述膨胀胶套套设于所述内心管的外 部，且位于所述外壳体一与所述内心管之间的环形空腔内；所述内心管的首端 和尾端均设置有过水孔，且过水孔均位于所述膨胀胶套罩设的范围内；所述内 心管的内部首端设置有与首端的所述过水孔相对的上堵头，所述内心管的内部 尾端设置有与尾端的所述过水孔相对的下堵头，所述上堵头首端的所述内心管 内设置有上堵头上卡簧，所述上堵头尾端的所述内心管内设置有上堵头下卡 簧，所述上堵头下卡簧与所述上堵头之间设置有上弹簧，所述下堵头首端的所 述内心管内设置有下堵头上卡簧，所述下堵头尾端的所述内心管内设置有下堵 头下卡簧，所述下堵头下卡簧与所述下堵头之间设置有下弹簧；所述内心管上 与所述下堵头相对的位置还设置有限位部，所述限位部用于限位所述下堵头下 行后的位置，使所述下堵头不会在所述下弹簧的作用下回弹；所述推靠块设置 于所述外壳体一内并位于所述膨胀胶套的外部，所述外壳体一的外侧与所述推 靠块相对的位置设置有推靠块挡块，所述推靠块与所述推靠块挡块之间设置有 推靠弹簧；

所述井下动力短节包括外壳体二、设置于所述外壳体二内的由涡轮发电供 电的井下电机模块和通过轴承连接所述外壳体二尾端的动力接头，所述外壳体 二首端连接所述外壳体一的尾端，所述动力接头尾端通过所述加长短节连接所 述取心钻头。

优选地，所述内心管尾端卡接在所述外壳体一尾端设置的卡接台上，所述 内心管首端通过所述外壳体一首端设置的上卡簧限位。

优选地，所述膨胀胶套硫化粘接在所述内心管的外表面。

优选地，所述推靠块挡块通过固定螺栓固定在所述外壳体一上。

优选地，所述下电机模块中安装有外壳涡轮定子和设置于所述外壳涡轮定 子内的涡轮转子，所述井下电机模块与所述动力接头通过螺纹连接。

优选地，所述限位部为定位销，所述定位销外端为卡接部，所述卡接部与 所述内心管的外壁之间设置有弹簧，所述定位销的内端嵌合于所述下堵头外壁 上设置的外部滑槽内，所述外部滑槽包括轴向设置的轴向槽和周向设置的弧形 槽，所述轴向槽由所述定位销的尾端到首端为槽深逐渐变浅的坡状，所述弧形 槽位于所述轴向槽的首端，所述弧形槽的槽深比所述轴向槽尾端的槽深较深， 使两个槽之间形成阶梯。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1.液压控制造斜背块的伸出缩回，不提钻不更换钻具即可完成造斜能力控 制，减少非作业时间，节约成本。

2.采用井下涡轮发电的方式给电机供电，驱动钻头旋转，可以采用相对排 量能力较小的泥浆泵，节约成本，同时较小的流量对地下薄矿层具有一定的保 护作用。

3.钻具内部中空，可安装取心钻具，实现定向取心作业，提高效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例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的 前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中液压控制井下动力造斜钻具的结构示意图；

图2为本发明中液压控制井下动力造斜钻具的剖面图；

图3为下堵头上的外部滑槽的结构示意图；

图4为初始状态液压推靠模块的结构示意图；

图5为泥浆推开上堵头时液压推靠模块的结构示意图；

图6为泥浆推开下堵头时压推靠模块的结构示意图；

图7为停泵后液压推靠模块的结构示意图；

图中：1-液压推靠模块、101-外壳体一、102-上卡簧、103-内心管、104- 上堵头上卡簧、105-上堵头、106-上堵头下卡簧、107-膨胀胶套、108-下堵头 上卡簧、109-下堵头、110-下堵头下卡簧、111-上弹簧、112-推靠块、113-推靠 块挡块、114-推靠弹簧、115-固定螺栓、116-定位销、117-下弹簧、118-轴向槽、 119-弧形槽；

2-井下动力短节、201-外壳体二、202-涡轮定子、203-涡轮转子、204-井 下电机模块、205-动力接头、206-轴承；

3-加长短节；

4-取心钻头；

5-取心钻具。

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。

本发明的目的是提供一种液压控制井下动力造斜钻具，以解决现有技术存 在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例中的液压控制井下动力造斜钻具，如图1-图2所示，包括依次连 接的液压推靠模块1、井下动力短节2、加长短节3和取心钻头4；

液压推靠模块1包括外壳体一101、内心管103、膨胀胶套107和推靠块 112；内心管103轴向安装于外壳体一101的空腔内，内心管103尾端卡接在 外壳体一101尾端设置的卡接台上，内心管103首端通过外壳体一101首端设 置的上卡簧102限位，膨胀胶套107套设于内心管103的外部，且位于外壳体 一101与内心管103之间的环形空腔内；内心管103的首端和尾端均设置有过 水孔，且过水孔均位于膨胀胶套107罩设的范围内；内心管103的内部首端设 置有与首端的过水孔相对的上堵头105，内心管103的内部尾端设置有与尾端 的过水孔相对的下堵头108，上堵头105首端的内心管103内设置有上堵头上 卡簧104，上堵头105尾端的内心管103内设置有上堵头下卡簧106，上堵头 下卡簧106与上堵头105之间设置有上弹簧111，下堵头108首端的内心管103 内设置有下堵头上卡簧108，下堵头108尾端的内心管103内设置有下堵头下 卡簧110，下堵头下卡簧100与下堵头108之间设置有下弹簧117；内心管103 上与下堵头108相对的位置还设置有限位部，限位部用于限位下堵头108下行 后的位置，使下堵头108不会在下弹簧117的作用下回弹；推靠块112设置于 外壳体一101内并位于膨胀胶套107的外部，外壳体一101的外侧与推靠块 112相对的位置设置有推靠块挡块113，推靠块112与推靠块挡块113之间设 置有推靠弹簧114；

井下动力短节2包括外壳体二201、设置于外壳体二201内的由涡轮发电 供电的井下电机模块204和通过轴承206连接外壳体二201尾端的动力接头 205，外壳体二201首端连接外壳体一101的尾端，动力接头205尾端通过加 长短节3连接取心钻头4；取心钻具5安装至钻具内部，可通过绳索取心工艺 进行取心。

于本具体实施例中，膨胀胶套107硫化粘接在内心管103的外表面。

于本具体实施例中，推靠块挡块113通过固定螺栓115固定在外壳体一 101上。

于本具体实施例中，下电机模块中安装有外壳涡轮定子202和设置于外壳 涡轮定子202内的涡轮转子203，井下电机模块204与动力接头205通过螺纹 连接。

如图3所示，限位部为定位销116，定位销116外端为卡接部，卡接部与 内心管103的外壁之间设置有弹簧(图中未示出)，定位销116的内端嵌合于 下堵头109外壁上设置的外部滑槽内，外部滑槽包括轴向设置的轴向槽118和 周向设置的弧形槽119，轴向槽118由定位销116的尾端到首端为槽深逐渐变 浅的坡状，弧形槽119位于轴向槽118的首端，弧形槽119的槽深比轴向槽118 尾端的槽深深，使两个槽之间形成阶梯；当泥浆压力大于弹簧弹力时，下堵头 109向尾端移动，此时定位销116位于轴向槽118的尾端，定位销116沿轴向 槽118向首端滑动，由于轴向槽118为坡状，定位销116上的弹簧慢慢压缩， 滑到轴向槽118首端时，落入弧形槽119内，此时由于弧形槽119较深，定位 销118的弹簧回弹，当泥浆压力小于弹簧弹力时，下堵头109有向首端移动的 趋势，此时由于定位销118陷入弧形槽119内，下堵头109只能沿着弧形槽 119方向转动，不会出现轴向位移。

本发明中的液压控制井下动力造斜钻具工作过程如下：

如图4所示，初始状态液压推靠模块1中，上堵头105和下堵头108封堵 内心管103收尾端的过水孔。

如图5所示，当泥浆排量增大，增大到一定量时，上堵头105在泥浆的作 用下向下移动，泥浆通过上部过水孔进入到内心管103和膨胀胶套107内部， 膨胀胶套107开始膨胀，推靠块112在膨胀胶套107的作用下向外膨胀，钻具 可以开始进行造斜。

如图6所示，当泥浆排量继续增大，增大到一定量时，上堵头105不移动， 下堵头108在泥浆的作用下向下移动，泥浆通过上部过水孔进入到内心管103 和膨胀胶套107内部，并通过下部过水孔流出，推靠块112在膨胀胶套107的 作用下仍然向外膨胀。

如图7所示，停泵以后，上堵头105在上111弹簧的作用下向上移动，下 堵头108在定位螺栓116以及外部滑槽的作用下，不向上移动，内心管103和 膨胀胶套107之间的泥浆通过下部过水孔流出，推靠块112在推靠弹簧114的 作用下回弹收回。

如果要重新进行液压控制，通过改变泥浆泵排量，控制上堵头105和下堵 头108位置，实现对推靠块112位置的控制，完成对造斜能力的控制。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施 例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的 一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变 之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种液压控制井下动力造斜钻具，其特征在于：包括依次连接的液压推靠模块、井下动力短节、加长短节和取心钻头；

所述液压推靠模块包括外壳体一、内心管、膨胀胶套和推靠块；所述内心管轴向安装于所述外壳体一的空腔内，所述膨胀胶套套设于所述内心管的外部，且位于所述外壳体一与所述内心管之间的环形空腔内；所述内心管的首端和尾端均设置有过水孔，且过水孔均位于所述膨胀胶套罩设的范围内；所述内心管的内部首端设置有与首端的所述过水孔相对的上堵头，所述内心管的内部尾端设置有与尾端的所述过水孔相对的下堵头，所述上堵头首端的所述内心管内设置有上堵头上卡簧，所述上堵头尾端的所述内心管内设置有上堵头下卡簧，所述上堵头下卡簧与所述上堵头之间设置有上弹簧，所述下堵头首端的所述内心管内设置有下堵头上卡簧，所述下堵头尾端的所述内心管内设置有下堵头下卡簧，所述下堵头下卡簧与所述下堵头之间设置有下弹簧；所述内心管上与所述下堵头相对的位置还设置有限位部，所述限位部用于限位所述下堵头下行后的位置，使所述下堵头不会在所述下弹簧的作用下回弹；所述推靠块设置于所述外壳体一内并位于所述膨胀胶套的外部，所述外壳体一的外侧与所述推靠块相对的位置设置有推靠块挡块，所述推靠块与所述推靠块挡块之间设置有推靠弹簧；

所述井下动力短节包括外壳体二、设置于所述外壳体二内的由涡轮发电供电的井下电机模块和通过轴承连接所述外壳体二尾端的动力接头，所述外壳体二首端连接所述外壳体一的尾端，所述动力接头尾端通过所述加长短节连接所述取心钻头。

2.根据权利要求1所述的液压控制井下动力造斜钻具，其特征在于：所述内心管尾端卡接在所述外壳体一尾端设置的卡接台上，所述内心管首端通过所述外壳体一首端设置的上卡簧限位。

3.根据权利要求1所述的液压控制井下动力造斜钻具，其特征在于：所述膨胀胶套硫化粘接在所述内心管的外表面。

4.根据权利要求1所述的液压控制井下动力造斜钻具，其特征在于：所述推靠块挡块通过固定螺栓固定在所述外壳体一上。

5.根据权利要求1所述的液压控制井下动力造斜钻具，其特征在于：所述下电机模块中安装有外壳涡轮定子和设置于所述外壳涡轮定子内的涡轮转子，所述井下电机模块与所述动力接头通过螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的液压控制井下动力造斜钻具，其特征在于：所述限位部为定位销，所述定位销外端为卡接部，所述卡接部与所述内心管的外壁之间设置有弹簧，所述定位销的内端嵌合于所述下堵头外壁上设置的外部滑槽内，所述外部滑槽包括轴向设置的轴向槽和周向设置的弧形槽，所述轴向槽由所述定位销的尾端到首端为槽深逐渐变浅的坡状，所述弧形槽位于所述轴向槽的首端，所述弧形槽的槽深比所述轴向槽尾端的槽深较深，使两个槽之间形成阶梯。

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