CN116752891B - 一种用于石油深井的自动钻进装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气开采深井钻进技术，本发明所要解决的技术问题是：现有的深井电动钻进装置在井下支撑固定时，支撑点的数量无法根据井壁的情况进行调整，支撑的稳定性较差。本发明公开的技术方案是一种用于石油深井的自动钻进装置，该装置在外壳的前端设置若干支撑机构，利用螺纹杆驱动支撑机构实施同步收缩和展开动作，同时通过插装和拆卸的方式来调整支撑机构的数量和张开角度，进而提升装置在深井中的的稳定性。本发明的有益效果是，有效的提升了钻进装置在井下固定的稳定性，保证了钻进的效率和效果。

Description

一种用于石油深井的自动钻进装置

技术领域

本发明涉及钻进结构改进领域，特别是一种用于石油深井的自动钻进装置。

背景技术

在石油开采的过程中，经常会发现7000m深的裂缝型和缝洞型碳酸盐岩储层，而7000m深的超深油气井大部分为单井眼，主要采用裸眼完井方式。由于目前物探相关技术的限制，对于缝洞型碳酸盐岩储层，现有的缝洞识别技术只能做到对超深储层大缝洞的识别，但是无法判断储层内缝洞体是否为原油或者纯水，最终需要通过钻井的方式沟通缝洞体来进行识别，从而获得油气产量。

然而，在深井开采的过程中存在着一个主要问题，那就是在开采一定时间后，其沟通的主要缝洞体内油气资源开采至不可采出时，单井产量枯竭，因为超深油气井建井费用高达1-2亿元人民币，如果单井生产3-5年就枯竭，那就无法满足成本综合利用和效益最大化的需求。为了提升开采的效益，本领域技术人员需要对老井眼进行侧钻以沟通新的储集空间获得后继的新油气产量，通常需要动用超深井钻机，无论是套管开窗侧钻还是裸眼井筒侧钻，难度较大，并且由于井深，起下钻时间长，钻井液易漏失，侧钻一个分支成本较大，并且还存在钻遇的缝洞为空缝洞、全水缝洞等不确定因素，综合成本高。

为了解决上述技术问题，本领域技术人员公开了专利名称为：一种用于超深井的电动钻进装置、钻进系统和钻进方法的发明专利申请，该发明专利申请的公开号为：CN116065948A。在该发明专利申请中，外壳上设置固定件，而固定件是由若干固定杆构成的，固定杆具有张开和缩回功能，在固定杆张开时，其一端压紧在井壁上，进而实现对装置的固定和支撑效果；在固定杆缩回时，固定杆不与所述井壁接触。

然而，上述固定件在实际使用的过程中固定效果并不牢靠，由于井壁的表面并不规则，而且井壁表面的松软程度也不相同，而固定杆的数量和张开的角度也是固定的，也就是说，固定件展开后在深井内的支撑点和支撑范围都是固定的，无法根据井壁表面的情况以及侧钻功率输出的情况进行灵活的调整，在井壁比较松软或者侧钻功率输出较大的情况下，数量和张开角度均固定的固定杆无法保证整个装置在深井内的稳固效果，随着侧钻所产生的震动，固定杆容易从井壁上滑脱或者扎入井壁的表面，影响装置在井内固定效果的稳定性。为了上述技术问题，本领域技术人员需要一种能够根据井壁情况调整支撑点数量和支撑范围的深井电动钻进装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种用于石油深井的自动钻进装置。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种用于石油深井的自动钻进装置，包括外壳和行走钻机，所述外壳的侧壁上设有若干预留通道，所述外壳内设有内芯，所述内芯能够在所述外壳内转动，所述内芯设有转向通道，所述行走钻机能够在所述预留通道和所述转向通道内移动，所述外壳的前端设置内腔和若干支撑机构，所述内腔中安装驱动机构，所述外壳的前端还设有若干通孔，若干所述通孔将所述外壳的外侧面与所述内腔连通，若干所述通孔包括直孔和斜孔，若干所述支撑机构的数量不超过若干所述通孔的数量，若干所述支撑机构的一端分别穿过所述通孔伸入所述内腔，若干所述支撑机构的一端均与所述驱动机构连接，所述驱动机构能够通过转动的方式驱动若干所述支撑机构同步展开或者同步收缩。

所述外壳的前端面能够拆卸，当所述外壳的前端面被拆卸后，所述驱动结构能够跟随所述外壳的前端面从所述内腔中抽出来，所述驱动结构被抽出内腔后与若干所述支撑机构的一端脱离连接，所述支撑机构通过插入或者拔出所述通孔的方式来调整数量和张开角度。

所述驱动机构包括电机、轴承座和螺纹杆，所述电机、所述轴承座和所述螺纹杆均位于所述内腔中，所述电机固定安装在所述内腔的前端面上，所述轴承座可拆卸的安装在所述内腔的后端面上，所述螺纹杆的一端通过联轴器与所述电机的转轴连接，所述螺纹杆的另一端插入所述轴承座，所述螺纹杆的另一端能够从所述轴承座上拔出。

所述螺纹杆分别与若干所述支撑机构的一端啮合，所述螺纹杆能够通过转动的方式推动若干所述支撑机构同步向外展开，所述螺纹杆还能够通过转动的方式拉动若干所述支撑机构同步向内收缩。

所述支撑机构包括支撑板和连接杆，所述支撑板位于所述外壳的外侧，所述支撑板与所述连接杆的一端固定连接，所述连接杆的另一端贯穿所述外壳伸入所述内腔，所述连接杆的另一端位于所述螺纹杆的一侧，所述连接杆的外表面上设有齿条，所述齿条与所述螺纹杆上的螺纹啮合，当所述螺纹杆发生正转时，所述螺纹杆能够通过其外表面的螺纹推动所述齿条和所述连接杆向所述外壳的外侧滑动，当所述螺纹杆发生反转时，所述螺纹杆能够通过其外表面的螺纹拉动所述齿条和所述连接杆向外壳内收缩。

若干所述连接杆沿着所述螺纹杆的长度方向排列，若干所述连接杆围绕着所述螺纹杆分布，所述连接杆的另一端上设有挡边，当所述连接杆向外壳外侧滑动时，所述挡边能够被所述螺纹杆挡住并保证所述齿条不与所述螺纹杆脱离啮合状态，挡边通过长螺栓安装在连接杆的另一端，长螺栓从支撑板一侧插入并贯穿连接杆后与挡边螺纹连接，所述连接杆的长度方向与所述螺纹杆的长度方向的夹角要大于六十度小于一百二十度。

所述外壳的外表上设有若干凹槽，若干所述凹槽与若干所述通孔是一一对应的关系，所述凹槽的形状和尺寸与所述支撑板的形状和尺寸相匹配，所述支撑板能够嵌入与之对应的所述凹槽。

所述外壳为圆柱形外壳或者棱柱形外壳，当所外壳为圆柱形外壳时，所述支撑板为弧形板，当所述外壳为棱柱形外壳时，所述支撑板为平板。

若干所述预留通道的位置均与所述转向通道下端开口的位置对应，当所述内芯转动时，所述转向通道的下端开口能够逐一与若干所述预留通道对接。

所述转向通道的上端开口与所述内芯的上表面连通。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本装置能够根据井壁松软程度灵活的调整支撑机构的数量和展开角度，只要保证支撑机构中连接杆上的齿条与螺纹杆啮合就能够实现同步驱动多个支撑机构向多个方向同步展开的支撑固定效果，本装置通过增加支撑机构的数量并调整张开角度，进而有效扩大装置在井壁上的支撑点数量和分布范围，在井壁比较松软时，有效的保证整个装置支撑的稳定性，避免装置在侧钻过程中出现松脱的情况；

2、本装置通过螺纹杆、连接杆和支撑板的组合构成了深井钻进装置的井下支撑机构，在保证支撑效果的同时，有效的降低了支撑机构对于井壁的压强，避免了在装置高频振动过程中支撑机构对于井壁的破碎，进而保证了整个装置在深井中钻进的稳定性，提高了钻进工作的效率，节约了钻进时间和成本。

附图说明

图1是本发明实施例1所述一种用于石油深井的自动钻进装置在收缩状态下的结构示意图；

图2是本发明实施例1所述一种用于石油深井的自动钻进装置在展开状态下的结构示意图；

图3是本发明实施例1中支撑机构与驱动机构的组合结构示意图；

图4是本发明实施例2所述一种用于石油深井的自动钻进装置在收缩状态下的结构示意图；

图5是本发明实施例2所述一种用于石油深井的自动钻进装置在展开状态下的结构示意图；

图中，1、外壳；2、预留通道；3、内芯；4、转向通道；5、内腔；6、电机；7、轴承座；8、螺纹杆；9、支撑板；10、连接杆；11、齿条；12、承载板；13、滑动杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-图5所示；

实施例1：

本申请的实施例1公开了一种用于石油深井的自动钻进装置，包括外壳1和行走钻机，外壳1的侧壁上设有若干预留通道2，外壳1内设有内芯3，内芯3位于外壳1内腔5的后部，内芯3能够在外壳1内转动，内芯3设有转向通道4，转向通道4能够将沿着井深的轴向运动转换为径向运动，预留通道2的尺寸与转向通道4的尺寸是相匹配的，若干预留通道2的位置均与转向通道4下端开口的位置对应，当内芯3转动时，转向通道4的下端开口能够逐一与若干预留通道2对接，若干预留通道2位于同一圆周上，转向通道4的上端开口与内芯3的上表面连通，外壳1的上端连接吊装的绳索，行走钻机能够在预留通道2和转向通道4内移动，外壳1的前端设置内腔5和若干支撑机构，内腔5中安装驱动机构，外壳1的前端还设有若干通孔，若干通孔将外壳1的外侧面与内腔5连通，若干通孔包括直孔和斜孔，若干支撑机构的数量不超过若干通孔的数量，若干支撑机构的一端分别穿过通孔伸入内腔5，若干支撑机构的一端均与驱动机构连接，驱动机构能够通过转动的方式驱动若干支撑机构同步展开或者同步收缩。

在本实施例1中，驱动机构包括电机6、轴承座7和螺纹杆8，所述电机6、所述轴承座7和所述螺纹杆8均位于所述内腔5中，电机6固定安装在内腔5的前端面上，轴承座7可拆卸的安装在内腔5的后端面上，电机6的位置与轴承座7的位置对应，电机6的转轴指向内腔5的后端面，螺纹杆8的一端通过联轴器与电机6的转轴连接，螺纹杆8上螺纹的长度方向与螺纹杆8的长度方向保持一致，此外螺纹的长度方向与螺纹杆8的长度方向的夹角也可以为锐角，螺纹杆8的另一端插入轴承座7并与轴承座7连接，螺纹杆8的长度方向与内腔5的长度方向保持一致，螺纹杆8与若干支撑机构的一端啮合，螺纹杆8能够通过转动的方式推动若干支撑机构同步向外展开，螺纹杆8还能够通过转动的方式拉动若干支撑机构同步向内收缩，如图3所示。

在本实施例1中，支撑机构包括支撑板9和连接杆10，支撑板9位于外壳1的外侧，支撑板9的形状与外壳1外表面的形状相匹配，支撑板9面向外壳1的一面为内表面，支撑板9的另一面为外表面，支撑板9与连接杆10的一端固定连接，连接杆10的另一端贯穿外壳1伸入内腔5，连接杆10能够相对于外壳1滑动，连接杆10的另一端位于螺纹杆8的一侧，连接杆10的外表面贴近螺纹杆8的外表面，连接杆10的外表面上设有齿条11，齿条11对着螺纹杆8的外表面，齿条11与螺纹杆8上的螺纹啮合，当螺纹杆8发生正转时，螺纹杆8能够通过其外表面的螺纹推动齿条11和连接杆10向外壳1的外侧滑动，如图2所示，当螺纹杆8发生反转时，螺纹杆8能够通过其外表面的螺纹拉动齿条11和连接杆10向外壳1内收缩，若干连接杆10沿着螺纹杆8的长度方向排列，若干连接杆10围绕着螺纹杆8分布，连接杆10的另一端上设有挡边，当连接杆10向外壳1外侧滑动时，挡边能够被螺纹杆8挡住并保证齿条11不与螺纹杆8脱离啮合状态，挡边是片状的结构，挡边的形状为圆形、矩形、多边形或者长条形，挡边与连接杆10另一端的端面固定连接，挡边通过长螺栓安装在连接杆的另一端，长螺栓从支撑板一侧插入并贯穿连接杆后与挡边螺纹连接，通过旋拧长螺栓可以拆卸或者连接挡边，连接杆10的长度方向与螺纹杆8的长度方向的夹角要大于六十度小于一百二十度，若干支撑板9均与外壳1的外表面平行，外壳1的外表上设有若干凹槽，若干凹槽与若干支撑板9是一一对应的关系，凹槽的形状和尺寸与支撑板9的形状和尺寸相匹配，支撑板9能够嵌入与之对应的凹槽，如图1所示。

其中，外壳1的前端面能够拆卸，当外壳1的前端面被拆卸后，驱动结构中的电机6和螺纹杆8均能够跟随外壳1的前端面从内腔5中抽出来，螺纹杆8被抽出内腔5后与若干支撑机构的一端脱离连接。

需要重点说明的是，本申请中的支撑机构可通过插入或者拔出通孔的方式来调整数量和分布状态，当井壁较为松软或者侧钻功率较大时，可增加支撑机构的数量，从而提升装置在深井中的支撑点，还可以根据井壁的特性改变支撑机构的分布状态，例如，支撑机构可以围绕螺纹杆以螺旋分布的方式布置在外壳1上，还可以按照前、中、后的顺序来分布若干支撑机构；更重要的是，支撑机构可以通过插入直孔或者斜孔的方式来调整支撑机构张开时的角度，直孔是指孔的中心线与螺纹杆8的中心线垂直的通孔，而斜孔是指孔的中心线与螺纹杆8的中心线所成角为非直角的通孔。

需要注意的是，支撑板9的外表面上设有增加摩擦力的凹凸结构，凹凸结构包括若干尖刺、若干凸块、若干花纹以及尖刺、凸块和花纹的组合，外壳1为圆柱形外壳1或者棱柱形外壳1，当所外壳1为圆柱形外壳1时，支撑板9为弧形板，当外壳1为棱柱形外壳1时，支撑板9为平板，支撑板9在嵌入对应的凹槽时，凹凸结构能够完全缩入凹槽内。

在实施例1的具体实施过程中，工作人员先将整个装置下放至预设井深，然后通过电机6控制螺纹杆8发生正转，螺纹杆8能够通过其外表面的螺纹推动齿条11和连接杆10向外壳的外侧滑动，若干支撑板9在外壳1的外表面上伸张并撑住井壁，由于支撑板9的面积较大，在保证固定支撑效果的同时能够有效的避免对井壁表面的破碎，保证整个装置支撑固定的稳定性，整个装置的状态如图2所示；随后转动内芯3以调节转向通道4的转向位置，让转向通道4与一个预留通道2对接，然后将行走钻机对准钻进的目标靶点并利用行走钻机开始侧钻。

本装置在钻进的过程中，通过旋转内芯3的方式调节转向通道4的转向位置，确保电动钻进装置的侧钻初始钻进方向与目标靶点径向方向夹角为 0或者最小，然后对行走钻机的钻头进行微调，让钻头按照预设的井眼轨迹钻至目标靶点。钻完一个侧钻小井眼后，可以通过上提或者下放线缆的方式带动装置主体改变井深位置，实现不同层位不同井段新侧井眼的开钻。

需要注意的是，当需要收起装置时，工作人员通过电机6控制螺纹杆8发生反转，螺纹杆8能够通过其外表面的螺纹拉动齿条11和连接杆10向外壳1内收缩并与井壁脱离，整个装置的状态如图1所示。

实施例2：

在实施例2中，装置的结构如图3和图4所示，若干支撑板9均为长条形板状结构，若干支撑板9的长度相同并位于同一圆周上，支撑板9的长度方向均与螺纹杆8的长度方向保持一致，若干凹槽与若干支撑板9是一一对应的关系，凹槽的形状和尺寸与支撑板9的形状和尺寸相匹配，在内腔5中固定安装两个承载板12，两个承载板12的侧表面上均设有若干插槽，若干插槽与若干支撑板9是一一对应的关系，一个承载板12与若干凹槽的一端对齐，另一个承载板12与若干凹槽的另一端对齐，支撑板9的两端分别固定安装滑动杆13，滑动杆13的一端与支撑板9的内表面固定连接，滑动杆13的另一端插入对应的插槽。其他部分与实施例1相同。

本技术方案采用的电子器件均为现有产品，本申请的技术方案对于上述电子器件的结构没有特殊要求和改变；在本技术方案实施的过程中，本领域人员需要将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求。具体连接以及控制顺序，应参考本技术方案的工作原理以及各电气件之间的先后工作顺序，其详细连接手段，为本领域公知技术。本技术方案主要介绍工作原理以及过程，不再对电气控制做说明。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于石油深井的自动钻进装置，包括外壳（1）和行走钻机，所述外壳（1）的侧壁上设有若干预留通道（2），所述外壳（1）内设有内芯（3），所述内芯（3）能够在所述外壳（1）内转动，所述内芯（3）设有转向通道（4），所述行走钻机能够在所述预留通道（2）和所述转向通道（4）内移动，其特征在于，所述外壳（1）的前端设置内腔（5）和若干支撑机构，所述内腔（5）中安装驱动机构，所述外壳（1）的前端还设有若干通孔，若干所述通孔将所述外壳（1）的外侧面与所述内腔（5）连通，若干所述通孔包括直孔和斜孔，若干所述支撑机构的数量不超过若干所述通孔的数量，若干所述支撑机构的一端分别穿过所述通孔伸入所述内腔（5），若干所述支撑机构的一端均与所述驱动机构连接，所述驱动机构能够通过转动的方式驱动若干所述支撑机构同步展开或者同步收缩，所述外壳（1）的前端面能够拆卸，当所述外壳（1）的前端面被拆卸后，所述驱动机构能够跟随所述外壳（1）的前端面从所述内腔（5）中抽出来，所述驱动机构被抽出所述内腔（5）后与若干所述支撑机构的一端脱离连接，所述支撑机构通过插入或者拔出所述通孔的方式来调整数量和张开角度；

所述驱动机构包括电机（6）、轴承座（7）和螺纹杆（8），所述电机（6）、所述轴承座（7）和所述螺纹杆（8）均位于所述内腔（5）中，所述电机（6）固定安装在所述内腔（5）的前端面上，所述轴承座（7）安装在所述内腔（5）的后端面上，所述螺纹杆（8）的一端通过联轴器与所述电机（6）的转轴连接，所述螺纹杆（8）的另一端插入所述轴承座（7），所述螺纹杆（8）分别与若干所述支撑机构的一端啮合，所述螺纹杆（8）能够通过转动的方式推动若干所述支撑机构同步向外展开，所述螺纹杆（8）还能够通过转动的方式拉动若干所述支撑机构同步向内收缩；

所述支撑机构包括支撑板（9）和连接杆（10），所述支撑板（9）位于所述外壳（1）的外侧，所述支撑板（9）与所述连接杆（10）的一端固定连接，所述连接杆（10）的另一端贯穿所述通孔伸入所述内腔（5），所述连接杆（10）的另一端位于所述螺纹杆（8）的一侧，所述连接杆（10）的外表面上设有齿条（11），所述齿条（11）与所述螺纹杆（8）上的螺纹啮合，当所述螺纹杆（8）发生正转时，所述螺纹杆（8）能够通过其外表面的螺纹推动所述齿条（11）和所述连接杆（10）向所述外壳（1）的外侧滑动，当所述螺纹杆（8）发生反转时，所述螺纹杆（8）能够通过其外表面的螺纹拉动所述齿条（11）和所述连接杆（10）向外壳（1）内收缩，若干所述连接杆（10）沿着所述螺纹杆（8）的长度方向排列，若干所述连接杆（10）围绕着所述螺纹杆（8）分布，所述连接杆（10）的另一端上设有可拆卸的挡边，当所述连接杆（10）向外壳（1）外侧滑动时，所述挡边能够被所述螺纹杆（8）挡住并保证所述齿条（11）不与所述螺纹杆（8）脱离啮合状态，所述连接杆（10）的长度方向与所述螺纹杆（8）的长度方向的夹角要大于六十度小于一百二十度。

2.根据权利要求1所述的一种用于石油深井的自动钻进装置，其特征在于，所述外壳（1）的外表上设有若干凹槽，若干所述凹槽与若干所述通孔是一一对应的关系，所述凹槽的形状和尺寸与所述支撑板（9）的形状和尺寸相匹配，所述支撑板（9）能够嵌入与之对应的所述凹槽。

3.根据权利要求2所述的一种用于石油深井的自动钻进装置，其特征在于，所述外壳（1）为圆柱形外壳（1）或者棱柱形外壳（1），当所述外壳（1）为圆柱形外壳（1）时，所述支撑板（9）为弧形板，当所述外壳（1）为棱柱形外壳（1）时，所述支撑板（9）为平板。

4.根据权利要求1-3中任一所述的一种用于石油深井的自动钻进装置，其特征在于，若干所述预留通道（2）的位置均与所述转向通道（4）下端开口的位置对应，当所述内芯（3）转动时，所述转向通道（4）的下端开口能够逐一与若干所述预留通道（2）对接。

5.根据权利要求4所述的一种用于石油深井的自动钻进装置，其特征在于，所述转向通道（4）的上端开口与所述内芯（3）的上表面连通。