CN211144371U - 钻井装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种钻井装置。所述钻井装置包括：柱形主体、驱动组件和至少一组导向组件；每组导向组件，至少包括三个可活动部，所述至少三个可活动部沿柱形主体的周向等间隔分布；驱动组件，设置在柱形主体上，与可活动部相连接，用于单独驱使每个可活动部沿柱形主体的径向向外伸出与收回。该技术方案可以在柱形主体旋转过程中，通过驱动组件使所述至少三个可活动部轮流伸出与井壁接触和与井壁接触后收回，实现对钻井装置在旋转钻进过程中的钻进导向，使钻井装置可以在钻井过程中轻易改变钻进方向，在实现对井眼轨迹精确控制的同时，提高了钻井效率，降低了钻井成本。

Description

钻井装置

技术领域

本实用新型涉及石油天然气探测开发技术领域，尤其涉及一种钻井装置。

背景技术

现代钻井技术的发展方向是摩阻与扭矩小、钻速高、成本低、建井周期短、井眼轨迹平滑、易调控并可延长水平段长度等特点。自动、灵活的调整井斜和方位，可以大大提高钻井速度和钻井安全性，精确地控制井眼轨迹是目前开发特殊油藏的超深井、高难度定向井、水平井、大位移井、智能井等特殊工艺井的钻井需要。然而，由于现有的钻井工具并不具有钻井过程中的钻进导向作用，因此造成现有技术中井眼轨迹不能得到精确控制。

实用新型内容

为了克服相关技术中因钻井工具不能实现随钻导向而造成井眼轨迹不能得到精确控制的问题，本实用新型实施例提供一种钻井装置。

所述钻井装置包括：柱形主体、驱动组件和至少一组导向组件；每组导向组件，至少包括三个可活动部，所述至少三个可活动部沿所述柱形主体的周向等间隔分布；所述驱动组件，设置在所述柱形主体上，与所述可活动部相连接，用于单独驱使每个所述可活动部沿所述柱形主体的径向向外伸出与收回。

在一个实施例中，所述柱形主体还包括多个凹槽，每个凹槽与一个可活动部可活动且密封连接，形成密封腔室。

在一个实施例中，所述可活动部设置有磁铁，所述驱动组件包括多组驱动部，每组驱动部包括连接件和电磁铁；其中，所述连接件与对应的可活动部相连接；所述电磁铁，在通电或断电情况下，与所述对应的可活动部的磁铁之间产生排斥力或吸引力；所述排斥力或吸引力驱使所述对应的可活动部沿所述柱形主体的径向向外伸出与收回。

在一个实施例中，所述柱形主体还包括固定部，固定于所述凹槽内，且与所述凹槽之间形成卡槽，所述可活动部通过所述卡槽与所述凹槽可活动且密封连接。

在一个实施例中，所述可活动部包括第一叶片和第二叶片；所述第二叶片，设置在所述第一叶片远离所述柱形主体的外表面；所述第二叶片为螺旋叶片，其中，两个第二叶片之间形成钻井液的过流通道。

在一个实施例中，所述第二叶片的延伸形状的螺旋线方程为：

其中，R为所述柱形主体的外径，t为参数变量，取值范围为[0，+∞]，当t趋于零时，初始螺旋角为a/2，其中，0≤a≤135。

在一个实施例中，所述第二叶片的两端分别设置有倒角，所述倒角大小为40°～50°。

在一个实施例中，在所述可活动部处于收回状态时，所述第一叶片远离所述柱形主体的外表面与所述柱形主体的外表面平齐。

在一个实施例中，所述钻井装置还包括供电单元和控制单元，均设置于所述柱形主体上；所述供电单元，用于提供钻井装置的电子元件所需电能；所述控制单元，一端与所述供电单元连接，另一端与所述电磁铁连接，用于控制所述电磁铁的通电与断电频率，以使所述至少三个可活动部以预设频率沿所述柱形主体的径向轮流向外伸出与收回。

在一个实施例中，所述钻井装置还包括接头，设置于所述柱形主体的两端，用于将所述柱形主体与钻杆进行连接，其中，所述接头上设置有螺纹，所述螺纹的倾斜角度为18°～22°。

本实用新型实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:通过在钻井装置的柱形主体上设置驱动组件和至少一组导向组件，可以在柱形主体旋转过程中，通过驱动组件控制至少一组导向组件的可活动部轮流伸出与井壁接触和接触后收回，实现对钻井装置在旋转钻进过程中的钻进导向，使钻井装置可以在钻井过程中轻易改变钻进方向，在实现对井眼轨迹精确控制的同时，提高了钻井效率，降低了钻井成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的钻井装置的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的钻井装置的部分拆分结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的钻井装置的剖视图。

图4是根据一示例性实施例示出的可活动部的结构示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的可活动部的剖视图。

图6是根据一示例性实施例示出的套筒的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的设备和方法的例子。

本实用新型实施例提供的技术方案涉及一种钻井装置，图1是根据一示例性实施例示出的钻井装置的结构示意图。如图1所示，钻井装置包括接头1、接头2、柱形主体3、驱动组件(图中未示出)和至少一组导向组件。

这里，接头1为公接头、接头2为母接头，分别位于柱形主体3的两端，用于将柱形主体3与钻杆(图中未示出)进行连接；在钻井作业时，柱形主体3可绕轴心进行顺时针或逆时针旋转。接头1和接头2可以与柱形主体3摩擦焊接，以保证焊接质量与连接强度，也可以由坯料机械加工而成；接头1和接头2上设置有螺纹，可以与钻杆进行螺纹连接。这里，接头1和接头2符合API和其他行业标准。如图1所示，每组导向组件至少包括三个可活动部4，所述至少三个可活动部4沿柱形主体3的周向等间隔均匀分布。这里，可活动部4可以是在收回状态下仍完全凸出柱形主体3外表面的部件，也可以是如图1所示的在收回状态下部分凸出柱形主体3外表面的部件，还可以是在收回状态下远离柱形主体3的外表面与柱形主体3的外表面相平齐的部件，只要可以在伸出状态下存在凸出于柱形主体3外侧的部分即可，本实用新型在此不做具体限制。驱动组件设置在柱形主体3上，且与可活动部4相连接，用于单独驱使每个可活动部4沿柱形主体3的径向向外伸出与收回，图1中每个可活动部4均处于收回状态。示例的，可活动部4表面镀铬且涂覆特氟龙特层，以防止钻井过程中泥包的产生。

这里，驱动组件可以为液压驱动机构，且通过至少三个单独控制的液压杆与可活动部4对应连接，以通过单独控制每个液压杆的伸缩而使每个可活动部4沿柱形主体3的径向向外伸出与收回，进而可以通过驱使所述至少三个可活动部4轮流伸出与井壁接触，以及与井壁接触后收回，来实现对钻井装置在旋转钻进过程中的钻进导向作用，使钻井装置可以在钻井过程中轻易改变钻进方向，而且还可以降低卡钻风险。这里，如图1所示，导向组件与接头2之间还包括光杆部分，该光杆部分的长度L可以为300mm～400mm，该长度L大于普通卡瓦或吊卡的高度，以方便起钻、下钻时的上扣和卸扣作业。

本实施例中，通过在钻井装置的柱形主体3上设置至少一组导向组件和驱动组件，可以在柱形主体3旋转过程中，通过驱动组件控制至少一组导向组件的可活动部轮4流伸出与井壁接触和接触后收回，实现对钻井装置在旋转钻进过程中的钻进导向，使钻井装置可以在钻井过程中轻易改变钻进方向，在实现对井眼轨迹精确控制的同时，提高了钻井效率，降低了钻井成本。

在一个实施例中，柱形主体3还包括多个凹槽，每个凹槽与一个可活动部4可活动且密封连接，以在凹槽6与可活动部之间形成密封腔室。示例的，柱形主体3可以包括至少三个凹槽，每个凹槽与一个可活动部4所在的位置相对应，可活动部4可以盖合在对应的凹槽上，且通过格莱圈与凹槽边缘可活动且密封连接，从而避免在可活动部4伸出或收回的过程中泥浆进入凹槽内。这里，可活动部4在伸出与收回状态时均与凹槽处于密封连接。这里，设置多个凹槽可以在可活动部4的形状与凹槽形状相匹配且每个可活动部4处于收回状态时，使可活动部4的远离柱形主体3的外表面可以与柱形主体3的外表面相平齐，从而便于钻井装置的钻进。

本实施例中，通过设置多个凹槽，可以在可活动部4的形状与凹槽形状相匹配且每个可活动部4处于收回状态时，使可活动部4远离柱形主体3的外表面与柱形主体3的外表面相平齐，从而便于钻井装置的钻进。

在一个实施例中，图2是根据一示例性实施例示出的钻井装置的部分拆分结构示意图，图3是根据一示例性实施例示出的钻井装置的剖视图，其中图2未示出可活动部4。同时参考图2与图3，驱动组件包括多组驱动部，驱动部设置于可活动部4与凹槽6所形成的密封腔室7内，可活动部4设置有磁铁，每组驱动部包括连接件51(图2中未示出)和电磁铁52，其中，连接件51与对应的可活动部4相连接。电磁铁52由至少一个螺线管组成，在通电或断电情况下，与对应的可活动部4的磁铁之间可以产生排斥力或吸引力。如图3所示，钻井装置还包括供电单元8和控制单元9，均设置于所述柱形主体3上。供电单元8用于提供钻井装置的电子元件所需电能；控制单元9的一端与供电单元8连接，另一端与电磁铁52连接，用于控制电流的方向和电流脉冲频率，以一定频率使对应的电磁铁52通电与断电，进而使所述至少三个可活动部4以预设频率沿柱形主体3的径向轮流向外伸出与收回，进行钻进过程中的导向，示例的，图3所示的可活动部4处于伸出状态。示例的，当电磁铁52通电后会与对应的可活动部4的磁铁之间产生排斥力，该排斥力驱使对应的可活动部4沿柱形主体3的径向向外伸出，而当电磁铁52断电后则会与对应的可活动部4的磁铁之间产生吸引力，该吸引力驱使伸出的可活动部4沿柱形主体3的径向向内收回。示例的，连接件51可以是高强度弹性件，如高强度弹簧等，一端与可活动部4连接，另一端固定于柱形主体3内，一方面用于将伸出的可活动部4进行固定，另一方面用于在电磁铁52断电时，通过自身的弹性恢复力辅助伸出后的可活动部4收回，从而避免伸出的可活动部4不易收回的情况。

这里，当柱形主体3上未设置凹槽6时，电磁铁52可设置于柱形主体3内，连接件51的一端可与柱形主体3连接，另一端则与可活动部4连接，可活动部4则在电磁铁52与磁铁之间所产生的排斥力或吸引力的作用下，沿柱形主体3的径向向外伸出与收回。

本实施例中，采用电磁铁52和磁铁之间的吸引力和排斥力驱使可活动部4沿柱形主体3的径向活动，相比于采用液压机构驱动而言，结构更加简单、稳定，而且使得可活动部4伸出与收回的速度更快。

在一实施例中，继续参考图3，钻井装置还包括液压传感器10、泥浆孔11、泥浆通道12和信号交流槽13。液压传感器10设置于柱形主体3内，信号交流槽13设置于柱形主体3上。泥浆孔11设置于柱形主体3的两端且与泥浆通道12连通，液压传感器10设置于泥浆通道12上且与控制单元9的一端连接，用于检测流入泥浆通道12的泥浆所产生的压力。控制单元9的一端还与供电单元8连接，另一端还通过设置于信号交流槽13内的导电滑环与电磁铁52连接。示例的，在钻井过程中，泥浆从泥浆孔11进入泥浆通道12时产生压力，当液压传感器10检测到特定的压力信号时向控制单元9发送信号，控制单元9根据该信号控制电流的方向和电流脉冲频率，以一定频率使对应的电磁铁52通电与断电，进而使所述至少三个可活动部4以预设频率沿柱形主体3的径向轮流向外伸出与收回。

在一实施例中，继续同时参考图2和图3，柱形主体3还包括固定部14，固定于凹槽6内，固定部14靠近凹槽6的位置上设置有格莱圈15，固定部14与凹槽6之间，以及固定部14相互之间形成卡槽16；可活动部4通过卡槽16和格莱圈15与凹槽6可活动且密封连接。示例的，当电磁铁52和连接件51均位于凹槽6内时，电磁铁52可以固定于固定部14之间，连接件51未与可活动部4连接的一端可以固定于固定部14上的通孔内。

本实施例中，通过在柱形主体3内设置固定部14，一方面可以与凹槽6的边缘形成卡槽16，便于可活动部4与凹槽6的连接，另一方面可以将位于凹槽6内的连接件51和电磁铁52进行固定，避免柱形主体3旋转过程中对连接件51和电磁铁52的影响。

在一实施例中，图4是根据一示例性实施例示出的可活动部4的结构示意图。如图4所示，可活动部4包括第一叶片41和第二叶片42，第二叶片42设置在第一叶片41远离柱形主体3的外表面，第二叶片42为螺旋叶片，其中，两个第二叶片42之间形成钻井液的过流通道。这里，每个可活动部4包括至少一个第二叶片42，示例的，如图4所示，每个可活动部4只包括一个第二叶片42。每个第二叶片42可以是正螺旋叶片，也可以是反螺旋叶片，其中，正螺旋叶片为当用右手握住柱形主体3，且右手大拇指与钻井液上返方向一致时，螺旋叶片的缠绕方向与四指弯曲方向一致的螺旋叶片；反螺旋叶片则为当用右手握住柱形主体3，且右手大拇指与钻井液上返方向一致时，螺旋叶片的缠绕方向与四指弯曲方向相反的螺旋叶片，即正螺旋叶片指以顺时针方向旋转时旋进的叶片，反螺旋叶片指以顺时针方向旋转时旋出的叶片；示例的，所述钻井液上返方向为由接头1指向接头2的方向。这里，螺旋叶片在随柱形主体3进行旋转时，会对上、下游的环空钻井液产生螺旋涡流诱导作用，使钻井液沿由接头1至接头2的方向形成强烈且稳定的螺旋流，使得岩屑可以均匀分散在钻井液中，抑制了岩屑床和沙丘的形成，提高了岩屑的清洁效率，使得导向组件在具有钻井导向作用的同时，还具有高效的岩屑清洁作用。而且，相比于普通的提高钻井液返速、改善钻井液流变性能和提高钻杆转速等耗能且牺牲钻时的方法，本实用新型通过螺旋叶片旋转时使钻井液形成强烈且稳定的螺旋流，通过形成的强烈螺旋流提高岩屑携带能力的方法，耗能低、不会对影响钻时，而且易于实现。

继续参考图4，第一叶片41还包括容置槽410，磁铁置于容置槽410内。示例的，所述磁铁可以是永磁铁，且密封放置于容置槽410内，以避免永磁铁与外界的接触，从而延长永磁铁的使用寿命。

本实施例中，通过使可活动部4包括螺旋叶片，可以使导向组件在具有钻井导向作用的同时，还具有高效的岩屑清洁作用，从而提高钻井的效率与质量。

在一实施例中，所述第二叶片沿柱形主体3的轴向延伸，延伸形状的螺旋线方程为：

其中，R为所述柱形主体的外径，t为参数变量，取值范围为[0，+∞]，当t趋于零时，初始螺旋角为a/2，其中，0≤a≤135°。该螺旋线形状可以是等螺距螺旋线，也可以是变螺距螺旋线。

在一实施例中，继续参考图3，第二叶片42的螺旋延伸方向上的两端分别设置有倒角C，倒角C大小为40°～50°。倒角C的设置可以在强行起、下钻的过程中方便通过井口的防喷器胶芯，有利于钻井事故的处理。示例的，如图3所示，倒角C可以为45°。

本实施例中，通过在第二叶片42的螺旋延伸方向上的两端分别设置倒角C，可以在强行起、下钻的过程中方便通过井口的防喷器胶芯，有利于钻井事故的处理。

在一实施例中，图5是根据一示例性实施例示出的可活动部4的剖视图。如图5所示，第二叶片42的横截面可以为类梯形，示例的，上边线a和下边线b为圆弧，左边线c和右边线d为直线，且左边线c与第二叶片42远离柱形主体3的外表面s的切线e1垂直相交，右边线d与切线e2倾斜相交；且左边线c与右边线d的延伸线所形成的夹角

其中，n为钻井装置的最大转速，单位为r/min。这里，左边线c所在面为扰流面，能够在旋转过程中搅动钻井液，右边线d所在面则为支撑面，用于加固第二叶片42。示例的，上边线a距离外表面s的最大距离与提升短接的外径长度相等。在另一实施例中，还可以是左边线c与外表面s的切线e1倾斜相交，右边线d与切线e2垂直相交，本实用新型对此不做具体限制。在其他实施例中，左边线c和右边线d可以在外表面s的上方相交，以使第二叶片42的横截面为类三角形；左边线c和右边线d还可以相互平行且长度相等，上边线a还可以是直线等，以使第二叶片42的横截面为类长方形或类正方形；以及，左边线c和右边线d还可以是永不相交的两条曲线，本实用新型在此对第二叶片42的横截面的形状不做具体限定。

在一实施例中，继续参考图1，在可活动部4处于收回状态时，第一叶片41远离柱形主体3的外表面与柱形主体3的外表面平齐，如此，可以使可活动部4均处于收回状态时，两个可活动部4上的两个第二叶片42之间形成平滑的钻井液过流通道，使得钻井液易于流过，从而有利于提高钻井液携带岩屑的能力。

本实施例中，通过在可活动部4处于收回状态时，第一叶片41远离柱形主体3的外表面与柱形主体3的外表面平齐，可以使可活动部4均处于收回状态时，两个可活动部4的两个第二叶片42之间形成平滑的钻井液过流通道，使得钻井液易于流过，从而进一步提高钻井液携带岩屑的能力。

在一实施例中，接头1和接头2上均设置有螺纹，螺纹的倾斜角度为18°～22°。示例的，所述螺纹的倾斜角度为20°，这种角度的螺纹可以最大限度地增加接头的扣合能力。示例的，螺纹表面可以采用烤蓝处理，以增加抗磨强度和抗腐蚀性。

本实施例中，通过将接头1、接头2上的螺纹设置为18°～22°，可以增加接头的扣合能力，使其与钻杆的连接更紧固。

在一实施例中，图6是根据一示例性实施例示出的套筒的结构示意图。同时参考图2、3和图6，钻井装置还包括套筒17，套设于柱形管体3上，套筒17上设置有通孔171和螺孔172。套筒17通过螺孔172和螺丝与柱形主体3紧固连接，示例的，螺孔172内可注入硅脂进行密封，避免泥浆从螺孔172流入套筒17内。通孔171与泥浆孔11连通，用于使泥浆流入泥浆孔11。

本实施例中，在柱形主体3上设置套筒17，可以对供电单元8和液压传感器10等电子元件进行密封保护，延长液压传感器10等电子元件的使用寿命。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种钻井装置，其特征在于，包括：

柱形主体、驱动组件和至少一组导向组件；

每组导向组件，至少包括三个可活动部，所述至少三个可活动部沿所述柱形主体的周向等间隔分布；

所述驱动组件，设置在所述柱形主体上，与所述可活动部相连接，用于单独驱使每个所述可活动部沿所述柱形主体的径向向外伸出与收回。

2.如权利要求1所述的钻井装置，其特征在于，所述柱形主体还包括：

多个凹槽，每个凹槽与一个可活动部可活动且密封连接，形成密封腔室。

3.如权利要求1所述的钻井装置，其特征在于，所述可活动部设置有磁铁，所述驱动组件包括：

多组驱动部，每组驱动部包括连接件和电磁铁；

其中，所述连接件与对应的可活动部相连接；所述电磁铁，在通电或断电情况下，与所述对应的可活动部的磁铁之间产生排斥力或吸引力；所述排斥力或吸引力驱使所述对应的可活动部沿所述柱形主体的径向向外伸出与收回。

4.如权利要求2所述的钻井装置，其特征在于，所述柱形主体还包括：

固定部，固定于所述凹槽内，且与所述凹槽之间形成卡槽，所述可活动部通过所述卡槽与所述凹槽可活动且密封连接。

5.如权利要求1所述的钻井装置，其特征在于，所述可活动部包括：

第一叶片和第二叶片；

所述第二叶片，设置在所述第一叶片远离所述柱形主体的外表面；

所述第二叶片为螺旋叶片，其中，两个第二叶片之间形成钻井液的过流通道。

6.如权利要求5所述的钻井装置，其特征在于，所述第二叶片的延伸形状的螺旋线方程为：

其中，R为所述柱形主体的外径，t为参数变量，取值范围为[0，+∞]，当t趋于零时，初始螺旋角为a/2，其中，0≤a≤135。

7.如权利要求5所述的钻井装置，其特征在于，所述第二叶片的两端分别设置有倒角，所述倒角大小为40°～50°。

8.如权利要求5所述的钻井装置，其特征在于，在所述可活动部处于收回状态时，所述第一叶片远离所述柱形主体的外表面与所述柱形主体的外表面平齐。

9.如权利要求3所述的钻井装置，其特征在于，所述钻井装置还包括：

供电单元和控制单元，均设置于所述柱形主体上；

所述供电单元，用于提供钻井装置的电子元件所需电能；

所述控制单元，一端与所述供电单元连接，另一端与所述电磁铁连接，用于控制所述电磁铁的通电与断电频率，以使所述至少三个可活动部以预设频率沿所述柱形主体的径向轮流向外伸出与收回。

10.如权利要求1-9任意一项所述的钻井装置，其特征在于，所述钻井装置还包括：

接头，设置于所述柱形主体的两端，用于将所述柱形主体与钻杆进行连接，其中，所述接头上设置有螺纹，所述螺纹的倾斜角度为18°～22°。

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