CN205297385U - 机械式钻压推加器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的机械式钻压推加器包括：上连接件，内部形成贯通的第一内腔；上连接件上部与螺杆马达连接，上连接件外壁面下部形成外花键；芯轴，内部形成贯通的第二内腔；芯轴上部装设于第一内腔下部；下连接件，内部由上至下形成贯通的第三内腔与第四内腔；第三内腔内壁面上部形成内花键，内花键与外花键配合，下连接件能弹性地与上连接件连接；芯轴位于第三内腔内且芯轴下端与第四内腔滑动密封配合；下连接件下部与钻头相连接；第一内腔、第二内腔与第四内腔依次连通形成导流通道。下连接件弹性地与上连接件连接，能将合理的钻压推加到钻头上，避免流量波动造成液力波动，克服钻压不可控、钻头无法有效钻削的缺点，实现钻头稳定工作。

Description

机械式钻压推加器

技术领域

本实用新型涉及一种钻井类工具，尤其是一种机械式钻压推加器。

背景技术

水射流钻径向水平孔技术是在井下导向器的引导下利用螺杆马达和万向节柔性轴组合钻具钻穿套管，利用喷嘴形成的高压水射流的破岩钻进，在油气层沿井筒径向钻出深达数十米清洁的泄流孔道，新增和拓展泄油区域，克服采用常规直井开发面临的多井低产问题，避免水平井等大规模增产措施带来的高成本。

目前，常见的水射流钻径向孔作业需要首先进行钻穿套管过程。钻穿套管过程主要利用液压力驱动井下螺杆马达和万向节柔性轴组合钻具钻穿套管。在套管钻孔的过程中，钻头切削套管需要适合稳定的钻压和转速。在井下过导向器工况下，钻压难以精确控制。钻压过大，易导致钻头崩刃、卡钻，甚至万向节软轴断裂。钻压过小，钻头易磨损，无法钻穿套管。

目前，解决钻头钻压稳定的方案是增加一个节流孔板来实现对钻压的调节，通过调节节流孔径的大小和节流孔处的流量来调节节流压差，依靠节流压差与液压腔承压面积控制钻头钻压。但是该方案存在的不足是，节流孔处的流量是通过地面泵组输出量来控制的，流量从地面传递到节流孔板处时会受到一些因素干扰，譬如管柱泄露、管路负压，流量会波动，节流压差会产生变化，从而无法准确的控制钻压，导致钻头与套管内壁接触切削时的钻压过小或过大，钻头无法有效钻削或卡阻崩刃，钻孔不成功。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于提供一种机械式钻压推加器，以克服上述现有技术的不足。通过下连接件弹性地与上连接件连接，能将合理的钻压推加到钻头上，避免流量波动造成液力波动，克服钻压不可控、钻头无法有效钻削的缺点，实现钻头稳定工作。

为此，本实用新型提出一种机械式钻压推加器，其包括：

上连接件，其内部形成贯通的第一内腔；所述上连接件的上部与螺杆马达相连接，所述上连接件外壁面的下部形成外花键；

芯轴，其内部形成贯通的第二内腔；所述芯轴的上部装设于所述第一内腔的下部；

下连接件，其内部由上至下形成贯通的第三内腔与第四内腔；所述第三内腔内壁面的上部形成内花键，所述内花键与所述外花键相配合，所述下连接件能弹性地与所述上连接件相连接；所述芯轴位于所述第三内腔内且所述芯轴的下端与所述第四内腔滑动密封配合；所述下连接件的下部与钻头相连接；其中，

所述第一内腔、所述第二内腔与所述第四内腔依次相连通，形成导流通道。

如上述的机械式钻压推加器，其中，所述下连接件包括：

内花键外筒，其套设在所述上连接件的外部，所述内花键外筒的内壁上部形成所述内花键；

下接头，其上部装设于所述内花键外筒内，所述芯轴位于所述内花键外筒内且所述芯轴的下端与所述下接头滑动密封配合；所述下接头的下部与所述钻头相连接。

如上述的机械式钻压推加器，其中，所述上连接件的下端面与所述下接头的上端面之间夹设有弹簧，所述弹簧套设于所述芯轴的外部。

如上述的机械式钻压推加器，其中，所述弹簧的上端与所述上连接件的下端面之间容置弹簧垫环。

如上述的机械式钻压推加器，其中，所述上连接件包括：

上接头，其上部与所述螺杆马达相连接；

外花键接头，其外壁面上部形成所述外花键，所述外花键接头装设于所述上接头的下部；所述芯轴的上部装设于所述外花键接头的下部。

如上述的机械式钻压推加器，其中，所述芯轴与所述外花键接头之间嵌设有至少一个第一密封圈。

如上述的机械式钻压推加器，其中，所述芯轴与所述下接头之间嵌设有至少一个第二密封圈。

如上述的机械式钻压推加器，其中，所述上接头的外壁面上形成上连接螺纹段，所述上接头通过所述上连接螺纹段与所述螺杆马达相连接。

如上述的机械式钻压推加器，其中，所述下接头的外壁面上形成下连接螺纹段，所述下接头通过所述下连接螺纹段与所述钻头相连接。

本实用新型提出的机械式钻压推加器的优点及特点为：

由于下连接件是弹性地与上连接件相连接，因此，本实用新型能够将设计合理的钻压直接推加到钻头上，避免了现有技术中设备的流量波动造成的大范围液力波动，克服了钻压不可控、钻头行程不可控，导致钻头无法有效钻削或卡阻崩刃等缺点，实现了施工过程中钻头的稳定工作。

其次，通过上连接件的下端面与下连接件的下接头的上端面之间夹设弹簧，使本实用新型可依据钻头切削套管时所需的钻压以及切削量的匹配特性，通过调整弹簧的压缩量来控制施加在钻头上的钻压，并通过弹簧压缩量的释放来实现钻头钻进深度的控制，限制了钻头的最大进给量，提高了钻孔的效率，避免了卡钻；此外，还实现钻压与钻进深度的精确控制，在弹簧压缩量范围内提供的钻压，都可实现稳定有效的钻套管过程，消除了因为流量波动而产生的钻压波动影响，减少钻压突变造成钻头无法有效钻削或卡阻崩刃的现象；最后，弹簧的设置，还缓冲了万向节柔性轴在弯道中驱动钻头钻套管而产生的振动冲击，使钻头加载较为平稳，减轻了钻头崩刃、卡钻的风险，提高了钻孔成功率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1本实用新型的结构示意图；

图2本实用新型的弹簧最大压缩工作状态图；

图3为图1中A-A处的花键截面图示意图。

附图符号说明：

1上连接件33内花键

101上接头301内花键外筒

102外花键接头302下接头

11第一内腔4导流通道

12外花键5弹簧

2芯轴6弹簧垫环

21第二内腔7第一密封圈

3下连接件8第二密封圈

31第三内腔9上连接螺纹段

32第四内腔10下连接螺纹段

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

本实用新型涉及水射流钻孔技术领域，适用于石油、煤炭、天然气等行业的径向水平孔、水力深穿透等工程作业。属于一种油田钻径向水平孔用机械式钻压推压器，特别涉及一种在钻头钻进过程中根据预先设计的弹簧力进行可控钻压范围和自动进给的钻压推加器，属于钻井工具类。

如图1、图2所示，本实用新型提出的机械式钻压推加器包括：上连接件1，其内部形成贯通的第一内腔11；上连接件1的上部与螺杆马达相连接，上连接件1外壁面的下部形成外花键12；芯轴2，其内部形成贯通的第二内腔21；芯轴2的上部装设于第一内腔11的下部；下连接件3，其内部由上至下形成贯通的第三内腔31与第四内腔32；第三内腔31内壁面的上部形成内花键33，内花键33与外花键12相配合，下连接件3能弹性地与上连接件1相连接；芯轴2位于第三内腔31内且芯轴2的下端与第四内腔32滑动密封配合；下连接件3的下部与钻头相连接；其中，第一内腔11、第二内腔21与第四内腔32依次相连通，形成导流通道4。芯轴2与上连接件1的第一内腔11之间可采用螺纹连接等方式，本实用新型对此连接方式不做限定。如图3所示，上连接件1与下连接件3之间采用花键连接方式，可传递大扭矩，使上连接件1与下连接件3之间不容易卡死，且确保本实用新型使用寿命长，还要具有安装检修方便的特点。在施工过程中，钻井液通过导流通道4。进一步，上连接件1可通过螺杆钻具连接至螺杆马达，下连接件3可通过万向节柔性轴连接至钻头。在现场施工作业的过程中，油气井套管钻孔作业时，先使用油管将导向器等下入到设计深度，再将套管钻孔钻柱下至导向器内定位。此时，上连接件1与下连接件3之间的弹力最大，下连接件3位于上连接件1的某一个合适的行程位置上，此时上连接件1以上的部件完全依靠管柱重量限位，下连接件3以下的部件受上连接件1与下连接件3之间的弹力作用，与万向节柔性轴连接的钻头即与套管内壁接触，上连接件1与下连接件3之间的弹力即为实际施加到钻头上的钻压。地面开泵调压后，与上连接件1相连的螺杆马达，通过上连接件1与下连接件3之间的花键连接，带动本实用新型的机械式钻压推加器转动，同时带动与下连接件3相连的万向节柔性轴和钻头转动。钻头转动过程中，上连接件1与下连接件3之间的弹力推动下连接件3向下滑动，进而使钻头对套管进行切削。此时上连接件1与下连接件3之间的弹力，即为施加在钻头上的钻压，该钻压与地面流量、压力的波动没有直接关系，而且该钻压在一定范围内是可调控的，可控范围内的钻压都可对套管进行有效切削。本实用新型的机械式钻压推加器，与现有的液力稳定器和可调钻压推加器的区别在于，本实用新型能够将设计合理的钻压直接推加到钻头上，避免了现有技术中设备的流量波动造成的大范围液力波动，克服了其钻压不可控、钻头行程不可控，导致钻头无法有效钻削或卡阻崩刃等缺点，实现了施工过程中钻头的稳定工作。

进一步地，下连接件3包括：内花键外筒301，其套设在上连接件1的外部，内花键外筒301的内壁上部形成内花键33；下接头302，其上部装设于内花键外筒301内，芯轴2位于内花键外筒301内且芯轴2的下端与下接头302滑动密封配合；下接头302的下部与钻头相连接。下接头302与内花键外筒301之间可通过美国爱克母螺纹(ACME螺纹)连接，本实用新型对此连接方式不做限定。地面开泵调压后，与上连接件1相连的螺杆马达，通过上连接件1与内花键外筒301之间的花键连接，带动本实用新型的机械式钻压推加器转动，在此过程中，下接头302与内花键外筒301之间的美国爱克母螺纹(ACME螺纹)传递扭矩，从而带动与下接头302相连的钻头转动。

在一个可行的实施例中，上连接件1的下端面与下连接件3的下接头302的上端面之间夹设有弹簧5，弹簧5套设于芯轴2的外部。在使用本实用新型的机械式钻压推加器工作之前，弹簧5被压缩至极限状态，上连接件1与下连接件3对弹簧5进行限位，下连接件3位于上连接件1的某一个合适的行程位置上，此时上连接件1以上的部件完全依靠管柱重量限位，下连接件3以下的部件受弹簧5的弹力作用，使与万向节柔性轴连接的钻头与套管内壁接触，该弹力即为实际施加到钻头上的钻压。通过调节弹簧5的初始压缩量和最小压缩量，可以控制施加到钻头上的钻压的大小范围，在施工过程中，作用在钻头上弹簧5的弹力始终存在，且该弹力大小只随弹簧5压缩量的大小而改变，不受其他因素干扰。依据钻头切削套管时所需的钻压以及切削量的匹配特性，通过调整弹簧的压缩量来控制施加在钻头上的钻压，并通过弹簧压缩量的释放来实现钻头钻进深度的控制，限制了钻头的最大进给量，提高了钻孔的效率，避免了卡钻；此外，还实现钻压与钻进深度的精确控制，在弹簧压缩量范围内提供的钻压，都可实现稳定有效的钻套管过程，消除了因为流量波动而产生的钻压波动影响，减少钻压突变造成钻头无法有效钻削或卡阻崩刃的现象；最后，弹簧的设置，还缓冲了万向节柔性轴在弯道中驱动钻头钻套管而产生的振动冲击，使钻头加载较为平稳，减轻了钻头崩刃、卡钻的风险，提高了钻孔成功率。

其中，弹簧5的上端与上连接件1的下端面之间容置弹簧垫环6。弹簧垫环6的设置对芯轴2与上连接件1的连接起防松作用。

更进一步地，上连接件1包括：上接头101，其上部与螺杆马达相连接；外花键接头102，其外壁面上部形成外花键12，外花键接头102装设于上接头101的下部；芯轴2的上部装设于外花键接头102的下部。上接头101与外花键接头102之间可通过美国爱克母螺纹(ACME螺纹)连接，本实用新型对此连接方式不做限定。地面开泵调压后，与上接头101相连的螺杆马达，通过外花键接头102与下连接件3之间的花键，带动本实用新型的机械式钻压推加器转动，在此过程中，上接头101与外花键接头102之间通过美国爱克母螺纹(ACME螺纹)传递扭矩。

较佳地，芯轴2与外花键接头102之间嵌设有至少一个第一密封圈7。第一密封圈7可为O型密封圈，且其数量根据实际需要进行选定，本实用新型对此不做限定。嵌设于芯轴2与外花键接头102之间的第一密封圈7起密封作用。

较佳地，芯轴2与下接头302之间嵌设有至少一个第二密封圈8。第二密封圈8可为O型密封圈，且其数量根据实际需要进行选定，本实用新型对此不做限定。嵌设于芯轴2与下接头302之间的第二密封圈8起密封作用。

在又一个可行的实施例中，上接头101的外壁面上形成上连接螺纹段9，上接头101通过上连接螺纹段9与螺杆马达相连接。上连接螺纹段9可为美国通心粉型管材螺纹(AMMT螺纹)，本实用新型对此不做限定。地面开泵调压后，螺杆马达转动，上连接螺纹段9可将螺杆马达的扭矩传递给上接头101，以带动上接头101转动。

在又一个可行的实施例中，下接头302的外壁面上形成下连接螺纹段10，下接头302通过下连接螺纹段10与钻头相连接。下连接螺纹段10可为美国通心粉型管材螺纹(AMMT螺纹)，本实用新型对此不做限定。在本实用新型的机械式钻压推加器工作过程中，下连接螺纹段10可将扭矩传递给万向节柔性轴，以带动钻头转动。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。而且需要说明的是，本实用新型的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本实用新型的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本实用新型理所当然地涵盖了与本案实用新型点有关的其它组合及具体应用。

Claims (9)

1.一种机械式钻压推加器，其特征在于，所述机械式钻压推加器包括：

上连接件，其内部形成贯通的第一内腔；所述上连接件的上部与螺杆马达相连接，所述上连接件外壁面的下部形成外花键；

芯轴，其内部形成贯通的第二内腔；所述芯轴的上部装设于所述第一内腔的下部；

下连接件，其内部由上至下形成贯通的第三内腔与第四内腔；所述第三内腔内壁面的上部形成内花键，所述内花键与所述外花键相配合，所述下连接件能弹性地与所述上连接件相连接；所述芯轴位于所述第三内腔内且所述芯轴的下端与所述第四内腔滑动密封配合；所述下连接件的下部与钻头相连接；其中，

所述第一内腔、所述第二内腔与所述第四内腔依次相连通，形成导流通道。

2.如权利要求1所述的机械式钻压推加器，其特征在于，所述下连接件包括：

内花键外筒，其套设在所述上连接件的外部，所述内花键外筒的内壁上部形成所述内花键；

下接头，其上部装设于所述内花键外筒内，所述芯轴位于所述内花键外筒内且所述芯轴的下端与所述下接头滑动密封配合；所述下接头的下部与所述钻头相连接。

3.如权利要求2所述的机械式钻压推加器，其特征在于，所述上连接件的下端面与所述下接头的上端面之间夹设有弹簧，所述弹簧套设于所述芯轴的外部。

4.如权利要求3所述的机械式钻压推加器，其特征在于，所述弹簧的上端与所述上连接件的下端面之间容置弹簧垫环。

5.如权利要求1所述的机械式钻压推加器，其特征在于，所述上连接件包括：

上接头，其上部与所述螺杆马达相连接；

外花键接头，其外壁面上部形成所述外花键，所述外花键接头装设于所述上接头的下部；所述芯轴的上部装设于所述外花键接头的下部。

6.如权利要求5所述的机械式钻压推加器，其特征在于，所述芯轴与所述外花键接头之间嵌设有至少一个第一密封圈。

7.如权利要求2所述的机械式钻压推加器，其特征在于，所述芯轴与所述下接头之间嵌设有至少一个第二密封圈。

8.如权利要求5所述的机械式钻压推加器，其特征在于，所述上接头的外壁面上形成上连接螺纹段，所述上接头通过所述上连接螺纹段与所述螺杆马达相连接。

9.如权利要求2所述的机械式钻压推加器，其特征在于，所述下接头的外壁面上形成下连接螺纹段，所述下接头通过所述下连接螺纹段与所述钻头相连接。