CN208966196U - 一种用于小井眼钻井的加压提速工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于小井眼钻井的加压提速工具，属于石油天然气钻井领域。该工具包括：筒体、接头、第一机体、第二机体、花键体、活塞组件、第一心轴、第二心轴。接头的上端用于连接钻柱，接头的下端连接第一机体，第一机体通过第一连接体连接第二机体，第二机体通过第二连接体连接花键体，花键体连接活塞组件；活塞组件的下端连接第三连接体；第一心轴的下端连接第二心轴的上端，第二心轴的下端和第三连接体均用于连接钻头。该工具采用液压原理，实现了柔性加压，并且活塞组件具有行程范围内的自动施加钻压功能，减轻了司钻的劳动强度，从而在小井眼钻井过程中，实现提高机械钻速，提高井眼质量，延长钻头寿命的目的。

Description

一种用于小井眼钻井的加压提速工具

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻井领域。特别涉及一种用于小井眼钻井的加压提速工具。

背景技术

在对井眼进行钻井时，一般是先在地面确定钻井的位置，然后依靠钻进工具进行钻井作业。其中，钻进工具包括钻柱和钻头；钻井作业时，钻头和钻杆同时旋转，钻头用于破碎遇到的岩层。钻头在破碎岩层的同时，通过空心的钻杆注入钻井液，钻头在破碎岩层时产生的大量岩屑由钻井液带到地面。钻进的过程即钻头破碎岩层及通过循环的钻井液不断携带出钻屑并形成井眼的过程。

小井眼钻井作业时，一般通过对钻头施加钻压以便于钻头钻进。而常用的方法就是依靠钻柱和钻柱中钻铤自身的重力向钻头施加钻压。但对于小井眼的钻井作业来说，小井眼钻井所用的钻柱直径小，材质柔软，刚度不大，钻柱的重力小，钻铤自身的重力更小。再加上钻柱与井壁岩层之间的摩擦阻力较大,导致钻压传递困难,不能正常钻进。

因此需要借助一种用于小井眼钻井的加压提速工具将钻井液的液压能转化为轴向推力的机械能，对钻头进行加压,并为钻头提供稳定的轴向压力，从而实现提高钻头钻进速度，延长钻头寿命的目的。

实用新型内容

本实用新型提供了一种用于小井眼钻井的加压提速工具，可解决为小井眼钻进工具施加钻压的问题。技术方案如下：

一方面，提供了一种用于小井眼钻井的加压提速工具，所述用于小井眼钻井的加压提速工具包括：筒体、接头、第一机体、第二机体、花键体、活塞组件、第一心轴、第二心轴、第一连接体、第二连接体和第三连接体；

所述接头、所述第一机体、所述第二机体、所述花键体、所述活塞组件、所述第一心轴、所述第二心轴、所述第一连接体、所述第二连接体和所述第三连接体均位于所述筒体内，且所述接头的上端用于连接钻柱，所述接头的下端连接所述第一机体，所述第一机体通过所述第一连接体向下连接所述第二机体，所述第二机体通过所述第二连接体向下连接所述花键体，所述花键体的下端连接所述活塞组件；所述活塞组件的下端连接第三连接体；所述活塞组件带动所述第一机体、所述第二机体和所述花键体在所述筒体内滑动；

所述第一心轴的下端连接所述第二心轴的上端，所述第二心轴的下端和所述第三连接体均用于连接钻头。

在一种可能的实现方式中，所述用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：第一密封圈和第一背母；

所述第一心轴的上端外壁安装有所述第一密封圈，所述第一密封圈的外侧安装所述第一背母，所述第一背母用于通过所述第一密封圈，将所述第一心轴与所述筒体的外壁压紧。

在另一种可能的实现方式中，所述用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：第二密封圈和第二背母；

所述第一心轴与所述第二心轴的连接处安装有第二密封圈，所述第二密封圈的外侧安装所述第二背母，所述第二背母用于固定所述第一心轴和所述第二心轴，且通过所述第二密封圈，将所述第一心轴与所述第二心轴分别与所述筒体的的外壁压紧。

在另一种可能的实现方式中，所述用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：对开卡环；

所述第一心轴的下端和所述第二心轴的上端通过所述对开卡环连接，且所述对开卡环用于限制所述第一心轴和所述第二心轴相对于第一机体和第二机体的位移。

在另一种可能的实现方式中，所述用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：第三密封圈；

所述第二心轴的下端外壁安装有所述第三密封圈，所述第三密封圈用于密封所述第二心轴的下端外壁和所述筒体的外壁。

在另一种可能的实现方式中，所述活塞组件为所述第一机体、所述第二机体和所述花键体提供的工作行程不大于500毫米。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例提供的用于小井眼钻井的加压提速工具，使用时，接头与钻柱连接，第三连接体和第二心轴均与钻头连接。该工具与钻进工具一起入井，下放钻柱时，待钻头接近井底一定距离时，开泵循环钻井液，此时，活塞组件处于工作行程的下行极限位置。继续下放钻柱，第一机体、第二机体和花键体在工作行程范围内下滑，活塞组件上移，直至工作行程的上行极限位置。继续下放钻柱，第一机体、第二机体和花键体处于活塞组件的工作行程范围内。第一机体、第一连接体、第二机体、第二连接体、活塞组件和第三连接体均位于筒体的一侧，第一心轴和第二心轴均位于筒体的另一侧，且该一侧与该另一侧之间存在空隙，钻井液从空心的钻柱中流向该空隙，至第一心轴处发生局部节流，由于第一心轴的截面积小于钻柱的截面积，在第一心轴的内外形成压力差，该压力差作用在钻头上，为钻头施加钻压。并且，钻头钻进时会受到岩层的作用力，活塞组件在该作用力的作用下向上移动，并带动第一机体、第二机体和花键体向上移动。在钻头继续钻进时，活塞组件向下移动，产生向下的作用力为钻头施加一定的钻压，直至完成行程范围内的自动施加钻压功能。该用于小井眼钻井的加压提速工具采用液压原理，实现了柔性加压，并且活塞组件具有行程范围内的自动施加钻压功能，减轻了司钻的劳动强度，从而在小井眼钻井过程中，实现提高机械钻速，提高井眼质量，延长钻头寿命的目的。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种用于小井眼钻井的加压提速工具的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种用于小井眼钻井的加压提速工具的示意图。

附图标记分别表示：

1-筒体，2-接头，3-第一机体，4-第二机体，5-花键体，6-活塞组件，

7-第一心轴，8-第二心轴，9-第一连接体，10-第二连接体，11-第三连接体，

12-第一密封圈，13-第一背母，14-第二密封圈，15-第二背母，16-对开卡环，

17-第三密封圈。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供了一种用于小井眼钻井的加压提速工具，如图1所示，该用于小井眼钻井的加压提速工具包括：筒体1、接头2、第一机体3、第二机体4、花键体5、活塞组件6、第一心轴7、第二心轴8、第一连接体9、第二连接体10和第三连接体11。

接头2、第一机体3、第二机体4、花键体5、活塞组件6、第一心轴7、第二心轴8、第一连接体9、第二连接体10和第三连接体11均位于筒体1内，且接头2的上端用于连接钻柱，接头2的下端连接第一机体3，第一机体3通过第一连接体9向下连接第二机体4，第二机体4通过第二连接体10向下连接花键体5，花键体5的下端连接活塞组件6；活塞组件6的下端连接第三连接体11；活塞组件带动第一机体、第二机体和花键体在筒体内滑动。

第一心轴7的下端连接第二心轴8的上端，第二心轴8的下端和第三连接体11均用于连接钻头。

在一种可能的实现方式中，活塞组件6为第一机体3、第二机体4和花键体5提供的工作行程不大于500毫米。在活塞组件6的工作行程内，活塞组件6上下移动时，第一机体3、第二机体4和花键体5也随活塞组件6上下移动，且第一机体3、第二机体4和花键体5随活塞组件6上下移动时，相对于第一心轴7作轴向运动。

需要说明的一点是，活塞组件6可移动的工作行程可以有效避免滑动钻进过程中失控情况的发生，并且可作为下放钻进工具的缓冲段，防止溜钻事故的发生。

需要说明的另一点是，该用于小井眼钻井的加压提速工具，通过钻井液弹性吸收原理对钻头进行柔性加压，将井底震动的钻头与位于钻进工具上部的钻柱分隔开，具有减震的作用，还可以有效地保护钻柱和钻头。

本实用新型实施例提供的用于小井眼钻井的加压提速工具，使用时，接头2与钻柱连接，第三连接体11和第二心轴8均与钻头连接。该工具与钻进工具一起入井，下放钻柱时，待钻头接近井底一定距离时，开泵循环钻井液，此时，活塞组件处于工作行程的下行极限位置。继续下放钻柱，第一机体、第二机体和花键体在工作行程范围内下滑，活塞组件上移，直至工作行程的上行极限位置。继续下放钻柱，第一机体、第二机体和花键体处于活塞组件的工作行程范围内。第一机体3、第一连接体9、第二机体4、第二连接体10、活塞组件6和第三连接体11均位于筒体1的一侧，第一心轴7和第二心轴8均位于筒体1的另一侧，且该一侧与该另一侧之间存在空隙，钻井液从空心的钻柱中流向该空隙，至第一心轴7处发生局部节流，由于第一心轴7的截面积小于钻柱的截面积，在第一心轴7的内外形成压力差，该压力差作用在钻头上，为钻头施加钻压。并且，钻头钻进时会受到岩层的作用力，活塞组件6在该作用力的作用下向上移动，并带动第一机体、第二机体和花键体向上移动。在钻头继续钻进时，活塞组件6向下移动，产生向下的作用力为钻头施加一定的钻压，直至完成行程范围内的自动施加钻压功能。该用于小井眼钻井的加压提速工具采用液压原理，实现了柔性加压，并且活塞组件6具有行程范围内的自动施加钻压功能，减轻了司钻的劳动强度，从而在小井眼钻井过程中，实现提高机械钻速，提高井眼质量，延长钻头寿命的目的。

在另一种可能的实现方式中，如图2所示，该用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：对开卡环16。第一心轴7的下端和第二心轴8的上端通过对开卡环16连接，且对开卡环16用于限制第一心轴7和第二心轴8相对于第一机体3和第二机体4的位移。

第一心轴7和第二心轴8通过对开卡环16连接，实现了第一心轴7和第二心轴8的相对静止，并防止第一心轴7和第二心轴8相对于第一机体3和第二机体4发生移动。

在另一种可能的实现方式中，可以根据实际钻井情况，通过改变第一心轴7的截面积的大小，调节第一心轴7内外形成的压力差的大小，以实现为钻头施加不同压力的钻压。相应的，也可以通过增加第一心轴7的长度。或者，在用于小井眼钻井的加压提速工具中设置多个第一心轴7，多个第一心轴7首尾相连，最顶端的第一心轴7的上端与钻柱相连，最顶端的第一心轴7的下端与相邻的第一心轴7的上端相连，该相邻的第一心轴7的下端与下一个第一心轴7的上端相连。按照此方式，依次连接第一心轴7，最底端的第一心轴7的的下端与钻头相连。

在一种可能的实现方式中，为了保证多个第一心轴7之间连接的密封性，多个第一心轴7之间也可以通过多个对开卡环16连接。每两个第一心轴7之间连接一个对开卡环16，当第一心轴7的数量为m时，连接第一心轴7的对开卡环16的数量则为m-1。例如，第一心轴7的数量为3，则连接第一心轴7的对开卡环16的数量为2。

需要说明的一点是，多个第一心轴7相连，可以增加该用于小井眼钻井的加压提速工具的长度，以适应不同深度的井眼，为钻头施加不同压力的钻压。

在另一种可能的实现方式中，该用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：第一密封圈12和第一背母13。第一心轴7的上端外壁安装有第一密封圈12，第一密封圈12的外侧安装第一背母13，第一背母13用于通过第一密封圈12，将第一心轴7与筒体1的外壁压紧。

其中，第一密封圈12可以安装在靠近第一心轴7顶端的位置，也可以安装在第一心轴7中间部分靠近顶端的位置处，例如，该第一密封圈12可以安装在距离第一心轴7顶端四分之一处。在本实用新型实施例中，对该第一密封圈12安装的位置不作具体限定。

另外，第一密封圈12的数量可以为一个，可以为多个。当第一密封圈12的数量为多个时，该多个第一密封圈12之间可以依次排列放置，以提高第一密封圈12的密封区域。并且，当第一密封圈12的数量为多个时，也可以相应增加第一背母13的数量。

第一背母13为能够压紧第一心轴7和筒体1的外壁的任一固定设备；例如，第一背母13可以为螺母或者膨胀螺丝。在本实用新型实施例中，对第一背母13的类型不作具体限定。

需要说明的一点是，该第一背母13通过第一密封圈12，将第一心轴7与筒体1的外壁压紧，实现第一心轴7与筒体1的外壁之间的密封，从而防止钻井液体及钻屑进入第一心轴7与筒体1的外壁之间的间隙，影响该用于小井眼钻井的加压提速工具对钻进工具的加压提速。

在另一种可能的实现方式中，该用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：第二密封圈14和第二背母15。第一心轴7与第二心轴8的连接处安装有第二密封圈14，该第二密封圈14的外侧安装第二背母15，该第二背母15用于固定第一心轴7和第二心轴8，且通过第二密封圈14，将第一心轴7与第二心轴8分别与筒体1的的外壁压紧。

其中，该第二密封圈14可以安装在第一心轴7的底端与第二心轴8的顶端相交的位置。在本实用新型实施例中，对该第二密封圈14安装的位置不作具体限定。

相应的，第二密封圈14的数量可以为一个，可以为多个。当第二密封圈14的数量为多个时，该多个第二密封圈14之间可以依次排列放置，以提高第二密封圈14的密封区域。并且，当第二密封圈14的数量为多个时，也可以相应增加第二背母15的数量。

第二背母15为能够压紧第一心轴7和筒体1的外壁、第二心轴8和筒体1的外壁的任一固定设备；例如，第二背母15可以为螺母或者膨胀螺丝。在本实用新型实施例中，对第二背母15的类型不作具体限定。

需要说明的一点是，第二背母15通过第二密封圈14，实现第一心轴7、第二心轴8与筒体1的外壁之间的密封，从而防止钻井液体及钻屑进入第一心轴7与筒体1的外壁之间的间隙、第二心轴8与筒体1的外壁之间的间隙，影响该用于小井眼钻井的加压提速工具对钻进工具的加压提速。

在另一种可能的实现方式中，该用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：第三密封圈17。第二心轴8的下端外壁安装有第三密封圈17，第三密封圈17用于密封第二心轴8的下端外壁和筒体1的外壁。

第三密封圈17的数量可以为一个，可以为多个。当第三密封圈17的数量为多个时，该多个第三密封圈17之间可以依次排列放置，以提高第三密封圈17的密封区域。

在一种可能的实现方式中，第一密封圈12的形状、第二密封圈14的形状和第三密封圈17的形状可以相同或者不同。在本实用新型实施例中，对第一密封圈12的形状、第二密封圈14的形状和第三密封圈17的形状不作具体限定。优选地，第一密封圈12的形状、第二密封圈14的形状和第三密封圈17的形状相同。

当第一密封圈12的形状、第二密封圈14的形状和第三密封圈17的形状相同时，第一密封圈12的形状、第二密封圈14的形状和第三密封圈17的形状可以为O型密封圈、Y型密封圈或者V型密封圈。优选地，第一密封圈12的形状、第二密封圈14的形状和第三密封圈17的形状为O型密封圈。

需要说明的一点是，O型密封圈密封性能好，运动摩擦阻力小，成本低，便于使用。

在另一种可能的实现方式中，第一密封圈12的数量、第二密封圈14的数量和第三密封圈17的数量可以相同或者不同。在本实用新型实施例中，对第一密封圈12的数量、第二密封圈14的数量、和第三密封圈17的数量不作具体限定。优选地，第一密封圈12的数量、第二密封圈14的数量和第三密封圈17的数量相同。

当第一密封圈12的数量、第二密封圈14的数量和第三密封圈17的数量相同时，第一密封圈12的数量、第二密封圈14的数量和第三密封圈17的数量可以为2、4或者5。优选地，第一密封圈12的数量、第二密封圈14的数量和第三密封圈17的数量均为4。

在一种可能的实现方式中，第一背母13的数量和第二背母15的数量可以相同，也可以不同。在本实用新型实施例中，对第一背母13和第二背母15的数量不作具体限定。优选地，第一背母13的数量和第二背母15的数量相同。

在另一种可能的实现方式中，第一背母13的数量和第二背母15的数量相同时，第一背母13的数量和第二背母15的数量可以为2、4或者5。优选地，第一背母13的数量和第二背母15的数量均为4。

本实用新型实施例提供的用于小井眼钻井的加压提速工具，使用时，该工具与钻进工具一起入井，接头2与钻柱连接，第三连接体11和第二心轴8均与钻头连接。该工具与钻进工具一起入井，下放钻柱时，待钻头接近井底一定距离时，开泵循环钻井液，此时，活塞组件处于工作行程的下行极限位置。继续下放钻柱，第一机体、第二机体和花键体在工作行程范围内下滑，活塞组件上移，直至工作行程的上行极限位置。继续下放钻柱，第一机体、第二机体和花键体处于活塞组件的工作行程范围内。第一机体3、第一连接体9、第二机体4、第二连接体10、活塞组件6和第三连接体11均位于筒体1的一侧，第一心轴7和第二心轴8均位于筒体1的另一侧，且该一侧与该另一侧之间存在空隙，钻井液从空心的钻柱中流向该空隙，至第一心轴7处发生局部节流，由于第一心轴7的截面积小于钻柱的截面积，在第一心轴7的内外形成压力差，该压力差作用在钻头上，为钻头施加钻压。并且，钻头钻进时会受到岩层的作用力，活塞组件6在该作用力的作用下向上移动，并带动第一机体、第二机体和花键体向上移动。在钻头继续钻进时，活塞组件6向下移动，产生向下的作用力为钻头施加一定的钻压，直至完成行程范围内的自动施加钻压功能。该用于小井眼钻井的加压提速工具采用液压原理，实现了柔性加压，并且活塞组件6具有行程范围内的自动施加钻压功能，减轻了司钻的劳动强度。进一步地，还可以通过改变第一心轴7的截面积及数量，调节第一心轴7内外形成的压力差的大小，节省钻铤消耗，减轻钻进工具负荷，从而在小井眼钻井过程中，实现提高机械钻速，提高井眼质量，延长钻头寿命的目的。

本实用新型实施例提供的用于小井眼钻井的加压提速工具，将液压能转化为机械能为钻头施加钻压，改变了常规小井眼中以钻铤自身的重力施加钻压的方式，将刚性加压转变为柔性加压，克服了刚性加压的弊端。

需要说明的一点是，本实用新型实施例中所提到的连接均为可拆卸连接。该可拆卸连接可以为丝扣连接、卡扣连接或者铰链连接等。在本实用新型实施例中对可拆卸连接的方式不作具体限定。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本实用新型的技术方案，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于小井眼钻井的加压提速工具，其特征在于，所述用于小井眼钻井的加压提速工具包括：筒体(1)、接头(2)、第一机体(3)、第二机体(4)、花键体(5)、活塞组件(6)、第一心轴(7)、第二心轴(8)、第一连接体(9)、第二连接体(10)和第三连接体(11)；

所述接头(2)、所述第一机体(3)、所述第二机体(4)、所述花键体(5)、所述活塞组件(6)、所述第一心轴(7)、所述第二心轴(8)、所述第一连接体(9)、所述第二连接体(10)和所述第三连接体(11)均位于所述筒体(1)内，且所述接头(2)的上端用于连接钻柱，所述接头(2)的下端连接所述第一机体(3)，所述第一机体(3)通过所述第一连接体(9)向下连接所述第二机体(4)，所述第二机体(4)通过所述第二连接体(10)向下连接所述花键体(5)，所述花键体(5)的下端连接所述活塞组件(6)；所述活塞组件(6)的下端连接第三连接体(11)；所述活塞组件(6)带动所述第一机体(3)、所述第二机体(4)和所述花键体(5)在所述筒体(1)内滑动；

所述第一心轴(7)的下端连接所述第二心轴(8)的上端，所述第二心轴(8)的下端和所述第三连接体(11)均用于连接钻头。

2.根据权利要求1所述的用于小井眼钻井的加压提速工具，其特征在于，所述用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：第一密封圈(12)和第一背母(13)；

所述第一心轴(7)的上端外壁安装有所述第一密封圈(12)，所述第一密封圈(12)的外侧安装所述第一背母(13)，所述第一背母(13)用于通过所述第一密封圈(12)，将所述第一心轴(7)与所述筒体(1)的外壁压紧。

3.根据权利要求1所述的用于小井眼钻井的加压提速工具，其特征在于，所述用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：第二密封圈(14)和第二背母(15)；

所述第一心轴(7)与所述第二心轴(8)的连接处安装有第二密封圈(14)，所述第二密封圈(14)的外侧安装所述第二背母(15)，所述第二背母(15)用于固定所述第一心轴(7)和所述第二心轴(8)，且通过所述第二密封圈(14)，将所述第一心轴(7)与所述第二心轴(8)分别与所述筒体(1)的外壁压紧。

4.根据权利要求3所述的用于小井眼钻井的加压提速工具，其特征在于，所述用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：对开卡环(16)；

所述第一心轴(7)的下端和所述第二心轴(8)的上端通过所述对开卡环(16)连接，且所述对开卡环(16)用于限制所述第一心轴(7)和所述第二心轴(8)相对于第一机体(3)和第二机体(4)的位移。

5.根据权利要求1所述的用于小井眼钻井的加压提速工具，其特征在于，所述用于小井眼钻井的加压提速工具还包括：第三密封圈(17)；

所述第二心轴(8)的下端外壁安装有所述第三密封圈(17)，所述第三密封圈(17)用于密封所述第二心轴(8)的下端外壁和所述筒体(1)的外壁。

6.根据权利要求1所述的用于小井眼钻井的加压提速工具，其特征在于，所述活塞组件(6)为所述第一机体(3)、所述第二机体(4)和所述花键体(5)提供的工作行程不大于500毫米。