CN217950303U - 可更换钻头式液动力套管钻井装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种在石油开釆和地质勘探行业中钻井领域，尤其涉及一种可更换钻头式液动力套管钻井装置；其包括套管坐挂短节系统和可打捞式液动力钻井系统；套管坐挂短节系统包括下方的引导坐挂内芯和上方的上套管座，引导坐挂内芯内壁设有定位凹槽。由于实施上述技术方案，本申请通过套管坐挂短节系统随普通套管下入井中，在回收头总成自重压力下，下坐挂短节的定位凸起匹配卡入引导坐挂内芯的定位凹槽内，外翻的悬挂臂匹配卡入卡窗内，完成坐挂，此时即可进行钻井工作；本申请能能够减少钻井施工工序，节约建井时间；节约资金成本，不使用钻杆、钻铤等及其配套工具，可节约钻井液成本。

Description

可更换钻头式液动力套管钻井装置

技术领域

本申请涉及一种在石油开釆和地质勘探行业中钻井领域，尤其涉及一种可更换钻头式液动力套管钻井装置。

背景技术

在石油开釆和地质勘探行业中钻井都是釆用的钻杆＋钻头的方式，到目的层后单独下套管并固井，主要是钻杆的抗扭矩性能好，可以更好的传递给钻头破岩扭矩。由于石油价挌的不稳定，石油开发投入越来越少，这就要求钻井速度越来越快，同时尽量的减少或合并施工工艺，套管钻井就是在这个背景下提出的。

套管钻井目前是以美国威德福为代表的钻头不可更换式套管钻井，即钻头直接连接在套管上，钻到目的层固井后可以被下步施工的钻头钻穿，不影响下步施工，其缺点是一旦在钻井过程中钻头损坏则只能及时完井，并且该方式不能够测井及定向井施工，在国内有少量施工案例。

发明内容

本申请的目的在于提出一种消除上述缺陷，加快建井周期，大幅降低钻井成本的可更换钻头式液动力套管钻井装置。

本申请的技术方案是这样实现的：可更换钻头式液动力套管钻井装置，其包括套管坐挂短节系统和可打捞式液动力钻井系统；套管坐挂短节系统包括下方的引导坐挂内芯和上方的上套管座，引导坐挂内芯内壁设有定位凹槽，上套管座内壁沿圆周周向设有多个卡窗；可打捞式液动力钻井系统自下而上包括下坐挂短节、液动力器、上坐挂短节；下坐挂短节的外径大于引导坐挂内芯的内径；下坐挂短节外部设有与定位凹槽对应匹配的定位凸起；上坐挂短节包括可沿轴向活动的内管、开有悬挂窗的外管，悬挂窗内铰接有当内管自然下落时能向外顶开的悬挂臂；对应下坐挂短节的定位凸起匹配卡入引导坐挂内芯的定位凹槽位置，外翻的悬挂臂匹配卡入卡窗内。

进一步的，上坐挂短节还包括施压臂、承压底托；外管上开有多层与卡窗一一对应的悬挂窗；对应每层悬挂窗，内管外壁设有上、下两层施压臂；承压底托固定在外管底部，承压底托中心设有与内管内径对应的穿孔。

进一步的，对应内管上部承受拉力时，悬挂臂与对应下层的施压臂紧顶从而位于收拢状，内管底部与承压底托间设有间隙；对应内管不承受拉力而自然下落时，悬挂臂与对应上层的施压臂紧顶位于外翻状，位于外翻状的悬挂臂匹配卡入卡窗内，内管底部与承压底托贴合。

进一步的，外管内壁底部设有承压环台；对应内管底部与承压底托贴合位置，最下层的施压臂与承压环台贴合。

进一步的，施压臂的外端面与外挂内壁匹配贴合。

进一步的，引导坐挂内芯内壁沿圆周周向设有多个定位凹槽，定位凹槽呈开口向上的v形；下坐挂短节外部沿圆周周向设有与定位凹槽一一对应匹配的定位凸起，定位凸起呈能匹配插入定位凹槽的三角状。

进一步的，套管坐挂短节系统还包括套管钻头、下套管座、套管短节；上套管座、套管短节、引导坐挂内芯、下套管座、套管钻头自上而下顺次相连。

进一步的，可打捞式液动力钻井系统还包括回收头总成、传动装置、拓展接头和液压变径钻头；外管底部与液动力器固定上部相连，内管顶部与回收头总成固定相连，液动力器固定下部通过传动装置与下坐挂短节固定相连，下坐挂短节下部通过拓展接头与液压变径钻头相连。

由于实施上述技术方案，本申请通过套管坐挂短节系统随普通套管下入井中，需要钻井时由连续油管通过可打捞式液动力钻井系统管内下入并连接液动力器，达到位置后由于下坐挂短节的外径大于引导坐挂内芯的内径，从而使得可打捞式液动力钻井系统暂留在此处，此时回收头总成自重压力下，下坐挂短节的定位凸起匹配卡入引导坐挂内芯的定位凹槽内，外翻的悬挂臂匹配卡入卡窗内，完成坐挂，此时即可进行钻井工作；本申请能能够减少钻井施工工序，节约建井时间；节约资金成本，不使用钻杆、钻铤等及其配套工具，可节约钻井液成本。

附图说明

本申请的具体结构由以下的附图和实施例给出：

图1是本申请实施例1的最佳结构示意图；

图2是本申请中可打捞式液动力钻井系统的结构示意图；

图3是本申请中套管坐挂短节系统结构示意图；

图4是图3中A-A处的剖视结构示意图；

图5是下坐挂短节位于打捞过程中的结构示意图；

图6是下坐挂短节位于坐挂过程中的结构示意图；

图7是引导坐挂内芯的剖视结构示意图；

图8是图7的俯视结构示意图。

图例：1.引导坐挂内芯，2.上套管座，3.定位凹槽，4.卡窗，5.下坐挂短节，6.液动力器，7.上坐挂短节，701.内管，702.外管，703.悬挂窗，704.悬挂臂，705.施压臂 ，706.承压底托，707.穿孔，708.承压环台，8.定位凸起，9.套管钻头，10.下套管座，11.套管短节，12.回收头总成，13.传动装置，14.拓展接头，15.液压变径钻头，16.普通套管。

具体实施方式

本申请不受下述实施例的限制，可根据本申请的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

实施例，如图1至8所示，可更换钻头式液动力套管钻井装置包括套管坐挂短节系统和可打捞式液动力钻井系统；套管坐挂短节系统包括下方的引导坐挂内芯1和上方的上套管座2，引导坐挂内芯1内壁设有定位凹槽3，上套管座2内壁沿圆周周向设有多个卡窗4；可打捞式液动力钻井系统自下而上包括下坐挂短节5、液动力器6、上坐挂短节7；下坐挂短节5的外径大于引导坐挂内芯1的内径；下坐挂短节5外部设有与定位凹槽3对应匹配的定位凸起8；上坐挂短节7包括可沿轴向活动的内管701、开有悬挂窗703的外管702，悬挂窗703内铰接有当内管701自然下落时能向外顶开的悬挂臂704；对应下坐挂短节5的定位凸起8匹配卡入引导坐挂内芯1的定位凹槽3位置，外翻的悬挂臂704匹配卡入卡窗4内。

引导坐挂内芯1为合金材料制做，可承压不变形。上套管座2的上部与普通套管16通过螺纹对接。

坐挂工作过程：套管坐挂短节系统随普通套管16下入井中，需要钻井时由连续油管通过可打捞式液动力钻井系统管内下入并连接液动力器6，达到位置后由于下坐挂短节5的外径大于引导坐挂内芯1的内径，从而使得可打捞式液动力钻井系统暂留在此处，此时在回收头总成12自重压力下，下坐挂短节5的定位凸起8匹配卡入引导坐挂内芯1的定位凹槽3内，外翻的悬挂臂704匹配卡入卡窗4内，坐挂在套管坐挂短节系统上，连续油管与回收头总成12脱手后完成坐挂，就可以进行套管钻井。

打捞工作过程：连续油管下入井中与回收头总成12连接后上提，内管701在向上拔出的过程中卸去对悬挂臂704的压力，悬挂臂704收回至悬挂窗703内，使得可打捞式液动力钻井系统与套管坐挂短节系统分离，可打捞式液动力钻井系统起出井口完成作业。

本申请通过减少钻井过程中的工艺环节加快建井周期：原来的工艺环节为钻杆、钻头钻进，起钻，下套管，固井等；本申请转变成更少的施工环节为套管、钻头钻进，固井等；大幅度缩短建井周期。

本申请可大幅降低钻井成本：钻井过程中不再需要钻杆、钻铤及其配套工具；井内循环压耗的变化使得水功率转化更高、钻头破岩效率提高；环空上返速度更快对钻井液性能的要求降低节约钻井液用材料成本。

针对井漏、井壁不稳定、易形成大肚子井段的特殊工况，本申请可以作为解决方案。本申请可以实现旋转固井方式，提高固井质量。

如图1至8所示，上坐挂短节7还包括施压臂705、承压底托706；外管702上开有多层与卡窗4一一对应的悬挂窗703；对应每层悬挂窗703，内管701外壁设有上、下两层施压臂705；承压底托706固定在外管702底部，承压底托706中心设有与内管701内径对应的穿孔707。

当坐挂工作时，自重作用下，对应上层的施压臂705向下给与悬挂臂704压力，促使悬挂臂704向外翻出；当打捞工作时，在向上提拉作用下，对应下层的施压臂705向上给与悬挂臂704压力，促使悬挂臂704向内回收。悬挂臂704的铰接轴上也可以通过弹力装置提供向内回收的力。

如图1至8所示，对应内管701上部承受拉力时，悬挂臂704与对应下层的施压臂705紧顶从而位于收拢状，内管701底部与承压底托706间设有间隙；对应内管701不承受拉力而自然下落时，悬挂臂704与对应上层的施压臂705紧顶位于外翻状，位于外翻状的悬挂臂704匹配卡入卡窗4内，内管701底部与承压底托706贴合。

如图1至8所示，外管702内壁底部设有承压环台708；对应内管701底部与承压底托706贴合位置，最下层的施压臂705与承压环台708贴合。

这样当坐挂时，可以同时通过最下层的施压臂705与承压环台708配合、通过内管701底部与承压底托706配合同时承受内管701及回收头总成12的重量。

如图1至8所示，施压臂705的外端面与外挂内壁匹配贴合。这样在坐挂、打捞过程中，内管701行动更平稳，施压臂705保证齐平下压，悬挂臂704动作整齐、统一外翻卡入卡窗4中。

如图1至8所示，引导坐挂内芯1内壁沿圆周周向设有多个定位凹槽3，定位凹槽3呈开口向上的v形；下坐挂短节5外部沿圆周周向设有与定位凹槽3一一对应匹配的定位凸起8，定位凸起8呈能匹配插入定位凹槽3的三角状。

由于下坐挂短节5的外径大于引导坐挂内芯1的内径，因此可打捞式液动力钻井系统下入到引导坐挂内芯1的位置后，暂留后；按照v形定位凹槽3的引导方向，三角状定位凸起8向下滑入定位凹槽3内至匹配装入；从而实现悬挂臂704的精准卡入卡窗4。实现了轴向、径向、角度的三重定位，实现了套管坐挂短节系统和可打捞式液动力钻井系统的轴向与径向的连接，使套管坐挂短节系统和可打捞式液动力钻井系统不仅在上下连成一体，转动也连成一体。

如图1至8所示，套管坐挂短节系统还包括套管钻头9、下套管座10、套管短节11；上套管座2、套管短节11、引导坐挂内芯1、下套管座10、套管钻头9自上而下顺次相连。

如图1至3所示，可打捞式液动力钻井系统还包括回收头总成12、传动装置13、拓展接头14和液压变径钻头15；外管702底部与液动力器6固定上部相连，内管701顶部与回收头总成12固定相连，液动力器6固定下部通过传动装置13与下坐挂短节5固定相连，下坐挂短节5下部通过拓展接头14与液压变径钻头15相连。

液压变径钻头15、传动装置13、液动力器6、回收头总成12均为现有公知公用技术。拓展接头14的作用为连接钻头、电子陀螺仪等仪器。

本申请首次提出以液动力作为套管钻井的主要动力源，井口旋转套管为其次要动力源，液动力工具包括螺杆钻具和涡轮钻具。

如图1至8所示，本申请的使用方法，包括下述步骤：第一步，套管坐挂短节系统随普通套管下入井中，需要钻井时由连续油管通过可打捞式液动力钻井系统管内下入并连接液动力器；第二步，受下坐挂短节5的外径大于引导坐挂内芯1的内径作用，可打捞式液动力钻井系统暂留在此处，在回收头总成12自重压力下，下坐挂短节5的定位凸起8匹配卡入引导坐挂内芯1的定位凹槽3内，外翻的悬挂臂704匹配卡入卡窗4内；第三步，可打捞式液动力钻井系统坐挂在套管坐挂短节系统上，连续油管与回收头总成脱开后完成坐挂，就可以进行套管钻井。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

以上技术特征构成了本申请的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要技术特征，来满足不同情况的需要。

Claims (8)

1.一种可更换钻头式液动力套管钻井装置，其特征在于：包括套管坐挂短节系统和可打捞式液动力钻井系统；套管坐挂短节系统包括下方的引导坐挂内芯和上方的上套管座，引导坐挂内芯内壁设有定位凹槽，上套管座内壁沿圆周周向设有多个卡窗；可打捞式液动力钻井系统自下而上包括下坐挂短节、液动力器、上坐挂短节；下坐挂短节的外径大于引导坐挂内芯的内径；下坐挂短节外部设有与定位凹槽对应匹配的定位凸起；上坐挂短节包括可沿轴向活动的内管、开有悬挂窗的外管，悬挂窗内铰接有当内管自然下落时能向外顶开的悬挂臂；对应下坐挂短节的定位凸起匹配卡入引导坐挂内芯的定位凹槽位置，外翻的悬挂臂匹配卡入卡窗内。

2.根据权利要求1所述的可更换钻头式液动力套管钻井装置，其特征在于：上坐挂短节还包括承压臂、承压底托；外管上开有多层与卡窗一一对应的悬挂窗；对应每层悬挂窗，内管外壁设有上、下两层承压臂；承压底托固定在外管底部，承压底托中心设有与内管内径对应的窗孔。

3.根据权利要求2所述的可更换钻头式液动力套管钻井装置，其特征在于：对应内管上部承受拉力时，悬挂臂与对应下层的承压臂紧顶从而位于收拢状，内管底部与承压底托间设有间隙；对应内管不承受拉力而自然下落时，悬挂臂与对应上层的承压臂紧顶位于外翻状，位于外翻状的悬挂臂匹配卡入卡窗内，内管底部与承压底托贴合。

4.根据权利要求3所述的可更换钻头式液动力套管钻井装置，其特征在于：外管内壁底部设有承压环台；对应内管底部与承压底托贴合位置，最下层的承压臂与承压环台贴合。

5.根据权利要求2所述的可更换钻头式液动力套管钻井装置，其特征在于：承压臂的外端面与外挂内壁匹配贴合。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的可更换钻头式液动力套管钻井装置，其特征在于：引导坐挂内芯内壁沿圆周周向设有多个定位凹槽，定位凹槽呈开口向上的v形；下坐挂短节外部沿圆周周向设有与定位凹槽一一对应匹配的定位凸起，定位凸起呈能匹配插入定位凹槽的三角状。

7.根据权利要求1所述的可更换钻头式液动力套管钻井装置，其特征在于：套管坐挂短节系统还包括套管钻头、下套管座、套管调整短节；上套管座、套管调整短节、下套管座、套管钻头自上而下顺次相连，引导坐挂内芯内置在下套管座内部。

8.根据权利要求1所述的可更换钻头式液动力套管钻井装置，其特征在于：可打捞式液动力钻井系统还包括回收头总成、液动力总成、拓展接头、液压变径钻头及钻头；内管顶部与回收头总成固定相连，液动力器下部通过传动装置与下坐挂短节固定相连，下坐挂短节下部通过拓展接头与液压变径钻头相连。

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