CN115711088A - 一种大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，包括相邻相通连接的第一连接管与第二连接管，第一连接管与第二连接管内设一流道，其特征在于，还包括轴向传动部与螺旋钻套，螺旋钻套可转动的套设于第一连接管与第二连接管之间，第一连接管、第二连接管与螺旋钻套形成一安装空间，安装空间与第一连接管、第二连接管连通，螺旋钻套的外径大于钻进所选取钻头外径；轴向传动部设于安装空间内与第一连接管与第二连接管相通，钻井液进入安装空间内能够带动轴向传动部转动，轴向传动部还螺旋钻套内壁啮合，用于驱动动螺旋钻套在第一连接管与第二连接管上转动。

Description

一种大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置

技术领域

本发明属于钻井工程技术领域，具体涉及一种大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置。

背景技术

随着大位移水平井的水平段钻进长度不断增加，长水平段钻进过程中井底钻具组合与井壁接触的长度及面积不断增加，进而极大程度增加了井底钻具组合与长水平井段井壁之间的磨阻，将造成钻机输出钻压与垂直井段钻具自重难以传递至钻头，产生严重的钻头托压现象。同时，基于水平井段长度不断延伸，来自于水平井段上覆岩层压力可能会使得水平段井眼缩径，同样也将造成钻机输出钻压与垂直井段钻具自重难以传递至钻头，产生严重的钻头托压现象。

现今，对于解决上述钻具组合托压现象，使得钻机输出钻压与垂直井段钻具自重传递至钻头，常采用水力振荡器与冲击振动减阻工具两种方法，该两种方法均是依靠钻井液循环触发水力振荡器与冲击振动减阻工具，输出脉冲式轴向压力，进而将钻压传递至钻头。虽然，上述两种方法的确能够将钻压传递至钻头，提高钻头破岩效率，但是，基于上述两种方法所传递出的钻压是脉冲式的，无论是牙轮钻头或PDC钻头在高速旋转破岩过程，其所承受的钻压应该是长期平稳的，否侧将造成牙轮钻头掉巴掌或PDC钻头蹦齿现象，进而可能造成极其复杂的井下事故；同时，钻头承受脉冲式钻压对于钻进至软硬交错复杂地层过程的井轨迹难以控制。上述两种方法对于水平井段上覆岩层压力使得水平段孔眼缩径而造成的钻头托压现象未曾考虑。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，本发明提供一种大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，解决现有技术存在的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，包括相邻相通连接的第一连接管与第二连接管，第一连接管与第二连接管内设一流道，还包括轴向传动部与螺旋钻套，

螺旋钻套可转动的套设于第一连接管与第二连接管之间，第一连接管、第二连接管与螺旋钻套形成一安装空间，安装空间与第一连接管、第二连接管连通，螺旋钻套的外径大于钻进所选取钻头外径；

轴向传动部设于安装空间内与流道相通，钻井液通过流道进入安装空间内能够带动轴向传动部转动，轴向传动部还螺旋钻套内壁啮合，用于驱动动螺旋钻套在第一连接管与第二连接管上转动。

优选的，所述轴向传动部包括两个齿轮组，螺旋钻套内壁为内齿轮结构，安装空间内为两个贯通的通路，各齿轮组对应设于通路内两端分别与第一连接管、第二连接管连接，各齿轮组还与螺旋钻套内壁啮合，各齿轮组的齿径小于螺旋钻套内径的二分之一。

优选的，所述齿轮组齿径与螺旋钻套内壁内齿轮的齿径比为5:2。

优选的，螺旋钻套为螺旋钻套，螺旋钻套的外径大于钻进所选取钻头尺寸2mm～3mm。

优选的，所述螺旋钻套轴向靠近第一连接管一端还设置切削齿，切削齿可转动的套设于第一连接管上，切削齿的齿径大于螺旋钻套的外径。

优选的，各通路两端分别设置固定压块，固定压块上设有安装槽，各齿轮组与安装槽匹配并设于安装槽内，固定压块通过固定螺栓与第一连接管或第二连接管连接。

优选的，所述各齿轮组两端分别套设有密封轴承与第一连接管、第二连接管连接。

优选的，所述螺旋钻套两端分别通过滑动轴承与第一连接管、第二连接管连接，螺旋钻套两端分别套设限位环，限位环通过限位销设于第一连接管与第二连接管上。

一种钻杆装置，包括大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，每隔预设距离在钻杆之间设置一个轴向增压与扩眼装置及钻杆，第一连接管或第二连接管通过套管接箍与螺纹接头钻杆连接。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的轴向增压与扩眼装置，通过设置轴向传动部，钻井液通过第一连接管流入轴向传动部，通过高压高速钻井液推动轴向传动部实现高速转动，轴向传动部外部与螺旋钻套内壁啮合，轴向传动部高速转动时会带动螺旋钻套转动，螺旋钻套外壁在在钻进过程与长水平段井壁之间紧密接触，在高速转动过程中的切向分力可以有效增加钻头轴向钻压，增加钻头的破岩钻进动力，同时螺旋钻套外壁可以对上覆岩层压力使得水平段井眼缩径再次扩眼钻进，也可以对钻头破岩所形成的井眼进行修磨平整，以便后续下套管作业。

附图说明

图1是本发明的剖视图；

图2是本发明的齿轮组与螺旋钻套的连接结构示意图；

图3是本发明的齿轮组的结构示意图；

图4是本发明的螺旋钻套的结构示意图；

图5是本发明的三维立体示意图；

图6是本发明的齿轮组端面安装结构示意图；

图中各个标号的含义为：

1-第一连接管，2-第二连接管，3-轴向传动部，4-螺旋钻套，5-齿轮组，6-切削齿，7-密封轴承，8-滑动轴承，9-限位环，10-限位销，11-套管接箍，12-流道，14-固定压块，15-固定螺栓，16-螺纹接头。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本文中所提及到的方向性术语，如“径向”、“轴向”、“上部”和“下部均”与说明书附图中纸面上的具体方向或附图中所示空间的相应方向一致。

实施例1：

一种大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，包括相邻相通连接的第一连接管1与第二连接管2，第一连接管1与第二连接管2内设一流道12，还包括轴向传动部3与螺旋钻套4，

螺旋钻套可转动的套设于第一连接管1与第二连接管2之间，第一连接管1、第二连接管2与螺旋钻套4形成一安装空间，安装空间与第一连接管1、第二连接管2连通，螺旋钻套4的外径大于钻进所选取钻头外径；

轴向传动部3设于安装空间内与流道12相通，钻井液通过流道进入安装空间内能够带动轴向传动部3转动，轴向传动部3还螺旋钻套4内壁啮合，用于驱动动螺旋钻套4在第一连接管与第二连接管上转动。、

其中，本发明的轴向增压与扩眼装置，通过设置轴向传动部，钻井液通过第一连接管流入轴向传动部，通过高压高速钻井液推动轴向传动部实现高速转动，轴向传动部外部与螺旋钻套4内壁啮合，轴向传动部高速转动时会带动螺旋钻套4转动，螺旋钻套外部为螺旋钻牙，其在长水平井段钻进过程，基于自身重力作用与长水平段井壁之间紧密接触，基于螺旋钻套的螺旋钻牙在高速转动过程中的切向分力可以有效增加钻头轴向钻压，增加钻头的破岩钻进动力，同时也能够将钻头破碎的岩屑扰动起来，致使长水平井段难以形成岩屑床，有效提轴向钻压传递与钻进速，同时螺旋钻套外壁可以对上覆岩层压力使得水平段井眼缩径再次扩眼钻进，也可以对钻头破岩所形成的井眼进行修磨平整，以便后续下套管作业，采用该发明装置的钻具组合钻进能够有效增加轴向钻压30％～40％，相比与未采用该发明装置的钻具组合钻进；有效提高钻进速度25％～37％。

作为本实施例的一种优选方案，所述轴向传动部3包括两个齿轮组5，螺旋钻套4内壁为内齿轮结构，安装空间内为两个贯通的通路，各齿轮组对应设于通路内两端分别与第一连接管1、第二连接管2连接，各齿轮组还与螺旋钻套4内壁啮合，各齿轮组5的齿径小于螺旋钻套4内径的二分之一。

其中，通过设置两个齿轮组于通路内，高速钻井液进入第一连接管后流入的通路中，实现驱动动齿轮组5转动的目的，设计采用两个齿轮组5高速驱动单个螺旋钻套6旋转，有利于延长齿轮结构使用寿命，还能增强本实施例装置整体的稳定性，提高工作效率。

作为本实施例的一种优选方案，所述齿轮组5齿径与螺旋钻套4内壁内齿轮的齿径比为5:2。

其中，所述齿轮组5齿径与螺旋钻套4内壁内齿轮的齿径比为5:2时，齿轮组5与螺旋钻套4的啮合传动效率最佳，提升工作效率。

作为本实施例的一种优选方案，螺旋钻套4为螺旋钻套，螺旋钻套的外径大于钻进所选取钻头尺寸2mm～3mm。

其中，螺旋钻套尺寸大于钻头尺寸起到扩大钻孔孔径的作用，螺旋钻套钻进方式为螺旋钻进，螺旋钻套的外径大于钻进所选取钻头尺寸2mm～3mm时能够保证扩大钻孔的同时，能更好地增大径轴向钻进力。

作为本实施例的一种优选方案，所述螺旋钻套4轴向靠近第一连接管一端还设置切削齿6，切削齿6可转动的套设于第一连接管1上，切削齿6的齿径大于螺旋钻套4的外径。

其中，本实施例的切削齿6为PDC切削齿，其可以对上覆岩层压力使得水平段井眼缩径再次扩眼钻进，也可以对钻头破岩所形成的井眼进行修磨平整，以便后续下套管作业顺畅。

作为本实施例的一种优选方案，各通路两端分别设置固定压块14，固定压块14上设有安装槽，各齿轮组与安装槽匹配并设于安装槽内，固定压块14通过固定螺栓15与第一连接管或第二连接管连接。

本实施例密封轴承通过过盈转配在涡轮动力齿轮两端，涡轮动力齿轮中焊接有涡轮齿片，装有密封轴承的涡轮动力齿轮放入通路中两端通过固定压块14和固定螺栓15固定在第一连接管1、第二连接管2上，设置固定压块14的目的为了使各齿轮组两端更稳定的设于第一连接管与第二连接管上，提升连接稳定性。

作为本实施例的一种优选方案，所述各齿轮组两端分别套设有密封轴承7与第一连接管、第二连接管连接。

其中，设置密封轴承7的作用能够减小高压流体带动齿轮组转动时与第一连接管或第二连接管的摩擦阻力的同时，还能起到密封的作用。

作为本实施例的一种优选方案，所述螺旋钻套4两端分别通过滑动轴承8与第一连接管1、第二连接管2连接，螺旋钻套4两端分别设置限位环9，限位环9通过限位销10设于第一连接管1与第二连接管2上。

其中，滑动轴承8装配于螺旋钻套限位环上，与螺旋钻套限位环一起转配在第一连接管1、第二连接管2上，通过限位销与第一连接管1、第二连接管2固定。

本实施例的使用过程：

钻井液通过第一连接管内的流道进入轴向传动部内，高压钻井液驱动轴向传动部(3)转动，轴向传动部驱动动螺旋钻套(4)在第一连接管与第二连接管上转动。

实施例2：

一种钻杆装置，包括多个实施例1所述的大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，每隔预设距离在钻杆之间设置一个轴向增压与扩眼装置及钻杆，第一连接管或第二连接管通过套管接箍11与钻杆连接。

其中，随着大位移水平井的水平段长度钻进至约为垂直深度2倍左右时，水平段钻具组合与井壁之间摩擦阻力加剧以及水平段孔眼缩径，致使钻机给出钻压难以传递至钻头，致使钻头严重托压现象，此时需要起出井底当前钻具组合及更换新的钻具组合。利用本发明的装置重新优化钻具组合，每间隔约100m钻杆连接一个发明装置，并通过套管接箍11与上部钻杆连接，螺纹接头16与下部钻杆连接。

Claims (9)

1.一种大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，包括相邻相通连接的第一连接管(1)与第二连接管(2)，第一连接管(1)与第二连接管(2)内设一流道(12)，其特征在于，还包括轴向传动部(3)与螺旋钻套(4)，

螺旋钻套可转动的套设于第一连接管(1)与第二连接管(2)之间，第一连接管(1)、第二连接管(2)与螺旋钻套(4)形成一安装空间，安装空间与第一连接管(1)、第二连接管(2)连通，螺旋钻套(4)的外径大于钻进所选取钻头外径；

轴向传动部(3)设于安装空间内与流道(12)相通，钻井液通过流道(12)进入安装空间内能够带动轴向传动部(3)转动，轴向传动部(3)还螺旋钻套(4)内壁啮合，用于驱动动螺旋钻套(4)在第一连接管与第二连接管上转动。

2.如权利要求1所述的大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，其特征在于，所述轴向传动部(3)包括两个齿轮组(5)，螺旋钻套(4)内壁为内齿轮结构，安装空间内为两个贯通的通路，各齿轮组对应设于通路内两端分别与第一连接管(1)、第二连接管(2)连接，各齿轮组还与螺旋钻套(4)内壁啮合，各齿轮组(5)的齿径小于螺旋钻套(4)内径的二分之一。

3.如权利要求2所述的大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，其特征在于，所述齿轮组(5)齿径与螺旋钻套(4)内壁内齿轮的齿径比为5:2。

4.如权利要求3所述的大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，其特征在于，螺旋钻套(4)为螺旋钻套，螺旋钻套的外径大于钻进所选取钻头尺寸2mm～3mm。

5.如权利要求4所述的大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，其特征在于，所述螺旋钻套(4)轴向靠近第一连接管一端还设置切削齿(6)，切削齿(6)可转动的套设于第一连接管(1)上，切削齿(6)的齿径大于螺旋钻套(4)的外径。

6.如权利要求5所述的大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，其特征在于，各通路两端分别设置固定压块(14)，固定压块(14)上设有安装槽，各齿轮组与安装槽匹配并设于安装槽内，固定压块(14)通过固定螺栓(15)与第一连接管或第二连接管连接。

7.如权利要求6所述的大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，其特征在于，所述各齿轮组两端分别套设有密封轴承(7)与第一连接管、第二连接管连接。

8.如权利要求7所述的大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，其特征在于，所述螺旋钻套(4)两端分别通过滑动轴承(8)与第一连接管(1)、第二连接管(2)连接，螺旋钻套(4)两端分别套设限位环(9)，限位环(9)通过限位销(10)设于第一连接管(1)与第二连接管(2)上。

9.一种钻杆装置，包括多个权利要求8所述的大位移水平井随钻轴向增压与扩眼装置，其特征在于，每隔预设距离在钻杆之间设置一个轴向增压与扩眼装置及钻杆，第一连接管或第二连接管通过套管接箍(11)与螺纹接头(16)钻杆连接。

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