CN115217429A - 一种涡轮式定向取心钻进装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种涡轮式定向取心钻进装置，包括内管总成和外管总成，内管总成中采用涡轮作为动力驱动定向取心钻头回转，充分利用了钻井液的能量，并且能够循环使用，为定向取心钻进技术提供了高效的动力支撑。内管总成中采用了中空单弯短节，可将取心组件嵌套于中空单弯短节的内孔中，并且可根据定向造斜需要，调整中空单弯短节的造斜角度，调整范围为0‑2°，解决了定向和取心不能兼顾的难题。本发明既能够通过涡轮组件带动定向取心钻头钻进，也可以进行复合钻进(钻杆回转+涡轮组件回转)。该器具整体结构简单，模块化组装，拆装便捷，有利于提高钻进效率。
Description
技术领域
本发明涉及定向取心钻进技术领域，特别是涉及一种涡轮式定向取心钻进装置。
背景技术
定向取心钻进作为一种高效的取心技术，广泛应用于矿产资源勘探、隧道超前探测、非常规能源勘探等领域。利用绳索取心钻进工艺，在定向钻进的同时，能够实现定向造斜段连续取心的功能，解决“定向和取心”不兼容的难题。
但是，现有的定向取心钻进中，只能满足某一固定的造斜率的要求，不同造斜需求就需要更换安装有不同角度弯壳体的螺杆钻具，增加工具储备，施工作业成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡轮式定向取心钻进装置，以解决上述现有技术存在的问题，以涡轮作为动力，带动钻头回转钻进，并且能够通过角度调整来实现造斜取心的功能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种涡轮式定向取心钻进装置，包括
内管总成，所述内管总成包括顺次连接的打捞组件、密封接头、涡轮组件、减速器、传扭-单动组件和取心组件，所述打捞组件上设有弹卡和进水孔；所述密封接头与外管总成的座封环密封配合安装，钻井液经所述进水孔进入所述密封接头的中心孔内并用于驱动所述涡轮组件转动；以及
外管总成，所述外管总成包括上连接管、座封环、传扭接头、PDC轴承、传扭管、中空单弯短节和定向取心钻头，所述弹卡嵌套于所述上连接管的内凹槽内，所述传扭管嵌套于中空单弯短节中，所述取心组件嵌套于传扭管中，所述PDC轴承用于实现所述上连接管、座封环、中空单弯短节和传扭接头、传扭管、定向取心钻头的运动分离，所述传扭管的两端分别通过螺纹与所述传扭接头和定向取心钻头连接在一起；所述中空单弯短节可根据定向造斜需要调整倾斜的角度。
在其中一个实施例中，所述打捞组件包括捞矛头和弹卡室，所述弹卡安装于所述弹卡室内，所述捞矛头受拉时所述弹卡可收回于所述弹卡室内，所述捞矛头不受拉时所述弹卡与弹卡室的内壁卡接配合。
在其中一个实施例中，所述PDC轴承包括母轴承、PDC复合片和公轴承，所述公轴承嵌套于母轴承中，所述PDC复合片充填于所述母轴承和公轴承之间的间隙并用于实现所述母轴承和公轴承的相对滑动。
在其中一个实施例中，所述母轴承两端的螺纹依次连接所述上连接管和中空单弯短节，所述公轴承嵌套于所述传扭管上。
在其中一个实施例中，所述中空单弯短节包括上壳体、弯接头、滑套和下壳体，所述上壳体、弯接头和下壳体依次通过螺纹连接，所述滑套嵌套于弯接头上，且所述滑套的左端通过花键槽与所述上壳体右端的花键连接。
在其中一个实施例中，所述上壳体右端螺纹中心线与水平线的角度为1°，所述弯接头左端螺纹中轴线与水平线的角度为1°，且所述上壳体与弯接头的相对位置可调整。
在其中一个实施例中，所述滑套上刻有角度刻度表。
在其中一个实施例中，在根据定向造斜需要调整所述中空单弯短节的角度时，首先将所述下壳体与弯接头的螺纹拧开，接着滑动所述滑套促使滑套左端的花键槽与所述上壳体右端的花键脱开，然后转动所述上壳体和弯接头的相对位置，并根据所述滑套上的角度刻度表调整到需要的角度；
调整到需要的角度后，滑动所述滑套促使滑套左端的花键槽与所述上壳体右端的花键连接，并将所述下壳体与弯接头的螺纹拧紧，使得所述滑套固定并确保所述上壳体和弯接头的相对位置不变。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明中的涡轮式定向取心钻进装置，包括内管总成和外管总成，内管总成中采用涡轮作为动力驱动定向取心钻头回转，充分利用了钻井液的能量，并且能够循环使用，为定向取心钻进技术提供了高效的动力支撑。内管总成中采用了中空单弯短节，可将取心组件嵌套于中空单弯短节的内孔中，并且可根据定向造斜需要，调整中空单弯短节的造斜角度，调整范围为0-2°，解决了定向和取心不能兼顾的难题。本发明既能够通过涡轮组件带动定向取心钻头钻进，也可以进行复合钻进(钻杆回转+涡轮组件回转)。该器具整体结构简单，模块化组装，拆装便捷，有利于提高钻进效率。
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为本发明实施例中涡轮式定向取心钻进装置的内管总成示意图；
图2为本发明实施例中涡轮式定向取心钻进装置的外管总成示意图；
图3为本发明实施例中涡轮式定向取心钻进装置的整体装配图；
图4为中空单弯短节的结构组成图；
图5为滑套上角度刻度线的分布图；
图6为PDC轴承的安装示意图；
其中，1-1打捞组件；1-1-1弹卡；1-1-2进水孔；1-2密封接头；1-3涡轮组件；1-4减速器；1-5传扭-单动组件；1-6取心组件；
2-1上连接管；2-2座封环；2-3传扭接头；2-4PDC轴承；2-4-1母轴承；2-4-2PDC复合片；2-4-3公轴承；2-5传扭管；2-6中空单弯短节；2-6-1上壳体；2-6-2弯接头；2-6-3滑套；2-6-4下壳体；2-7定向取心钻头。
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涡轮式定向取心钻进装置，以解决上述现有技术存在的问题，以涡轮作为动力，带动钻头回转钻进，并且能够通过角度调整来实现造斜取心的功能。
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。
如图1-图6所示，本发明提供一种涡轮式定向取心钻进方法，采用绳索取心钻进工艺，利用涡轮式定向取心钻具来实现的。该钻具主要包括内管总成和外管总成两部分。
具体地，内管总成包括打捞组件1-1、密封接头1-2、涡轮组件1-3、减速器1-4、传扭-单动组件1-5和取心组件1-6，其中打捞组件1-1上有弹卡1-1-1、进水孔1-1-2。其中打捞组件1-1、密封接头1-2、涡轮组件1-3、减速器1-4、传扭-单动组件1-5和取心组件1-6依次连接起来。密封接头1-2与座封环2-2配合实现密封，促使钻井液通过进水孔1-1-2进入到密封接头1-2中心孔内，进而驱动涡轮组件1-3转动。弹卡1-1-1嵌套于上连接管2-1的内凹槽内，防止内管总成上窜。
外管总成包括上连接管2-1、座封环2-2、传扭接头2-3、PDC轴承2-4、传扭管2-5、中空单弯短节2-6和定向取心钻头2-7，其中传扭管2-5嵌套于PDC轴承2-4、中空单弯短节2-6中，取心组件1-6嵌套于传扭管2-5中。传扭管2-5分别通过螺纹与传扭接头2-3和定向取心钻头2-7连接在一起。PDC轴承2-4包括母轴承2-4-1、PDC复合片2-4-2和公轴承2-4-3，其中公轴承2-4-3嵌套于母轴承2-4-1中，PDC复合片充填于母轴承2-4-1和公轴承2-4-3之间的间隙，实现母轴承2-4-1和公轴承2-4-3的相对滑动。母轴承2-4-1两端的螺纹依次连接上连接管2-1、中空单弯短节2-6，公轴承2-4-3嵌套于传扭管2-5上，而传扭管2-5两端和传扭接头2-3、定向取心钻头2-7连接。因此，通过PDC轴承2-4实现了上连接管2-1、中空单弯短节2-6和传扭接头2-3、传扭管2-5、定向取心钻头2-7的运动分离，确保定向取心钻进的有效开展。
中空单弯短节2-6可根据定向造斜需要，调整弯壳体的角度，调整范围为0-2°。中空单弯短节2-6是由上壳体2-6-1、弯接头2-6-2、滑套2-6-3、下壳体2-6-4组成。上壳体2-6-1、弯接头2-6-2、和下壳体2-6-4依次通过螺纹连接，其中滑套2-6-3嵌套于弯接头2-6-2上，并通过花键槽与上壳体2-6-1右端的花键连接。上壳体2-6-1右端螺纹中心线与水平线的角度为1°，弯接头2-6-2左端螺纹中轴线与水平线的角度为1°，在调整中空单弯短节2-6的角度时，首先将下壳体2-6-4与弯接头2-6-2的螺纹拧开，接着滑动滑套2-6-3，促使滑套2-6-3左端的花键与上壳体2-6-1右端的花键脱开，然后转动上壳体2-6-1和弯接头2-6-2的相对位置，并观察滑套2-6-3上的角度刻度表，调整到需要的角度。调整到需要的角度后，滑动滑套2-6-3，促使滑套2-6-3左端的花键与上壳体2-6-1右端的花键连接，并将下壳体2-6-4与弯接头2-6-2的螺纹拧紧，使得滑套2-6-3固定，确保上壳体2-6-1和弯接头2-6-2的相对位置不变。
本发明中的涡轮式定向取心钻进装置的钻井液循环路径如下：
从打捞组件1-1与上连接管2-1内孔之间的环状间隙流入，通过进水孔1-1-2进入到密封接头1-2中心孔内，进而驱动涡轮组件1-3转动，接着从涡轮组件1-3的底部流出，进入传扭-单动组件1-5和传扭接头2-3之间的间隙，然后进入传扭管2-5和取心组件1-6的环空中，最后通过定向取心钻头2-7的水眼喷射到孔底，再从外管总成的外环空中上返到井口。
本发明中的涡轮式定向取心钻进装置的钻具运动传递过程如下：
钻井液驱动涡轮组件1-3转动，带动减速器1-4和传扭-单动组件1-5回转。其中传扭-单动组件1-5通过花键将运动传递到传扭接头2-3、传扭管2-5和定向取心钻头2-7上。并且传扭-单动组件1-5上的单动组件有效实现了取心组件1-6和传扭接头2-3之间的运动隔离，确保了取心组件1-6的取心效果。
本发明中的涡轮式定向取心钻进装置的钻进方法：(1)涡轮组件驱动回转，主要用于定向造斜段钻进，(2)复合钻进，即由钻杆回转+涡轮组件驱动回转，主要用于直井段钻进。
本发明中的涡轮式定向取心钻进装置的优点如下：
(1)本发明采用涡轮作为动力驱动定向取心钻头回转，充分利用了钻井液的能量，并且能够循环使用，为定向取心钻进技术提供了高效的动力支撑。此外钻进方法结合了绳索取心钻进工艺，可将内管总成打捞出来获取岩心，提高了取心钻进的效率。
(2)本发明所述的钻进方法采用了中空单弯短节2-6，可将取心组件1-6嵌套于单弯短节的内孔中，并且可根据定向造斜需要，调整中空单弯短节2-6的造斜角度，调整范围为0-2°，解决了定向和取心不能兼顾的难题。
(3)本发明所述的钻进方法既能够通过涡轮组件1-3带动定向取心钻头2-7钻进，也可以进行复合钻进(钻杆回转+涡轮组件回转)。该器具整体结构简单，模块化组装，拆装便捷，有利于提高钻进效率。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种涡轮式定向取心钻进装置，其特征在于：包括
内管总成，所述内管总成包括顺次连接的打捞组件、密封接头、涡轮组件、减速器、传扭-单动组件和取心组件，所述打捞组件上设有弹卡和进水孔；所述密封接头与外管总成的座封环密封配合安装，钻井液经所述进水孔进入所述密封接头的中心孔内并用于驱动所述涡轮组件转动；以及
外管总成，所述外管总成包括上连接管、座封环、传扭接头、PDC轴承、传扭管、中空单弯短节和定向取心钻头，所述弹卡嵌套于所述上连接管的内凹槽内，所述传扭管嵌套于中空单弯短节中，所述取心组件嵌套于传扭管中，所述PDC轴承用于实现所述上连接管、座封环、中空单弯短节和传扭接头、传扭管、定向取心钻头的运动分离，所述传扭管的两端分别通过螺纹与所述传扭接头和定向取心钻头连接在一起；所述中空单弯短节可根据定向造斜需要调整倾斜的角度。
2.根据权利要求1所述的涡轮式定向取心钻进装置，其特征在于：所述打捞组件包括捞矛头和弹卡室，所述弹卡安装于所述弹卡室内，所述捞矛头受拉时所述弹卡可收回于所述弹卡室内，所述捞矛头不受拉时所述弹卡与弹卡室的内壁卡接配合。
3.根据权利要求1所述的涡轮式定向取心钻进装置，其特征在于：所述PDC轴承包括母轴承、PDC复合片和公轴承，所述公轴承嵌套于母轴承中，所述PDC复合片充填于所述母轴承和公轴承之间的间隙并用于实现所述母轴承和公轴承的相对滑动。
4.根据权利要求3所述的涡轮式定向取心钻进装置，其特征在于：所述母轴承两端的螺纹依次连接所述上连接管和中空单弯短节，所述公轴承嵌套于所述传扭管上。
5.根据权利要求1所述的涡轮式定向取心钻进装置，其特征在于：所述中空单弯短节包括上壳体、弯接头、滑套和下壳体，所述上壳体、弯接头和下壳体依次通过螺纹连接，所述滑套嵌套于弯接头上，且所述滑套的左端通过花键槽与所述上壳体右端的花键连接。
6.根据权利要求5所述的涡轮式定向取心钻进装置，其特征在于：所述上壳体右端螺纹中心线与水平线的角度为1°，所述弯接头左端螺纹中轴线与水平线的角度为1°，且所述上壳体与弯接头的相对位置可调整。
7.根据权利要求6所述的涡轮式定向取心钻进装置，其特征在于：所述滑套上刻有角度刻度表。
8.根据权利要求7所述的涡轮式定向取心钻进装置，其特征在于：在根据定向造斜需要调整所述中空单弯短节的角度时，首先将所述下壳体与弯接头的螺纹拧开，接着滑动所述滑套促使滑套左端的花键槽与所述上壳体右端的花键脱开，然后转动所述上壳体和弯接头的相对位置，并根据所述滑套上的角度刻度表调整到需要的角度；
调整到需要的角度后，滑动所述滑套促使滑套左端的花键槽与所述上壳体右端的花键连接，并将所述下壳体与弯接头的螺纹拧紧，使得所述滑套固定并确保所述上壳体和弯接头的相对位置不变。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221021 |