专利名称：石油钻井井下水平开孔钻具的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油井下钻孔设备，具体地说是一种通过一次下井即可完成钢套管壁 及水泥和岩石层开孔的石油钻井井下水平开孔钻具。
背景技术：
为了满足石油开采工艺的要求，需要在井下套管壁上、不同深度处开钻水平孔。开 孔时，需要先用钻头在钢套管壁上钻孔，然后再利用高压喷嘴在水泥层及岩石层上喷射开 孔。目前，现有的开孔工艺是先在所需钻孔的位置固定导向器，然后先下一套钻具在钢套壁 上钻孔，钻孔后将钻具上提，再将高压喷嘴下井对水泥及岩石等开孔。由于油田的开孔深度 会达到3500m左右，这样一来，利用两套工具进行开孔，就会耗费大量的时间，增加油田工 人的劳动强度，使成本提高，而且工艺复杂繁琐，带来了诸多不便。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效的石油钻井 井下水平开孔钻具，该开孔钻具通过一次下井就能完成钢套管壁及水泥和岩石层的开孔。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本发明包括执行机构及与其密封连接的动力源，其中所述执行机构包括容置在执行机构外壳内的导向器、钻具、钻具封装外壳及定位 液压缸，钻具封装外壳的一端安装在定位液压缸上，另一端设有导向器，钻具容置在钻具 封装外壳内、与其连动；钻具封装外壳在定位液压缸的驱动下可在执行机构外壳内往复移 动；所述动力源包括容置在动力源外壳内的液压泵、直流电机、油箱及电池，电池固定 在动力源外壳内的底部，直流电机的一端通过电机安装座安装在电池的顶部，另一端与液 压泵相连接，油箱位于直流电机与电池之间；所述液压泵通过油管向执行机构提供动力。其中所述执行机构通过密封连接件与动力源相连接；所述定位液压缸固接在密 封连接件上，带有钻具的封盖安装在定位液压缸上，钻具封装外壳的一端与封盖螺纹连接， 另一端设有导向器；执行机构外壳上连接有输送钢管；所述液压泵的一端通过液压泵安装 座固接在密封连接件上，另一端通过联轴器与直流电机相连接；所述钻具包括钻头、液压马 达、进给液压缸及滑台，进给液压缸通过进给液压缸安装座固定在封盖上，滑台与进给液压 缸连接、通过进给液压缸的驱动可往复移动，连接有钻头的液压马达安装在滑台上，钻头及 液压马达与滑台连动；进给液压缸的输出端上设有与滑台相连的连接板，进给液压缸安装 座上固定有支架，在支架的顶端设有导轨，滑台的底部设有与导轨相对应、可在导轨上往复 滑动的滑块。本发明者的优点与积极效果为1.本发明的执行机构中包括了对钢套管壁钻孔的钻具及对水泥层和岩石开孔的 导向器，两者通过定位液压缸驱动往复移动，使得一次下井即可完成钢套管壁及水泥和岩
3石层的水平钻孔，大大提高了井下水平开孔的效率。2.本发明的执行机构分为内、中、外三层，在能够实现一次下井完成水平开孔的同 时，设备结构简单，操作方便，成本低。3.本发明的动力源通过油管向执行机构提供动力，油管与密封连接件之间密封 好，不需要专门对电机和电池及电线进行密封。4.本发明可在井下较深处工作，可以在井下3500m深度处自带能源进行水平开孔工作。5.本发明的直流电机、油箱、电池、液压泵等动力源部件封装在动力源外壳内，可 防水、防油。
图1为本发明的内部整体结构示意图；图2为图1中钻具的结构示意图；图3为本发明的液压回路图；其中1为输送钢管，2为执行机构外壳，3为导向器，4为钻具，5为钻具封装外壳， 6为定位液压缸，7为密封连接件，8为液压泵安装座，9为液压泵，10为联轴器，11为直流电 机，12为油箱，13为电机安装座，14为电池，15为动力源外壳，16为封盖，41为钻头，42为液 压马达，43为进给液压缸，44为滑台，45为连接板，46为支架，47为导轨，48为滑块，49为进 给液压缸安装座。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详述。如图1所示，本发明包括执行机构及动力源，执行机构通过密封连接件7与动力源 相连接。执行机构包括执行机构外壳2、导向器3、钻具4、钻具封装外壳5及定位液压缸6， 执行机构分为三层，最外层是与动力源通过密封连接件7密封连接的执行机构外壳2 ；中间 层是位于执行机构外壳2内的包括导向器3、钻具封装外壳5、定位液压缸6及封盖16，定位 液压缸6固定在密封连接件7上，封盖16固接在定位液压缸6的输出端，钻具封装外壳5 的一端与封盖16螺纹连接，另一端设有导向器3，导向器3为一弯管，执行机构外壳2上连 接有输送钢管1，输送钢管1通过导向器3导向定位；最内层是容置在钻具封装外壳5内、 固定于封盖16上的钻具4。导向器3、钻具4及钻具封装外壳5在定位液压缸6的驱动下 可在执行机构外壳2内上下往复移动。动力源包括动力源外壳15及容置在其内的液压泵安装座8、液压泵9、联轴器10、 直流电机11、油箱12、电机安装座13及电池14，动力源外壳15通过密封连接件7与执行机 构外壳2密封连接，电池14通过螺栓固定在动力源外壳15内的底部，直流电机11的一端 与电机安装座13螺纹连接后，再固接在电池14的顶部，直流电机11与电池14电连接；液 压泵安装座8通过螺栓固定在动力源外壳15顶端的密封连接件7上，液压泵9固定安装在 液压泵安装座8上，直流电机11的另一端通过联轴器10与液压泵9相连接，油箱12位于 直流电机11与电池14之间；液压泵9通过油管与油箱12连接，液压泵9再通过油管分别
4与执行机构中的定位液压缸6、液压马达42及进给液压缸43相连接；油管与密封连接件7 之间也为密封连接。如图2所示，钻具4包括钻头41、液压马达42、进给液压缸43及滑台44，进给液压 缸43通过进给液压缸安装座49固定安装在封盖16上，进给液压缸安装座46上还设置有 支架46，在支架46的顶端安装有导轨47，进给液压缸43的输出端上设有与滑台44相连的 连接板45，在滑台44的底部设有与导轨47相对应、可在导轨47上往复滑动的滑块48，连 接有钻头41的液压马达42安装在滑台44上，钻头41及液压马达42随着滑台44共同动 作，滑台44在进给液压缸43的驱动可往复移动。本发明的工作原理为在井上通过输送钢管1将开孔钻具送到井下所要开孔的位置后定位，定位液压缸 6工作、向上运动，驱动钻具封装外壳5及钻具4向上运动，运动至水平开孔处后，定位液压 缸6停止工作，液压马达42工作开始转动，同时进给液压缸43也开始工作，进给液压缸43 通过连接板45推动滑台44、带动滑台上的液压马达42及钻头41向套管壁方向运动，钻头 41的进给方向是水平方向；在运动的同时液压马达42旋转带动钻头41转动，对套管壁进 行水平开孔。钻头41钻透套管壁后，进给液压缸43反向工作，带动液压马达42及钻头41 复位。然后，定位液压缸6向下运动，带动钻具封装外壳5及其顶端的导向器3向下运动， 当导向器3的高压喷嘴导向口对准水平开孔处时，定位液压缸6停止工作，高压喷嘴穿过导 向器3、利用高压水继续对岩石及泥土水平开孔。开孔完毕后，重新定位开始进行下一次工 作。如图3所示，本发明执行机构的动力由动力源通过液压系统(本发明的液压系统 为现有技术)提供，其原理为直流电机11工作，驱动液压泵9给执行机构供油，油路分为三路第一路经单向 阀、换向阀和减压阀到达定位液压缸6，用来对定位液压缸6提供动力，驱动钻具封装外壳5 及钻具4上下运动以及对导向器3提供定位运动；第二路经单向阀、换向阀、减压阀和调速 阀到达进给液压缸43，用来对进给液压缸43提供动力，推动液压马达42和钻头41进给； 第三路经换向阀到达液压马达42，用来对液压马达42提供动力，驱动钻头41旋转；液压马 达42上接有蓄能器，用来补充流量，避免流量不足。
权利要求
一种石油钻井井下水平开孔钻具，其特征在于包括执行机构及与其密封连接的动力源，其中所述执行机构包括容置在执行机构外壳(2)内的导向器(3)、钻具(4)、钻具封装外壳(5)及定位液压缸(6)，钻具封装外壳(5)的一端安装在定位液压缸(6)上，另一端设有导向器(3)，钻具(4)容置在钻具封装外壳(5)内、与其连动；钻具封装外壳(5)在定位液压缸(6)的驱动下可在执行机构外壳(2)内往复移动；所述动力源包括容置在动力源外壳(15)内的液压泵(9)、直流电机(11)、油箱(12)及电池(14)，电池(14)固定在动力源外壳(15)内的底部，直流电机(11)的一端通过电机安装座(13)安装在电池(14)的顶部，另一端与液压泵(9)相连接，油箱(12)位于直流电机(11)与电池(14)之间；所述液压泵(9)通过油管向执行机构提供动力。
2.按权利要求1所述的石油钻井井下水平开孔钻具，其特征在于所述执行机构通过 密封连接件(7)与动力源相连接。
3.按权利要求2所述的石油钻井井下水平开孔钻具，其特征在于所述定位液压缸(6) 固接在密封连接件(7)上，带有钻具(4)的封盖(16)安装在定位液压缸(6)上，钻具封装 外壳(5)的一端与封盖(16)螺纹连接，另一端设有导向器(3)；执行机构外壳(2)上连接 有输送钢管(1)。
4.按权利要求2所述的石油钻井井下水平开孔钻具，其特征在于所述液压泵(9)的 一端通过液压泵安装座(8)固接在密封连接件(7)上，另一端通过联轴器(10)与直流电机 (11)相连接。
5.按权利要求1所述的石油钻井井下水平开孔钻具，其特征在于所述钻具(4)包括 钻头(41)、液压马达(42)、进给液压缸(43)及滑台(44)，进给液压缸(43)通过进给液压 缸安装座(49)固定在封盖(16)上，滑台(44)与进给液压缸(43)相连接、通过进给液压缸 (43)的驱动可往复移动，连接有钻头(41)的液压马达(42)安装在滑台(44)上，钻头(41) 及液压马达(42)与滑台(44)连动。
6.按权利要求5所述的石油钻井井下水平开孔钻具，其特征在于所述进给液压缸 (43)的输出端上设有与滑台(44)相连的连接板(45)，进给液压缸安装座(49)上固定有支 架(46)，在支架(46)的顶端设有导轨(47)，滑台(44)的底部设有与导轨相对应、可在导轨 上往复滑动的滑块(48)。
全文摘要
本发明涉及石油井下钻孔设备，具体地说是一种通过一次下井即可完成钢套管壁及水泥和岩石层开孔的石油钻井井下水平开孔钻具，包括执行机构及与其密封连接的动力源，执行机构分为内、中、外三层，包括了对钢套管壁钻孔的钻具及对水泥层和岩石开孔的导向器，两者通过定位液压缸驱动往复移动，使得一次下井即可完成钢套管壁及水泥和岩石层的水平钻孔，大大提高了井下水平开孔的效率；动力源通过油管向执行机构提供动力，油管与密封连接件之间密封好，不需要专门对电机和电池及电线进行密封。本发明设备结构简单，操作方便，成本低。
文档编号E21B7/04GK101956530SQ200910012538
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者刘勇, 徐志刚, 徐永利, 昌成刚, 李灏, 王军义 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所