CN115030654B - 一种可调式挠性螺杆钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可调式挠性螺杆钻具，包括若干依次首尾连接螺杆单元，位于末端的螺杆单元固接有钻头，螺杆单元包括上接头，上接头的底部设置有上定子，上定子内设置有第一传动装置，上定子的底部外壁设置有内球壳，内球壳顶部开口内壁与上定子底部外壁通过螺纹连接，内球壳外壁上设置有锁定装置，锁定装置的底部设置有下定子，下定子的底部设置有下接头，下接头的顶部内壁与下定子底部外壁通过螺纹连接，下定子内设置有第二传动装置，第一传动装置的输出端设置有传动机构，第二传动装置的输入端与传动机构传动连接，第一传动装置的底部传动连接有液压马达，位于末端的螺杆单元的第二传动装置的底部固接有钻头。
Description
技术领域
本发明涉及超短半径水平井侧钻领域，特别是涉及一种可调式挠性螺杆钻具。
背景技术
近年来随着致密油藏的深入开发，对超短半径水平井侧钻工艺要求的不断提高，常规钻井及大半径水平井的钻井施工技术愈难满足现实需求；现有的水平侧钻钻具，其形成的造斜曲率较低，造斜精度差，不能完成较小靶前位移的技术要求；较大造斜半径延长了施工周期，增加了作业成本；所采用的联轴型式结构复杂、安装困难、价格较高、寿命短、可靠性差。
因此，亟需一种可调式挠性螺杆钻具来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可调式挠性螺杆钻具，以解决现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种可调式挠性螺杆钻具，包括若干依次首尾连接螺杆单元，位于末端的所述螺杆单元固接有钻头，所述螺杆单元包括上接头，所述上接头的底部设置有上定子，所述上接头底部内壁与所述上定子顶部外壁通过螺纹连接，所述上定子内设置有第一传动装置，所述上定子的底部外壁设置有内球壳，所述内球壳的底部和顶部均开设有开口，所述内球壳顶部开口内壁与所述上定子底部外壁通过螺纹连接，所述内球壳外壁上设置有锁定装置，所述锁定装置的底部设置有下定子，所述下定子的底部设置有下接头，所述下接头的顶部内壁与所述下定子底部外壁通过螺纹连接，所述下定子内设置有第二传动装置，所述第一传动装置的输出端设置有传动机构，所述第二传动装置的输入端与所述传动机构传动连接，所述第一传动装置的底部传动连接有液压马达，位于末端的所述螺杆单元的所述第二传动装置的底部固接有所述钻头。
优选的，所述第一传动装置包括第一传动轴，所述第一传动轴通过第一上轴承与所述上定子内壁转动连接，所述第一传动轴的底部固接有上转子的顶部，所述第一传动轴的顶部位于所述上接头内，所述上转子的底部设置有第一连接机构。
优选的，所述第一连接机构包括第一连接轴，所述第一连接轴的外壁通过第二上轴承与所述上定子内壁转动连接，所述第一连接轴的顶部与所述上转子底部固接，所述第一连接轴的底部与所述传动机构的顶部固接。
优选的，所述第二传动装置包括第二传动轴，所述第二传动轴通过第一下轴承与所述下定子内壁转动连接，所述第二传动轴的底部固接有轴套，所述第二传动轴的顶部固接有下转子的底部，所述下转子的顶部设置有第二连接机构。
优选的，所述第二连接机构包括第二连接轴，所述第二连接轴的外壁通过第二下轴承与所述下定子内壁转动连接，所述第二连接轴的底部与所述下转子顶部固接，所述第二连接轴的顶部与所述传动机构的底部固接。
优选的，所述传动机构设置为十字联轴器，所述十字联轴器的顶部与所述第一连接轴的底部固接，所述十字联轴器的底部与所述第二连接轴的顶部固接。
优选的，所述锁定装置包括外球壳，所述外球壳设置为半圆结构，所述外球壳的底部开设有开口，所述外球壳底部开口处外壁固接有连接套筒，所述连接套筒内壁与所述下定子外壁通过螺纹连接，所述外球壳内壁与所述内球壳外壁滑动接触，所述外球壳顶部设置有定位组件。
优选的，所述定位组件包括半球锁套，所述半球锁套套设在所述内球壳外壁上，所述半球锁套内壁与所述内球壳外壁滑动接触，所述半球锁套底部与所述外球壳顶部通过螺纹连接。
优选的，所述第一传动轴顶部与所述液压马达输出端固接。
优选的，相邻两所述螺杆单元通过所述液压马达顶部上端部和所述轴套固接。
本发明公开了以下技术效果：设置的传动机构可以实现第一传动装置和第二传动装置在存在夹角的状态下进行传动连接，将液动马达与螺杆单元串联起来组成一个钻具单元，多组上述单元连接，连接形成可调整挠性连接型式，即可完成相应的造斜曲率和侧钻半径；工具实现了角度的多梯度可控转弯功能。本发明与超短半径水平钻井技术相结合，可实现更精准的造斜精度、更高的造斜率和更短小的侧钻半径。可实现更精准的造斜精度、更高的造斜曲率、更小的侧钻半径；能够大大缩短钻井周期，提高作业进度，降低作业成本，适合当前节能降耗的行业要求。解决了常规小半径侧钻工具作业周期长、作业成本高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种可调式挠性螺杆钻具的结构示意图；
其中，1、上接头；2、上定子；3、内球壳；4、下定子；5、下接头；6、液压马达；7、第一传动轴；8、第一上轴承；9、上转子；10、第一连接轴；11、第二上轴承；12、第二传动轴；13、轴套；14、下转子；15、第二连接轴；16、第二下轴承；17、十字联轴器；18、外球壳；19、连接套筒；20、半球锁套；21、第一下轴承。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，本发明提供一种可调式挠性螺杆钻具，包括若干依次首尾连接螺杆单元，位于末端的螺杆单元固接有钻头，螺杆单元包括上接头1，上接头1的底部设置有上定子2，上接头1底部内壁与上定子2顶部外壁通过螺纹连接，上定子2内设置有第一传动装置，上定子2的底部外壁设置有内球壳3，内球壳3的底部和顶部均开设有开口，内球壳3顶部开口内壁与上定子2底部外壁通过螺纹连接，内球壳3外壁上设置有锁定装置，锁定装置的底部设置有下定子4，下定子4的底部设置有下接头5，下接头5的顶部内壁与下定子4底部外壁通过螺纹连接，下定子4内设置有第二传动装置，第一传动装置的输出端设置有传动机构，第二传动装置的输入端与传动机构传动连接，第一传动装置的底部传动连接有液压马达6，位于末端的螺杆单元的第二传动装置的底部固接有钻头。
设置的传动机构可以实现第一传动装置和第二传动装置在存在夹角的状态下进行传动连接，将液动马达与螺杆单元串联起来组成一个钻具单元，多组上述单元连接，连接形成可调整挠性连接型式，即可完成相应的造斜曲率和侧钻半径；工具实现了角度的多梯度可控转弯功能。本发明与超短半径水平钻井技术相结合，可实现更精准的造斜精度、更高的造斜率和更短小的侧钻半径。可实现更精准的造斜精度、更高的造斜曲率、更小的侧钻半径；能够大大缩短钻井周期，提高作业进度，降低作业成本，适合当前节能降耗的行业要求。解决了常规小半径侧钻工具作业周期长、作业成本高的问题。
进一步优化方案，第一传动装置包括第一传动轴7，第一传动轴7通过第一上轴承8与上定子2内壁转动连接，第一传动轴7的底部固接有上转子9的顶部，第一传动轴7的顶部位于上接头1内，上转子9的底部设置有第一连接机构。
进一步优化方案，第一连接机构包括第一连接轴10，第一连接轴10的外壁通过第二上轴承11与上定子2内壁转动连接，第一连接轴10的顶部与上转子9底部固接，第一连接轴10的底部与传动机构的顶部固接。
进一步优化方案，第二传动装置包括第二传动轴12，第二传动轴12通过第一下轴承21与下定子4内壁转动连接，第二传动轴12的底部固接有轴套13，第二传动轴12的顶部固接有下转子14的底部，下转子14的顶部设置有第二连接机构。
液压马达6上端部为花键轴结构，下端为花键孔结构；上、下转子14两端轴肩端部均为花键轴结构；将液压马达6下端花键孔插入上转子9轴肩端部的花键轴；将上接头1与上定子2通过螺纹连接，完成一个钻具单元的连接。钻具单元之间连接时，将其中一个单元的轴套13与另一个单元的液压马达6上端部花键轴连接后，再将两单元的上，下接头5进行螺纹连接，至此钻具单元之间连接得以实现。本发明侧钻弯角处角度按基本弯角工艺要求设计有8度、10度、14度、18度、22度、25度6种规格，相对应的设计有6组不同尺寸型式的内外球壳18和半球锁套20组合，对应的侧钻半径为70米、55米、40米、30米、20米、15米，按工艺设计要求更换相应的内球壳3、外球壳18和半球锁套20组合(亦可按用户特殊要求制定非标的组合体)，使最大摆角幅度为25度。
进一步优化方案，第二连接机构包括第二连接轴15，第二连接轴15的外壁通过第二下轴承16与下定子4内壁转动连接，第二连接轴15的底部与下转子14顶部固接，第二连接轴15的顶部与传动机构的底部固接。
进一步优化方案，传动机构设置为十字联轴器17，十字联轴器17的顶部与第一连接轴10的底部固接，十字联轴器17的底部与第二连接轴15的顶部固接。
本发明的轴套13、十字联轴器17、上转子9、下转子14轴伸均为花键连接，扭矩传递更均匀。解决了常规小半径侧钻工具单、双平键连接易产生应力集中、滚键的问题。
进一步优化方案，锁定装置包括外球壳18，外球壳18设置为半圆结构，外球壳18的底部开设有开口，外球壳18底部开口处外壁固接有连接套筒19，连接套筒19内壁与下定子4外壁通过螺纹连接，外球壳18内壁与内球壳3外壁滑动接触，外球壳18顶部设置有定位组件。
进一步优化方案，定位组件包括半球锁套20，半球锁套20套设在内球壳3外壁上，半球锁套20内壁与内球壳3外壁滑动接触，半球锁套20底部与外球壳18顶部通过螺纹连接。
本发明基于锁定装置和内球壳3连接与十字联轴器17有机组合所形成的多梯度可调整式挠性传动功能。球形连接核心结构为6组不同尺寸型式的内球壳3、外球壳18和半球锁套20组合，变换不同组合，可实现侧钻工艺要求，工艺覆盖范围广，适应能力强。相对于现有常规侧钻工具单元0.25米的靶前位移圆点误差、17度的弯角角度、最小15米侧钻半径；可实现更精准的造斜精度(靶前位移圆点误差不大于0.18米)、更高的造斜曲率(最大弯角角度25度)、更小的侧钻半径(最小侧钻半径15米)；能够大大缩短钻井周期，提高作业进度，降低作业成本，适合当前节能降耗的行业要求。解决了常规小半径侧钻工具作业周期长、作业成本高的问题。
本发明所有轴承采用全封闭浮动式液压浮动轴承，具有尺寸小、寿命长、耐腐蚀、纠偏能力强、抗高温等特性；轴承室、轴承台肩经过超细喷丸强化处理，使较小的几何尺寸具有较高的强度、韧性和抗疲劳特性，大大提高组件的可靠性。解决了常规小半径侧钻工具可靠性差的问题。
进一步优化方案，第一传动轴7顶部与液压马达6输出端固接。
进一步优化方案，相邻两螺杆单元通过液压马达6顶部上端部和轴套13固接。
本发明超短半径水平钻井技术相结合，每个螺杆单元配套一只液动马达，使超短半径水平钻井技术形成多重复合动力联动模式。解决了常规小半径侧钻工具由于单一或双重动力损坏而发生掘进动力不足或停钻的问题，大大提高了钻井进度。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种可调式挠性螺杆钻具，包括若干依次首尾连接螺杆单元，位于末端的所述螺杆单元固接有钻头，其特征在于：所述螺杆单元包括上接头(1)，所述上接头(1)的底部设置有上定子(2)，所述上接头(1)底部内壁与所述上定子(2)顶部外壁通过螺纹连接，所述上定子(2)内设置有第一传动装置，所述上定子(2)的底部外壁设置有内球壳(3)，所述内球壳(3)的底部和顶部均开设有开口，所述内球壳(3)顶部开口内壁与所述上定子(2)底部外壁通过螺纹连接，所述内球壳(3)外壁上设置有锁定装置，所述锁定装置的底部设置有下定子(4)，所述下定子(4)的底部设置有下接头(5)，所述下接头(5)的顶部内壁与所述下定子(4)底部外壁通过螺纹连接，所述下定子(4)内设置有第二传动装置，所述第一传动装置的输出端设置有传动机构，所述第二传动装置的输入端与所述传动机构传动连接，所述第一传动装置的底部传动连接有液压马达(6)，位于末端的所述螺杆单元的所述第二传动装置的底部固接有所述钻头；
所述第一传动装置包括第一传动轴(7)，所述第一传动轴(7)通过第一上轴承(8)与所述上定子(2)内壁转动连接，所述第一传动轴(7)的底部固接有上转子(9)的顶部，所述第一传动轴(7)的顶部位于所述上接头(1)内，所述上转子(9)的底部设置有第一连接机构；
所述第一连接机构包括第一连接轴(10)，所述第一连接轴(10)的外壁通过第二上轴承(11)与所述上定子(2)内壁转动连接，所述第一连接轴(10)的顶部与所述上转子(9)底部固接，所述第一连接轴(10)的底部与所述传动机构的顶部固接；
所述第二传动装置包括第二传动轴(12)，所述第二传动轴(12)通过第一下轴承(21)与所述下定子(4)内壁转动连接，所述第二传动轴(12)的底部固接有轴套(13)，所述第二传动轴(12)的顶部固接有下转子(14)的底部，所述下转子(14)的顶部设置有第二连接机构；
所述锁定装置包括外球壳(18)，所述外球壳(18)设置为半圆结构，所述外球壳(18)的底部开设有开口，所述外球壳(18)底部开口处外壁固接有连接套筒(19)，所述连接套筒(19)内壁与所述下定子(4)外壁通过螺纹连接，所述外球壳(18)内壁与所述内球壳(3)外壁滑动接触，所述外球壳(18)顶部设置有定位组件；
所述定位组件包括半球锁套(20)，所述半球锁套(20)套设在所述内球壳(3)外壁上，所述半球锁套(20)内壁与所述内球壳(3)外壁滑动接触，所述半球锁套(20)底部与所述外球壳(18)顶部通过螺纹连接；
所述液压马达(6)上端部为花键轴结构，下端为花键孔结构；所述上转子(9)、所述下转子(14)两端轴肩端部均为花键轴结构；所述螺杆单元之间连接时，将其中一个单元的所述轴套(13)与另一个单元的所述液压马达(6)上端部花键轴连接后，再将两单元的所述上接头(1)，下接头(5)通过螺纹连接；
所述第二连接机构包括第二连接轴(15)，所述第二连接轴(15)的外壁通过第二下轴承(16)与所述下定子(4)内壁转动连接，所述第二连接轴(15)的底部与所述下转子(14)顶部固接，所述第二连接轴(15)的顶部与所述传动机构的底部固接；
所述第一上轴承(8)、第二上轴承(11)、第一下轴承(21)和第二下轴承(16)采用全封闭浮动式液压浮动轴承，且轴承室、轴承台肩经过超细喷丸强化处理。
2.根据权利要求1所述的一种可调式挠性螺杆钻具，其特征在于：所述传动机构设置为十字联轴器(17)，所述十字联轴器(17)的顶部与所述第一连接轴(10)的底部固接，所述十字联轴器(17)的底部与所述第二连接轴(15)的顶部固接。
3.根据权利要求2所述的一种可调式挠性螺杆钻具，其特征在于：所述第一传动轴(7)顶部与所述液压马达(6)输出端固接。
4.根据权利要求3所述的一种可调式挠性螺杆钻具，其特征在于：相邻两所述螺杆单元通过所述液压马达(6)顶部上端部和所述轴套(13)固接。
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