CN217129431U - 免起钻穿越漏层的动力钻具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种免起钻穿越漏层的动力钻具,钻杆下端连接有堵漏阀和无磁钻铤,无磁钻铤内置有随钻测斜仪,无磁钻铤的下端依次安装有尾扶正器、螺杆钻具和钻头;堵漏阀的阀体中部对称设有两个阀体水眼,阀体的中部内腔设有滑套,滑套上部设有滑套水眼,滑套水眼与阀体水眼相对应,滑套的中部内台肩上方固定有球座,滑套底部支撑在弹簧上,弹簧的下端抵靠在阀体的内台阶上,阀体下端旋接有加长下接头,加长下接头的中心孔与滑套及阀体的中心孔相贯通,加长下接头的内腔下部固定有镂空的挡球座。本钻具无需起下钻,即可进行多次堵漏作业,大幅缩短了井漏处理周期,大大降低了堵漏工作量,堵漏材料及配方的选择也更为灵活,从而提高堵漏成功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种动力钻具,尤其涉及一种免起钻穿越漏层的动力钻具,属于井下钻具技术领域。
背景技术
现有的煤层气井,通常采用两级井身结构设计,即一开由311.2mm钻头开导,下入244.5mm套管封固上部松散地层,二开215.9mm井眼通常使用弯螺杆复合钻进,钻完直井段后直接进行定向造斜钻进,直至见到煤层后起钻更换钻具组合。
在钻进过程中如果遇到漏层,传统的作业需要经历如下工序:起钻→取出MWD随钻测斜仪,拆掉螺杆钻具和钻头→下光钻杆→通过光钻杆下堵漏材料,并挤压进漏层→起出光钻杆→重新组合钻具,调试仪器→下钻→恢复钻进。对于311.2mm的井眼,以上工序至少需要花费36小时,其中起下钻、拆卸组合钻具的时间占堵漏流程时间的80%以上,无效时间占比太大,且工作量巨大。尤其对于深井,或多次钻遇漏层,工作量更大,费时费力。
螺杆钻具是一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置。当高压液体进入钻具时,迫使转子在定子中滚动,马达产生的扭矩和转速通过万向轴传递到传动轴和钻头上,达到钻进的目的。
螺杆钻具自上而下依次包括螺杆旁通阀、马达总成、万向轴总成和传动轴总成。螺杆旁通阀设置在马达上方,下钻时,井眼中的钻井液由螺杆旁通阀引入钻杆内,减小下钻过程中的阻力,平衡钻杆内外的液柱压力。起钻时,钻杆内的钻井液经旁通孔流入环空,不致使钻井液溢于井台。钻具工作时,高压钻井液推动阀芯,压缩弹簧,关闭旁通孔,所有钻井液流经马达,把压力能转换为机械能。
万向轴总成是将马达的偏心运动变换为传动轴的定轴旋转,同时传递扭矩给传动轴。传动轴将马达的旋转扭矩传递给钻头,同时承受钻压产生的轴向和径向负荷。在万向轴总成下部设置一带角度的短节,从而使弯曲点尽可能靠近钻头,提高造斜率。
传统螺杆钻具万向节普遍使用的是花瓣式万向节,通过花瓣的相互咬合来传递扭矩。由于花瓣咬合是点接触,扭矩较大,磨损严重;花瓣根部受到的弯矩较大,容易从花瓣根部断裂;调心功能差,容易受到钻井液的腐蚀,使用寿命短。
实用新型内容
本实用新型的目的在于,克服现有技术中存在的问题,提供一种免起钻穿越漏层的动力钻具,无需起下钻,即可进行多次堵漏作业,大幅缩短了井漏处理周期,大大降低了堵漏工作量,堵漏材料及配方的选择也更为灵活,从而提高堵漏成功率。
为解决以上技术问题,本实用新型的一种免起钻穿越漏层的动力钻具,包括钻杆,所述钻杆的下端连接有堵漏阀,所述堵漏阀的下端连接有无磁钻铤,所述无磁钻铤的内腔安装有MWD测斜仪,所述无磁钻铤的下端安装有尾扶正器,所述尾扶正器的下端连接螺杆钻具,所述螺杆钻具的下端安装有钻头;所述堵漏阀包括阀体,所述阀体的中部对称设有两个阀体水眼,所述阀体的中部内腔设有滑套,所述滑套的上部设有滑套水眼,所述滑套水眼与阀体水眼相对应,所述滑套的中部内台肩上方固定有球座,所述滑套的底部支撑在弹簧上,所述弹簧的下端抵靠在所述阀体的内台阶上,所述阀体的下端旋接有加长下接头,所述加长下接头的中心孔与滑套及阀体的中心孔相贯通,所述加长下接头的内腔下部固定有镂空的挡球座。
作为本实用新型的改进,所述弹簧套装阀体中心管上,所述阀体中心管的下端与阀体内台阶的内缘连为一体,所述阀体中心管的上端抵靠在所述滑套的内台阶下方。
作为本实用新型的进一步改进,所述阀体的上部台阶上固定有限位环,所述限位环的中心孔直径小于所述滑套的外径。
作为本实用新型的进一步改进,当主球坐封在所述球座的上端口时,两个副球可坐封在相应滑套水眼的内端口。
作为本实用新型的进一步改进,所述阀体水眼的内端口设有喉口,所述喉口的孔径小于滑套水眼的孔径,所述喉口处可坐封锁定球。
作为本实用新型的进一步改进,所述螺杆钻具自上而下依次包括螺杆上接头、螺杆旁通阀、防掉总成、螺杆动力段、万向轴总成和传动轴总成,所述万向轴总成包括位于中间的连杆和分别连接在连杆两端的万向接头,所述连杆的两端分别插接在万向接头的沉孔中,所述连杆的两端外周分别设有外鼓形齿,所述外鼓形齿与万向接头沉孔内周壁的内鼓形齿相啮合,所述连杆的两端头中心分别嵌有承力球,所述承力球分别抵靠在万向接头的沉孔底壁中心;所述连杆的两端台肩分别抵靠有内角轴承,所述内角轴承的外球面支撑在外角轴承的内球面上,外角轴承的内端头抵靠在万向接头的内台阶上;所述万向接头沉孔的外端口分别覆盖有压盖,所述压盖的外缘分别通过螺钉固定在相应万向接头上,所述压盖的内端面分别设有压盖内凸圈,所述压盖内凸圈分别抵靠在所述外角轴承的底部。
相对于现有技术,本实用新型取得了以下有益效果:1、省去了起钻、取出测斜仪,拆掉螺杆钻具和钻头、下光钻、起出光钻杆、重新组合钻具、调试仪器和下钻等工序,通过投入主球和副球,轻松打开或关闭堵漏阀,直接进行不起钻堵漏作业,大幅缩短了井漏处理周期,大大降低了堵漏工作量。
2、本工具在钻柱不旋转的条件下,依靠螺杆钻具带动钻头旋转,实现进尺并导向钻进。万向轴总成可传递较大的扭矩,承载径向载荷和轴向载荷的能力均很强,且自调心功能优越,工作状态平稳,不易发生损坏或故障,使用寿命长。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明,附图仅提供参考与说明用,非用以限制本实用新型。
图1为本实用新型免起钻穿越漏层的动力钻具的结构示意图;
图2为图1中堵漏阀进行堵漏或清洗时的工作状态图;
图3为图1中堵漏阀进行反激活时的状态图;
图4为起钻或反循环作业时的堵漏阀状态图;
图5为图1中螺杆钻具的结构示意图;
图6为图5中转子的结构示意图;
图7为图5中万向轴总成的结构示意图;
图8为图7上部的放大图。
图中:A.钻杆;B.堵漏阀;1.阀体;1a.阀体水眼;1b.阀体中心管;2.限位环;3.滑套;3a.滑套水眼;4.球座;5.弹簧;6.加长下接头;6a.容球腔;7.挡球座;8.主球;9.副球;10.锁定球;C.无磁钻铤;D.尾扶正器;E.螺杆钻具;11.螺杆上接头;12.螺杆旁通阀;13.防掉总成;13a.防掉装置;14.螺杆动力段;14a.螺杆转子;15.万向轴总成;15a.万向接头;15a1.内鼓形齿;15a2.径向注油孔;15a3.密封螺塞;15b.连杆;15b1.外鼓形齿;15c.承力球;15d.内角轴承;15e.外角轴承;15f.压盖;15f1.压盖内凸圈;15g.压盖O型圈;15h.端面密封圈;16.调弯壳体;17.传动轴总成;17a.传动芯轴;17b.传动轴下接头;18.近钻头扶正器;F.钻头。
具体实施方式
在本实用新型的以下描述中,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指装置必须具有特定的方位。
如图1所示,本发明免起钻穿越漏层的动力钻具包括钻杆A,钻杆A的下端连接有堵漏阀B,堵漏阀B的下端连接有无磁钻铤C,无磁钻铤C的内腔安装有MWD测斜仪,无磁钻铤C的下端安装有尾扶正器D,尾扶正器D的下端连接螺杆钻具E,螺杆钻具E的下端安装有钻头F。
如图2至图4所示,堵漏阀B包括阀体1,阀体1的中部对称设有两个阀体水眼1a,阀体1的中部内腔设有滑套3,滑套3的上部设有滑套水眼3a,滑套水眼3a与阀体水眼1a相对应,滑套3的中部内台肩上方固定有球座4,滑套3的底部支撑在弹簧5上,弹簧5的下端抵靠在阀体1的内台阶上,阀体1的下端旋接有加长下接头6,加长下接头6的中心孔与滑套3及阀体1的中心孔相贯通,加长下接头6的内腔下部固定有镂空的挡球座7。
弹簧5套装阀体中心管1b上,阀体中心管1b的下端与阀体内台阶的内缘连为一体,阀体中心管1b的上端抵靠在滑套3的内台阶下方。相当于在阀体的中段设置一个环形深腔,先将弹簧5放入深腔中,后将滑套3的下端插入深腔上端。
阀体的上部台阶上固定有限位环2,限位环2的中心孔直径小于滑套3的外径,对滑套3进行上限位。
正常钻进时,弹簧5的张力将滑套3向上推起,使滑套水眼3a与阀体水眼1a错开,即关闭阀体水眼1a,液流沿阀体中心孔及加长下接头6的中心孔下行,通过螺杆钻具E驱动钻头F旋转。
如图2所示,当钻头F钻遇漏层时,上提钻具至安全井段,投入主球8,主球8下落并坐封在球座4的上端口后,将阀体中心孔道封住,通过低泵冲憋压,使压差达到1MPa左右,滑套3下行并压缩弹簧5,使滑套水眼3a与阀体水眼1a对齐。然后将排量提高至堵漏施工排量,泵入堵漏浆,堵漏浆直接从阀体水眼1a进入漏层进行堵漏。由于滑套水眼3a与阀体水眼1a的孔径比较大,4¾"及6¾"的钻具,滑套水眼3a孔径为27.9mm;8¼"的钻具,滑套水眼3a孔径为34.3mm,便于通过大颗粒材料及水泥堵漏。
停泵后,阀体水眼1a自动关闭,减少井控风险。需要重新打开阀体水眼1a时,缓慢开泵即可再次作业。
如图3所示,堵漏施工完成后,需要恢复钻进时,投入两个副球9,两副球9分别坐封在滑套水眼3a的内端口开始憋压,憋压提高至15-21MPa,达到主球8的剪切压力,主球8变形或被剪坏,穿过球座4,落入加长下接头6中,被挡球座7挡住,副球9的直径小于主球8,可直接穿过球座4下落。
加长下接头6的中心孔提供了较大的容球腔6a,可以存放多组主球8或副球9,满足多漏层封堵的开关阀需求。
在钻遇大斜度井段时,可以投入主球8,进行大排量洗井,冲刷岩屑床,提供洗井效率。
如图4所示,阀体水眼1a的内端口设有喉口,喉口的孔径小于滑套水眼3a的孔径,喉口处可坐封锁定球10。起钻或需要反循环时,先投入主球8并坐封在球座4上,然后投入一颗非金属材料的锁定球10,锁定球10滚入一侧的滑套水眼3a,坐封在喉口处,将该阀体水眼1a封闭,另一个阀体水眼1a保持畅通,可避免因下部钻具水眼不通导致起钻时喷泥浆。
需要关闭全阀体水眼1a时,投入两颗副球9,将锁定球10挤出环空,然后继续憋压,穿过球座4,滑套3上行使旁通系统关闭。
如图5至图8所示,螺杆钻具E包括螺杆上接头11、螺杆旁通阀12、防掉总成13、螺杆动力段14、万向轴总成15、传动轴总成17和近钻头扶正器18。万向轴总成15连接在螺杆动力段14的下端,传动轴总成17连接在万向轴总成15的下端。万向轴总成15包括位于中间的连杆15b和分别连接在连杆15b两端的万向接头15a,万向接头15a的外端头分别设有锥形公扣;连杆15b的两端分别插接在万向接头15a的沉孔中,连杆15b的两端外周分别设有外鼓形齿15b1,外鼓形齿15b1与万向接头沉孔内周壁的内鼓形齿15a1相啮合,连杆15b的两端头中心分别嵌有承力球15c,承力球15c分别抵靠在万向接头15a的沉孔底壁中心。
承力球15c顶在万向接头15a的轴心,既能承受巨大的轴向力,又具有调心功能;连杆15b可绕承力球15c摆动一定角度以适应连杆轴线与万向接头轴线之间的偏差。外鼓形齿15b1与内鼓形齿15a1相啮合,既能可靠地将来自马达的扭矩传递给传动轴及钻头,又具有一定的调心功能,自动补偿上下两端的同轴度误差,鼓形齿之间的啮合可靠,不容易折断。
连杆15b的两端台肩分别抵靠有内角轴承15d,内角轴承15d的外球面支撑在外角轴承15e的内球面上,外角轴承15e的内端头抵靠在万向接头15a的内台阶上;万向接头沉孔的外端口分别覆盖有压盖15f,压盖15f的外缘分别通过螺钉固定在相应万向接头15a上,压盖15f的内端面分别设有压盖内凸圈15f1,压盖内凸圈15f1分别抵靠在外角轴承15e的底部。
内角轴承15d支撑在外角轴承15e上,具有很大的负荷能力,既可以承载径向载荷,又可以承载轴向载荷,稳定可靠。内角轴承15d外球面与外角轴的内球面的配合具有自调心功能。压盖15f通过螺钉实现与万向接头15a之间的定位,压盖内凸圈15f1压在外角轴承15e的底部实现轴向定位。
压盖15f的内圆周壁嵌有压盖O型圈15g与连杆15b的外壁实现密封,压盖15f的内端平面嵌有端面密封圈15h与万向接头15a的端口之间实现密封。压盖O型圈15g与端面密封圈15h将内角轴承15d、外角轴承15e、承力球15c、外鼓形齿15b1与内鼓形齿15a1封闭住,避免接触井下的腐蚀液体,保证润滑良好。
万向接头15a的圆周上设有径向注油孔15a2,径向注油孔15a2的内端口与万向接头沉孔的底部空间相通,径向注油孔15a2的外端口旋接有密封螺塞15a3。入井前,通过径向注油孔15a2向啮合空间中注入润滑油,然后旋上密封螺塞15a3将径向注油孔15a2的外端头封闭。使得外鼓形齿15b1与内鼓形齿15a1啮合良好,内角轴承15d与外角轴承15e配合良好,承力球15c的润滑良好。
螺杆动力段14的壳体内腔设有螺杆马达,螺杆马达的上端连接在防掉装置13a的下方,防掉装置13a悬挂于防掉总成13的壳体中,防掉总成13的壳体旋接在螺杆旁通阀12的下方,螺杆旁通阀12的上端旋接在螺杆上接头11的下方。螺杆马达包括螺杆转子14a和壳体定子,转子与定子的头数比为3:4或5:6,输出扭矩为4000-6500N.m。
传动轴总成17包括传动轴壳体和传动芯轴17a,传动芯轴17a的下端从传动轴壳体的下端口中伸出且连接有传动轴下接头17b,传动轴下接头17b的锥形母扣中旋接有钻头,传动轴壳体的中段设有近钻头扶正器18。近钻头扶正器18采用208-210mm偏三扶、正五扶设计,可换扶正器,适用客户不同要求。
万向轴总成15的外周设有万向轴壳体,万向轴壳体的下部与传动轴壳体之间设有调弯壳体16。1.5°弯度的螺杆钻具E的造斜率为16°/30m,0.75°螺杆钻具的造斜效果相当于常规1.5°螺杆钻具,滑动钻进效率高,复合钻进占比多,缩短钻井周期。滑动钻进是指钻柱在不旋转的条件下,依靠井底动力钻具带动钻头旋转破岩,实现进尺的一种导向钻进方式。螺杆钻具弯度小,复合钻进安全风险低,螺杆钻具使用寿命长;摆动幅度小,降低震动,保护钻头和导向工具;配合高性能马达,最高可将螺杆钻具长度缩短40%;测斜盲点短,更适用于近钻头导向工具,便于精细轨迹控制。
以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已,非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外,本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现,在此不再赘述。
Claims (6)
1.一种免起钻穿越漏层的动力钻具,包括钻杆,其特征在于:所述钻杆的下端连接有堵漏阀,所述堵漏阀的下端连接有无磁钻铤,所述无磁钻铤的内腔安装有MWD随钻测斜仪,所述无磁钻铤的下端安装有尾扶正器,所述尾扶正器的下端连接螺杆钻具,所述螺杆钻具的下端安装有钻头;所述堵漏阀包括阀体,所述阀体的中部对称设有两个阀体水眼,所述阀体的中部内腔设有滑套,所述滑套的上部设有滑套水眼,所述滑套水眼与阀体水眼相对应,所述滑套的中部内台肩上方固定有球座,所述滑套的底部支撑在弹簧上,所述弹簧的下端抵靠在所述阀体的内台阶上,所述阀体的下端旋接有加长下接头,所述加长下接头的中心孔与滑套及阀体的中心孔相贯通,所述加长下接头的内腔下部固定有镂空的挡球座。
2.根据权利要求1所述的免起钻穿越漏层的动力钻具,其特征在于:所述弹簧套装阀体中心管上,所述阀体中心管的下端与阀体内台阶的内缘连为一体,所述阀体中心管的上端抵靠在所述滑套的内台阶下方。
3.根据权利要求1所述的免起钻穿越漏层的动力钻具,其特征在于:所述阀体的上部台阶上固定有限位环,所述限位环的中心孔直径小于所述滑套的外径。
4.根据权利要求1所述的免起钻穿越漏层的动力钻具,其特征在于:当主球坐封在所述球座的上端口时,两个副球可坐封在相应滑套水眼的内端口。
5.根据权利要求4所述的免起钻穿越漏层的动力钻具,其特征在于:所述阀体水眼的内端口设有喉口,所述喉口的孔径小于滑套水眼的孔径,所述喉口处可坐封锁定球。
6.根据权利要求1所述的免起钻穿越漏层的动力钻具,其特征在于:所述螺杆钻具自上而下依次包括螺杆上接头、螺杆旁通阀、防掉总成、螺杆动力段、万向轴总成和传动轴总成,所述万向轴总成包括位于中间的连杆和分别连接在连杆两端的万向接头,所述连杆的两端分别插接在万向接头的沉孔中,所述连杆的两端外周分别设有外鼓形齿,所述外鼓形齿与万向接头沉孔内周壁的内鼓形齿相啮合,所述连杆的两端头中心分别嵌有承力球,所述承力球分别抵靠在万向接头的沉孔底壁中心;所述连杆的两端台肩分别抵靠有内角轴承,所述内角轴承的外球面支撑在外角轴承的内球面上,外角轴承的内端头抵靠在万向接头的内台阶上;所述万向接头沉孔的外端口分别覆盖有压盖,所述压盖的外缘分别通过螺钉固定在相应万向接头上,所述压盖的内端面分别设有压盖内凸圈,所述压盖内凸圈分别抵靠在所述外角轴承的底部。
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