专利名称：一种用于钻杆的带压钻孔装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种带压钻孔技术，尤其是一种用于钻杆的带压钻孔技术。
背景技术：
在石油天然气勘探开发井控工作中，若钻井液循环通道被堵塞，加重泥浆不能有效进入钻杆，液柱压力和地层压力得不到平衡，就会诱发井喷失控的事故。钻杆作为钻井作业中不可或缺的工具，起到提供动力至井底，同时建立钻井液循环通道的作用。由于钻杆上方的旋塞阀不能打开或者剪切间板剪断钻杆后，流经钻杆的钻井液循环通道被堵塞，在通道被切断后，若新的钻井液循环通道不能及时有效建立，则可能诱发更为严重的井下事故。 为了建立新的钻井液循环通道，可以对钻杆进行侧开孔作业，在开孔作业完成后连接相关阀件为后续压井及放喷工作做准备。通常情况下，为防止井涌或井喷，采用的是在钻杆上安装钻孔装置，它包括安装于钻杆上的两个哈夫式抱箍，两个抱箍均设有弧形凹槽并通过紧固件联接，其中一个抱箍设有与弧形凹槽连通的钻孔通道，钻孔通道与固连在其抱箍上的三通接头或四通接头的一个接头相连，钻杆机和防喷管分别与接头的另两个接头连接，与抱箍和钻杆机连接的两接头位于同一直线上，在接头与钻杆机、接头与压井放喷管线的连接管上均设置有阀门；一旦发生钻井循环通道被堵塞，钻孔机的钻头进入钻孔通道，对钻杆进行钻孔，形成一个新的钻井液循环通道，使险情得到缓解或解决；但钻杆因常与套管或井壁摩擦而磨损，使钻杆外径减小或失圆而变形，两抱箍不能对钻孔后的钻杆进行有效密封，钻孔机只采用一个密封件，在 70MPa高压下不能实现有效密封，在70MPa及其以上的高压流体情况下会产生泄漏，险情难以得到安全的解决。且当钻杆被钻穿的一瞬间，钻杆内的高压流体，会对钻孔机带来冲击， 刺漏钻杆而损伤钻孔机。申请号为200920078650. 2，申请日为2009年12月23日，名称为用于钻杆的带压钻孔装置的中国实用新型专利，公开了一种用于加工钻杆的带压钻孔装置，在抱箍内设置密封槽，在密封槽内设置弧形密封圈，将抱箍与钻杆密封连接在一起，该专利能在一般井压情况下，对钻孔后的钻杆与抱箍之间进行有效的密封，防止流体产生泄漏。但是该弧形密封圈采用的是一般的圆弧形或者椭圆形的密封圈对钻杆开孔周围进行密封，该密封圈的端面为平面结构，其端面与钻杆的外壁之间的密封，是通过压力将密封圈的端面与钻杆外壁贴合，密封圈变形进行的密封，该密封结构在70MI^及以上高压状态下密封效果不好，易泄漏。该专利的带压钻孔装置上安装有过多的阀件，使得抱箍外部质量较重，将产生较大弯矩，使得钻头进退的通道变形，常常发生钻孔机轴向进刀困难等现象；而且该带压钻孔装置在钻孔过程中，未采取任何方式来保持钻杆内外的压力平衡，由于流经钻杆的钻井液循环通道被堵塞，钻杆内的压力极大，钻杆内外存在较大的压力差，压力不能达到平衡，钻孔装置在对钻杆开孔即将完成的一瞬间，钻杆内部的高压流体通过钻孔开孔对钻孔机带来冲击，将会刺漏钻杆而损伤钻孔机。且该专利采用手动控制进刀，费时费力，不能方便快捷地对钻杆进行加工，而且该专利中钻井液循环通道单一，结构不够灵活多用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种操作方便，密封性能好，能够承受 70MI^及以上的高压，能够保持钻杆的内外压差平衡，避免钻孔装置受损坏、能在钻孔完成后为后续压井放喷提供安全通道的用于钻杆的带压钻孔装置，及其通过该装置钻孔压井的使用方法。本发明的技术方案如下
本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，包括安装于钻杆上的哈夫式抱箍，所述哈夫式抱箍包括通过紧固件连接的防滑抱箍与密封抱箍，其中密封抱箍上设置有通孔，该通孔周围的密封抱箍内壁上设置有弧形凹槽，在弧形凹槽内设置有密封圈，所述密封抱箍上密封连接有阀门，所述阀门上密封连接有液压钻孔装置，所述液压钻孔装置上连接有往复运动机构，所述往复运动机构分别与液压钻孔装置和阀门密封连接，所述密封抱箍与阀门之间通过仪表法兰密封连接，所述仪表法兰上设置有用于连接供压设备的供压入口，且仪表法兰上连接有压力表。由于采用了上述结构，防滑抱箍与密封抱箍之间通过紧固件连接，且安装在待钻孔的钻杆上，将整个钻孔装置安装在钻杆上；密封抱箍上的通孔，用于钻头穿过抱箍对钻杆进行加工；通孔周围的密封抱箍内壁上设置有弧形凹槽，在弧形凹槽内设置有密封圈，使得通孔的周围被紧紧地密封，液压钻孔装置与钻杆之间的密封良好；密封抱箍上密封连接有仪表法兰，仪表法兰上设置压力表和用于连接供压设备的供压入口，使得可以通过压力表， 随时观察到钻杆外的钻头周围的压力情况，供压入口用于连接供压设备，向仪表法兰内供压，根据压力表的值控制钻头周围的压力大小，使得钻杆的内外压力平衡；阀门上密封连接有液压钻孔装置，所述液压钻孔装置上连接有往复运动机构，通过液压钻孔装置进行钻孔， 使得钻孔方便快捷，省时省力，且各零部件之间相互密封，保证了钻孔过程中通道内的密封效果，保证通道内的压力与钻杆内的压力平衡；所述阀门用于当钻杆的侧壁上钻孔完成后， 关闭阀门的同时，拆除掉整个液压钻孔装置，然后将压井放喷装置连接到阀门上，打开阀门，便于后续压井放喷作业；液压钻孔装置上连接有往复运动机构，往复运动机构能够带动液压钻孔装置作往返运动，便于液压钻孔装置前行进刀对钻杆进行钻孔，且当钻孔完成后， 能够使液压钻孔装置快速地退回，进行后续的压井放喷作业，使得液压钻孔装置的进退极为方便快捷，且便于控制。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，所述密封抱箍上的通孔与仪表法兰的通道、 阀门的通道之间相互连通形成密闭的钻孔通孔，所述液压钻孔装置包括旋转液压马达、旋转刀杆轴和钻头，所述钻头连接于旋转刀杆轴上，所述旋转刀杆轴连接于旋转液压马达上，所述钻头和旋转刀杆轴可在钻孔通孔内自由移动。由于采用了上述结构，密封抱箍上的通孔与仪表法兰的通道、阀门的通道之间相互连通形成密闭的钻孔通孔，便于钻头和旋转刀杆轴可在钻孔通孔内自由移动，从而使得钻头通过钻孔通道对钻杆进行加工，而且该钻孔通道为密闭结构，使得可以向该钻孔通道内供高压，从而使得钻孔通道内的压力与钻杆内的压力相似，当钻头钻穿钻杆的一瞬间不会因钻杆内的高压冲击液压钻孔装置，从而损坏液压钻孔装置。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，所述密封抱箍上设置有与弧形凹槽连通的注脂通道，在注脂通道入口处设置有注脂单流阀，弧形凹槽内的密封圈为注脂密封圈，所述注脂密封圈的端面为与钻杆外壁相适配的弧形面。由于采用了上述结构，注脂单流阀通过注脂通道向弧形凹槽内注脂，从而使得注脂密封圈与弧形凹槽之间的密封连接效果更好，所述注脂密封圈的端面为与钻杆外壁相适配的圆弧形结构，从而使得注脂密封圈的端面与钻杆外壁之间的配合更加紧密，不易变形， 采用该密封能够承受70MPa及其以上的高压，能够保证抱箍与钻杆之间的密封效果。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，所述密封抱箍与仪表法兰之间、仪表法兰与手动平板阀、手动平板阀与液压钻孔装置之间均通过密封钢圈密封。由于采用了上述结构，通过密封钢圈进行密封，通过压紧密封钢圈达到密封的效果，能够承受高压，保证密封效果，且不易损害。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，所述往复运动机构包括往复液压马达、齿轮、 动力旋转套和旋转走刀机构，所述往复液压马达与旋转液压马达固定连接于支架构件上， 所述齿轮连接于往复液压马达上，且齿轮与动力旋转套啮合，所述动力旋转套与旋转走刀机构固定连接，所述旋转走刀机构可使旋转液压马达往返移动，所述动力旋转套和旋转走刀机构套装于旋转刀杆轴外，且所述旋转走刀机构同时与旋转刀杆轴和阀门密封活动连接。由于采用了上述结构，通过往复液压马达驱动齿轮转动，齿轮驱动动力旋转套转动，动力旋转套上固定连接有可使旋转液压马达往返运动的旋转走刀机构，通过旋转走刀机构带动旋转液压马达进刀或者退刀，所述动力旋转套和旋转走刀机构套装于旋转刀杆轴外，使得动力旋转套、旋转走刀机构、旋转刀杆轴能够同轴转动，使得轴向进刀极为方便；旋转走刀机构同时与旋转刀杆轴和阀门密封活动连接，使得动力旋转套与旋转走刀机构、旋转刀杆轴之间具有很好的密封效果，当向对钻孔通道内供压，平衡钻杆内外的压力差时，钻孔通道与往复运动机构的连接均具有好的密封效果，使得钻孔通道内的高压不泄露。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，所述旋转走刀机构包括连接法兰、壳体、旋转走刀杆、固定丝杆轴和往复刀杆轴，所述连接法兰的一端与阀门密封连接，另一端内密封套装有壳体，所述连接法兰上设置有压力表，所述壳体内套装有旋转走刀杆，所述旋转走刀杆与动力旋转套固定连接，所述旋转走刀杆的内壁螺纹连接有固定丝杆轴，所述固定丝杆轴与壳体的内壁、连接法兰的通道内壁密封固定，所述固定丝杆轴内套装往复刀杆轴形成可相对转动的动密封，所述往复刀杆轴套装于旋转刀杆轴外形成可相对转动的动密封。由于采用了上述结构，连接法兰与阀门之间通过密封钢圈进行密封连接，保证了密封效果，在连接法兰上设置压力表，使得当取下液压钻孔装置，将放喷装置连接到阀门上，此时通过连接法兰上的压力表检测放喷装置与阀门之间的连接是否密封，当压力表的压力值为0时，放喷装置与阀门之间的密封性良好；当压力表的压力值不为0时，放喷装置与阀门之间的密封效果不好，需从新调整放喷装置与阀门之间的密封；连接法兰内密封套装有壳体，所述连接法兰与壳体之间固定连接；壳体内套装有旋转走刀杆，旋转走刀杆与壳体之间相对转动；旋转走刀杆固定连接于动力旋转套上，且旋转走刀杆的内壁螺纹连接有固定丝杆轴，所述固定丝杆轴与壳体的内壁、连接法兰的通道内壁密封固定，保证了旋转走刀机构的密封性能，避免通道内的压力泄漏，当钻孔操作时，固定丝杆轴静止不动，使得旋转走刀杆的旋转运动通过固定丝杆轴转化成旋转走刀杆的轴向移动，旋转走刀杆的轴向移
6动带动动力旋转套轴向移动，从而带动往复液压马达轴向移动，由于往复液压马达与旋转液压马达固定连接，从而旋转液压马达同样作轴向移动，最终带动钻头轴向移动，以对钻杆进行加工；固定丝杆轴内套装往复刀杆轴形成相对转动的动密封，使得固定丝杆轴静止时， 往复刀杆轴能够相当于固定丝杆轴转动，且固定丝杆轴与往复刀杆轴之间设置为动密封结构，保证了固定丝杆轴与往复刀杆轴之间的密封性能良好，且往复刀杆轴套装于旋转刀杆轴外，使得往复刀杆轴与旋转刀杆轴之间可以相对转动，因此往复刀杆轴与旋转刀杆轴上可以存在不同的转速，或者存在方向相反的转动，使得旋转液压马达与往复液压马达之间可以在不同转速条件下共同配合工作，达到最佳的进刀和退刀进行钻孔的效果，往复刀杆轴与旋转刀杆轴之间形成动密封，使得往复刀杆轴与旋转刀杆轴之间既能够相对转动，又具有良好的密封效果，整个旋转走刀机构内的密封结构使得整个带压钻孔装置具有良好的密封效果，保证了通道内的密封，从而可以方便地控制通道内的压力，保证钻杆的内外压差平衡，且能够在70MPa及其以上的高压情况下具有良好的密封效果。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，所述支架构件包括导轨与滑块，所述滑块可在导轨上自由滑动，所述导轨设置于导向板上，所述导向板的底部设置有调整螺杆，所述调整螺杆外套装有调整铜套；所述往复液压马达与旋转液压马达固定连接于滑块上，所述导向板上设置有卡环，所述卡环与连接法兰固定连接。由于采用了上述结构，导轨与滑块相互配合，且滑块能够在导轨上自由移动；往复液压马达与旋转液压马达固定连接于滑块上，保证了往复液压马达能够带动滑块在导轨上自由移动；卡环与连接法兰的外壁固定连接，支撑起整个连接法兰，带压钻孔装置稳定牢固；所述导向板的底部设置有调正螺杆，所述调正螺杆外套装有调整铜套，调整铜套起到站脚的作用，可以通过调整螺杆调整导向板的高度，使得旋转液压马达、连接法兰的通道、阀门的通道、仪表法兰的通道、通孔处于同一直线上，且与钻杆垂直，使得钻孔装置的进刀方便，且方便对钻杆的侧壁进行切削加工钻孔。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，所述动力旋转套上设置有手柄，所述动力旋转套与旋转走刀杆之间通过手柄固定连接。由于采用了上述结构，手柄用于手动控制动力旋转套转动，最终转化成钻头的轴向移动，机动和手动控制进刀与退刀，可以方便灵活地控制进刀和退刀；所述动力旋转套与旋转走刀杆之间通过手柄固定连接，使得结构更加紧凑。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，所述压力表通过直角针型阀分别连接到连接法兰和仪表法兰上，所述仪表法兰上的供压入口处通过直角针型阀连接到供压装置上。由于采用了上述结构，压力表通过直角针型阀分别连接到连接法兰和仪表法兰上，使得压力表损坏时，能够关闭直角针型阀，便于更换，所述仪表法兰上的供压入口处通过直角针型阀连接到供压装置上，便于控制供入钻孔通道内的压力，平衡钻杆内外的压差。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，所述阀门为手动平板阀或高压旋塞阀。由于采用了上述结构，所述阀门为手动平板阀或高压旋塞阀，使得可以根据实际的需要，选择不同的阀门，用于控制钻孔通道的关闭。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置的使用方法，它通过以下步骤来实现
1)组装好带压钻孔装置，将阀门处于打开状态，将钻头停留在阀门的通道
内，将压力表安装在仪表法兰上和连接法兰上的直角针型阀上，将高压试压泵的管线连接到仪表法兰上的直角针型阀上；
2)将带压钻孔装置安装于钻杆上，卸下防滑抱箍与密封抱箍之间的紧固件， 将防滑抱箍和密封抱箍组合抱紧钻杆后，锁紧紧固件，并将针阀关闭，旋转调整螺杆，调整导向板的高度，并保证旋转液压马达、旋转刀杆轴、钻头与连接法兰的通道、钻孔通道位于同一直线上，且与钻杆垂直；
3)打开针阀，开启液压泵向往复液压马达供压，往复液压马达开始工作，带动与滑块固定连接的往复液压马达与旋转液压马达在导轨上做直线滑行运动，驱动旋转刀杆轴和钻头向钻杆进刀；
4)控制高压试压泵，将高压从仪表法兰上的直角针型阀进入到钻孔通道内， 观察仪表法兰上的压力表，平衡钻杆内和钻孔通道内的压力差；并控制液压泵向旋转液压马达供压，旋转液压马达开始转动，带动旋转刀杆轴旋转，钻头开始切削加工钻杆；
5)当钻头钻穿开孔后，立即停止旋转液压马达，并控制往复液压马达驱动旋转走刀杆反向转动，待液压钻孔装置退回原位后，停止往复液压马达；
6)液压钻孔装置退回原位后，关闭阀门，卸下连接法兰与阀门之间的连接， 将压井放喷装置密封连接到阀门上，观察连接法兰上的压力表，调整并保持压井放喷装置与阀门之间的密封，操作压井放喷装置，建立新的钻井液循环通道。由于采用了上述方法，钻杆钻穿通孔之前，在通道的轴向密闭腔室内加高压，使得钻杆内外的压力平衡，在钻孔的同时调整高压试压泵向通道的轴向密闭腔室内的供压，随时保证钻杆内外的压力平衡，使得当钻头钻穿开孔时，钻杆内外的压力差不大，避免对液压钻孔装置的冲击，避免损坏钻孔装置，保证液压钻孔装置的完好无缺。待钻头钻穿开孔后， 将液压钻孔装置退回原位，卸下钻孔机，压井放喷装置与阀门密封连接，将压井管线与压井放喷装置的单流阀连接，并建立起新的钻井液循环通道，实现压井放喷作业，实现地层压力平衡，从而保证了井控作业的有序完成。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置的使用方法，方法简单，钻孔安全可靠，钻杆过程中能够平衡钻杆内外压差，避免带压钻孔装置受损伤，且能够有效地进行后续的压井放喷作业。综上所述，本发明的有效果如下
1.本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，在70MPa以及以上的压力下，能实现钻杆开孔无泄漏，能够平衡带压钻孔过程中内外压力差，保护钻孔装置免受损伤；
2.本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，采用液压驱动钻孔和钻孔装置的往返，使得操作方便快捷，降低工人劳动强度，而且密封效果好，钻孔安全高效；
3.本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，结构紧凑，钻孔装置的通道所受弯矩小，变形小，进刀和退刀方便快捷，省时省力；
4.本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，能在钻孔完成后为后续压井放喷提供安全通道，建立新的钻井液循环通道实现地层压力平衡，安全的解决了险情；
5.本发明的用于钻杆的带压钻孔装置的使用方法，方法简单，操作方便，钻孔操作安全可靠，钻杆过程中能够平衡钻杆内外压差，避免带压钻孔装置受损伤；
6.本发明的用于钻杆的带压钻孔装置的使用方法，钻孔完成后，能够建立起新的钻井液循环通道，保证地层压力平衡，有效地进行后续的压井放喷作业。
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本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中
图1是本发明的用于钻杆的带压钻孔装置的结构示意图； 图2是图1中I部分的局部放大图； 图3是图1中II部分的局部放大图； 图4是图1中III部分的局部放大图； 图5是图1中IV部分的局部放大图； 图6是图1中A-A方向的结构示意图。附图标记1-带肩六角螺栓、2-防滑抱箍、3-注脂密封圈、4-密封抱箍、5-注脂单流阀、6-直角针型阀、7-密封钢圈、8-手动平板阀、9-钻头、10-旋转丝堵、11-旋转密封圈、12-旋转密封隔环、13-压力表、14-连接法兰、15-旋转刀杆轴、16-固定丝杆轴、17-壳体、18-旋转走刀杆、19-手柄、20-往复刀杆轴、21-动力旋转套、22-圆锥滚子轴承、23-轴承丝堵、24-固定轴承套、25-轴承堵头、26-支撑板、27-旋转液压马达、28-往复液压马达、 29-滑块、30-导轨、31-调整螺杆、32-导向板、33-齿轮、34-壳体0型圈、35-固定丝杆轴0 型圈、36-往复密封圈、37-往复密封隔环、38-往复丝堵、39-旋转滑动轴承、40-调整铜套、 41-调整螺钉、42-卡环、43-螺栓。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1至图6所示，本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，采用哈夫式抱箍同钻杆连接，所述抱箍包括防滑抱箍2和密封抱箍4，两抱箍之间通过带肩六角螺栓1紧固固定连接， 其中防滑抱箍2和密封抱箍4同钻杆的外壁相配合，因此防滑抱箍2和密封抱箍4的内壁均为弧形结构，在密封抱箍4的侧壁上设置有与弧形凹槽连通的通孔，在通孔周围的密封抱箍4内侧壁上设置有弧形凹槽，在密封抱箍4上开设有注脂通道，所述注脂通道的与弧形凹槽连通，在注脂通道的进口处设置有4个注脂单流阀5，在通孔的周围弧形凹槽内安装有注脂密封圈3，所述注脂密封圈3安装于注脂出口处，使得可以通过注脂使得注脂密封圈3将钻杆与密封抱箍4密封连接在一起，所述注脂密封圈3为圆弧形或者椭圆弧形结构，注脂密封圈3的端面为与钻杆外壁相适配的弧度的弧形结构，使得注脂密封圈3与钻杆之间的密封效果更佳，当钻杆侧壁加工孔后，变形后的钻杆与密封抱箍4之间的密封效果仍然良好， 能够承受住钻杆内70MI^及以上的高压，且不易泄漏；与密封抱箍4相配合的防滑抱箍2内壁上设置有牙形齿，防滑抱箍2内的牙形齿与钻杆的外壁相结合，防滑抱箍2的牙形齿与密封抱箍4内壁上安装的注脂密封圈3同时作用到钻杆上，使得密封更紧密，且避免抱箍与钻杆之间的相对转动，使得密封效果更好。在密封抱箍4上密封连接有仪表法兰，仪表法兰通道与密封抱箍4的通孔连通， 该仪表法兰与密封抱箍4之间的连接处设置有密封钢圈7，用于仪表法兰与密封抱箍4之间的密封，密封钢圈7能够承受巨大的压力，且不易变形，保证了长期的密封性良好。所述仪表法兰上分别连接有两个直角针型阀6，当然直角针型阀6还可以采用其它的针阀，只要其体积能够满足仪表阀门处较小空间的要求即可，其中一个直角针型阀6用于连接压力表 13，通过直角针型阀6连接压力表，便于当仪表损坏时的更换；另外一个直角针型阀6空置与外部供压设备的管线连接，便于向通道内供高压流体，从而平衡钻杆内外的压差；所述仪表法兰上密封连接有手动平板阀8，还可以是高压旋塞阀或者其它球阀，只要能够满足大直径的通道的需求，且起到阀门关闭的效果即可；所述手动平板阀8与仪表法兰之间设置有用于密封的密封钢圈7，所述手动平板阀8内的通道与仪表法兰的通道、密封抱箍4上的通孔连通且处于同一直线上形成钻孔通道，便于液压钻孔装置驱动钻头的前行钻孔进刀与退刀，所述手动平板阀8用于控制该通道的开闭，便于控制后续的压井放喷装置的连接；所述手动平板阀8通道的另一端上通过螺栓连接有连接法兰14，在手动平板阀8与连接法兰14 之间设置有用于密封的密封钢圈7，所述连接法兰14的侧壁上开设有通道，该通道出口处设置有直角针型阀6，当然也可以其它体积小的针阀，该直角针型阀6上连接有压力表13， 便于压力表13损坏时的更换；连接法兰14上的压力表13，使得当取下液压钻孔装置，将放喷装置连接到手动平板阀8上，此时通过连接法兰14上的压力表13检测放喷装置与手动平板阀8之间的连接是否密封，当压力表13的压力值为0时，放喷装置与手动平板阀8之间的密封性良好；当压力表13的压力值不为0时，放喷装置与手动平板阀8之间的密封效果不好，需从新调整放喷装置与手动平板阀8之间的密封。在连接法兰14的外壁上连接有卡环42，可以通过卡环42支撑起整个连接法兰14，起到固定和支撑的作用，当使用该带压钻孔装置时，抱箍同钻杆连接在一起，卡环42支撑起整个带压钻孔装置，使得该装置达到固定和平衡，减小弯矩对钻孔机的作用，该卡环42的底端通过螺栓连接到导向板32上，所述导向板32的四角安装在4个调整螺杆31上，调整螺杆31安装在调整铜套40内，调整铜套40用于支撑起导向板32，调整螺杆31与调整铜套40之间的连接，可以调整整个带压钻孔装置的高度，以适应现场对钻孔装置高度的需要。液压往复驱动装置采用往复液压马达28，液压旋转驱动装置采用旋转液压马达 27，当然根据实际需要，也可以采用其它的液压驱动装置，还可以采用气动或者电动的驱动装置。在导向板32上通过螺栓连接有导轨30，在导轨30上设置有与其相配合的滑块四，所述滑块四能够在导轨30上自由移动，滑块四上安装有支撑板沈，支撑板沈上安装有往复液压马达观和旋转液压马达27，所述往复液压马达观设置于旋转液压马达27的下方，所述旋转液压马达27固定安装于支撑板沈上，所述旋转液压马达27的输出轴通过键与旋转刀杆轴15固定连接，所述旋转刀杆轴15设置于连接法兰14的通道内，且旋转刀杆轴15的远离旋转液压马达27的一端上连接有钻头9，所述旋转液压马达27驱动旋转刀杆轴15转动，从而驱动钻头9转动。所述旋转刀杆轴15与旋转液压马达27的输出轴的连接处套装有固定轴承套24， 所述固定轴承套M内安装有圆锥滚子轴承，该圆锥滚子轴承的内圈与旋转刀杆轴15的外壁配合连接，该圆锥滚子轴承被轴承堵头25限制在固定轴承套M内，所述轴承堵头25设置于固定轴承套M的近旋转液压马达27的一端，且固定轴承套M与支撑板沈固定连接， 使得固定轴承套M与旋转刀杆轴15之间相对转动，在固定轴承套M的远离旋转液压马达27的一端固定连接有往复刀杆轴20，所述往复刀杆轴20为筒状结构，且套装于旋转刀杆轴 15夕卜，且往复刀杆轴20与旋转刀杆轴15之间可以相对转动，所述往复刀杆轴20的靠近固定轴承套M的一端上套装有圆锥滚子轴承22，所述圆锥滚子轴承22的内圈与往复刀杆轴 20的外壁配合连接，所述圆锥滚子轴承22的外圈与动力旋转套21的内壁固定连接，使得往复刀杆轴20与动力旋转套21之间相对转动，圆锥滚子轴承22被轴承丝堵23限制在动力旋转套21的内部，所述轴承丝堵23通过螺纹固定连接于动力旋转套21的内部，所述动力旋转套21的外壁为齿轮结构，所述动力旋转套21的齿轮与齿轮33上的齿轮啮合，所述齿轮33连接到往复液压马达观的输出轴上，使得往复液压马达观的输出轴的转动能够带动动力旋转套21的转动，在动力旋转套21的外壁上还固定连接有手柄19，所述手柄19上设置有螺纹，通过手柄19上的螺纹将旋转走刀杆18固定连接到动力旋转套21的内壁上， 使得旋转走刀杆18与动力旋转套21同时静止或转动，所述旋转走刀杆18为筒状结构，且套装于往复刀杆轴20外，所述旋转走刀杆18与往复刀杆轴20之间相对转动，所述旋转走刀杆18外套装有壳体17，所述壳体17为筒状结构且卡接于连接法兰的通道内，且壳体17 与连接法兰14的通道之间通过壳体0型圈34密封连接，保证壳体17与连接法兰之间的密封性良好；所述旋转走刀杆18的内壁与固定丝杆轴16的外壁为相互配合的螺纹结构，并且旋转走刀杆18与固定丝杆轴16之间相互配合，所述固定丝杆轴16为筒形结构，其中固定丝杆轴16套装于旋转走刀杆18内，且套装于往复刀杆轴20外。所述固定丝杆轴16的远离旋转液压马达27的一端的外壁与手动平板阀8的通道、连接法兰14的通道配合固定连接，使得固定丝杆轴16与连接法兰14之间既通过两者之间的配合密封，又通过壳体17与连接法兰之间的壳体0型圈34进行密封，保证了通道的密封性能；在固定丝杆轴16的该端的外壁设置有台阶，使得壳体17的远离旋转液压马达27的一端与该台阶部位配合，且壳体 17的内壁与固定丝杆轴16的台阶部之间设置有用于密封的固定丝杆轴0型圈35，使得壳体17与固定丝杆轴16密封在一起；在固定丝杆轴16的远离旋转液压马达27 —端的内壁与往复刀杆轴20的外壁之间设置有往复密封圈36和往复密封隔环37，在固定丝杆轴16的端部上连接有往复丝堵38，往复丝堵38将往复密封圈36和往复密封隔环37限定在固定丝杆轴16与往复刀杆轴20的空间内，保证密封元件之间的密切配合，从而确保密封性能良好，所述使得固定丝杆轴16与往复刀杆轴20之间既相对转动，又能具有良好的密封性能， 形成动密封结构；，由于固定丝杆轴16固定不动，因此旋转走刀杆18的转动，将转动转化成轴向的移动，从而带动动力旋转套21轴向移动，使得整个液压钻孔装置轴向移动，达到进刀和退刀的效果。固定丝杆轴16的靠近旋转液压马达27的一端内壁与往复刀杆轴20之间安装有轴承，使得往复刀杆轴20能够相对于固定丝杆轴16转动，所述往复刀杆轴20为筒状结构，其中往复刀杆轴20的靠近旋转液压马达27的一端与固定轴承套M固定连接， 使得往复刀杆轴20与旋转刀杆轴15之间相对转动，所述往复刀杆轴20套装于旋转刀杆轴 15夕卜，其远离旋转液压马达27的一端的内壁与旋转刀杆轴15的外壁之间设置有旋转滑动轴承39，使得往复刀杆轴20与旋转刀杆轴15之间相对转动，在往复刀杆轴20远离旋转液压马达27的一端的内壁与旋转刀杆轴15的外壁之间还设置有往复密封圈36和往复密封隔环37，用于密封旋转滑动轴承39，使得往复刀杆轴20与旋转刀杆轴15形成动密封，具有良好的密封性能，在往复刀杆轴20远离旋转液压马达27的一端安装有旋转丝堵10，通过旋转丝堵10将往复密封圈36和往复密封隔环37限定在往复刀杆轴20与旋转刀杆轴15之
11间保持密封。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，在70MPa以及以上的压力下，能实现钻杆开孔无泄漏，能够平衡带压钻孔过程中内外压力差，保护钻孔装置免受损伤；采用液压驱动钻孔和钻孔装置的往返，使得操作方便快捷，降低工人劳动强度，而且密封效果好，钻孔安全高效；结构紧凑，钻孔装置的通道所受弯矩小，变形小，进刀和退刀方便快捷，省时省力； 能在钻孔完成后为后续压井放喷提供安全通道，建立新的钻井液循环通道实现地层压力平衡，安全的解决了险情。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置的使用方法，它通过以下步骤来实现
1.组装好带压钻孔装置，将阀门8处于打开状态，将钻头9停留在阀门8的通道内，将压力表13安装在仪表法兰上和连接法兰上的直角针型阀6上，将高压试压泵的管线连接到仪表法兰上的直角针型阀6上。组装好带压钻孔装置，为后续的钻孔做好准备；阀门处于打开状态，便于钻头9通过该处对钻杆进行钻孔的切削加工；在仪表法兰上的一针阀、连接法兰14上的针阀上均安装压力表13，便于对整个钻孔通道内的压力值进行实时观察，从而能够持续控制高压试压泵向通道内供高压流体，保证钻杆的内外压差平衡。2.将带压钻孔装置安装于钻杆上，卸下防滑抱箍2与密封抱箍4之间的紧固件， 将防滑抱箍2和密封抱箍4组合抱紧钻杆后，锁紧紧固件，并将针阀关闭，旋转调整螺杆31， 调整导向板32的高度，并保证旋转液压马达27、旋转刀杆轴15、钻头9与连接法兰14的通道、钻孔通道位于同一直线上，且与钻杆垂直。将带压钻孔装置安装于钻杆上，并通过各处的密封关系，保证了带压钻孔装置与钻杆之间的密封能够承受70MPa及其以上的高压；同时调整导向板32的高度，并保证旋转液压马达、旋转刀杆轴15、钻头9与连接法兰14的通道、阀门的通道、仪表法兰的通道、通孔位于同一直线上，且与钻杆垂直，便于钻头的进刀，克服了进刀困难的缺陷。3.打开针阀，开启液压泵向往复液压马达供压，往复液压马达开始工作，带动与滑块四固定连接的往复液压马达观与旋转液压马达27在导轨30上做直线滑行运动，驱动旋转刀杆轴15和钻头9向钻杆进刀。通过控制往复液压马达转动，从而将旋转运动转化成直线运动，控制钻头的进刀与退刀，方便快捷，省时省力。4.在钻头9接近钻杆的外弧面时，减小液压泵向往复液压马达的流量，此时往复液压马达处于低速进给状态，保证钻头9缓慢移动，并控制液压泵向旋转液压马达供压，旋转液压马达开始转动，带动旋转刀杆轴15旋转，钻头9开始切削加工钻杆，同时控制高压试压泵，将高压从仪表法兰上的针阀进入到阀门的轴向密闭腔室内，平衡钻杆内外之间的压力差。观察仪表法兰上压力表的值，根据钻头9的加工情况，同时调整高压试压泵向钻孔通道内的供压，保证钻杆内外之间的压力差达到平衡，避免钻穿孔后对钻孔装置的冲击。5.当钻头9钻穿开孔后，立即停止旋转液压马达27，并控制往复液压马达观驱动旋转走刀杆18反向转动，待液压钻孔装置退回原位后，停止往复液压马达观。液压钻孔装置退回原位后，关闭阀门，卸下与阀门密封连接的连接法兰14，将液压钻孔装置与支架构件取下，并将压井放喷装置与阀门密封连接，将压井放喷装置的压井管线与单流阀连接，建立起新的钻井液循环通道，保证地层压力平衡。6.液压钻孔装置退回原位后，关闭阀门8，卸下连接法兰14与阀门8之间的连接， 将压井放喷装置密封连接到阀门8上，观察连接法兰上的压力表13，调整并保持压井放喷装置与阀门8之间的密封，操作压井放喷装置，建立新的钻井液循环通道。将压井放喷装置与阀门密封连接，将压井管线与压井放喷装置的单流阀连接，建立起新的钻井液循环通道，保证地层压力平衡，从而完成压井作业，解决了险情。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置的使用方法，方法简单，操作方便，钻孔操作安全可靠，钻杆过程中能够平衡钻杆内外压差，避免带压钻孔装置受损伤；钻孔完成后，能够建立起新的钻井液循环通道，保证地层压力平衡，有效地进行后续的压井放喷作业，适合推 本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
1.一种用于钻杆的带压钻孔装置，包括安装于钻杆上的哈夫式抱箍，所述哈夫式抱箍包括通过紧固件连接的防滑抱箍(2)与密封抱箍(4)，其中密封抱箍(4)上设置有通孔，该通孔周围的密封抱箍(4)内壁上设置有弧形凹槽，在弧形凹槽内设置有密封圈，所述密封抱箍(4)上密封连接有阀门(8)，所述阀门(8)上密封连接有液压钻孔装置，所述液压钻孔装置上连接有往复运动机构，其特征在于所述往复运动机构分别与液压钻孔装置和阀门 (8)密封连接，所述密封抱箍(4)与阀门(8)之间通过仪表法兰密封连接，所述仪表法兰上设置有用于连接供压设备的供压入口，且仪表法兰上连接有压力表(13)。
2.如权利要求1所述的用于钻杆的带压钻孔装置，其特征在于所述密封抱箍(4)上的通孔与仪表法兰的通道、阀门(8)的通道之间相互连通形成密闭的钻孔通孔，所述液压钻孔装置包括旋转液压马达(27)、旋转刀杆轴(15)和钻头(9)，所述钻头(9)连接于旋转刀杆轴(15)上，所述旋转刀杆轴(15)连接于旋转液压马达(27)上，所述钻头(9)和旋转刀杆轴 (15)可在钻孔通孔内自由移动。
3.如权利要求1或2所述的用于钻杆的带压钻孔装置，其特征在于所述密封抱箍(4) 上设置有与弧形凹槽连通的注脂通道，在注脂通道入口处设置有注脂单流阀(5)，弧形凹槽内的密封圈为注脂密封圈(3)，所述注脂密封圈(3)的端面为与钻杆外壁相适配的弧形面。
4.如权利要求2所述的用于钻杆的带压钻孔装置，其特征在于所述往复运动机构包括往复液压马达(28)、齿轮(33)、动力旋转套(21)和旋转走刀机构，所述往复液压马达 (28)与旋转液压马达(27)固定连接于支架构件上，所述齿轮(33)连接于往复液压马达 (28)上，且齿轮(33)与动力旋转套(21)啮合，所述动力旋转套(21)与旋转走刀机构固定连接，所述旋转走刀机构可使旋转液压马达(27)往返移动，所述动力旋转套(21)和旋转走刀机构套装于旋转刀杆轴(15)外，且所述旋转走刀机构同时与旋转刀杆轴(15)和阀门(8) 密封活动连接。
5.如权利要求4所述的用于钻杆的带压钻孔装置，其特征在于所述旋转走刀机构包括连接法兰(14)、壳体(17)、旋转走刀杆(18)、固定丝杆轴(16)和往复刀杆轴(20)，所述连接法兰(14)的一端与阀门密封连接，另一端内密封套装有壳体(17)，所述连接法兰(14)上设置有压力表(13)，所述壳体(17)内套装有旋转走刀杆(18)，所述旋转走刀杆(18)与动力旋转套(21)固定连接，所述旋转走刀杆(18)的内壁螺纹连接有固定丝杆轴(16)，所述固定丝杆轴(16)与壳体(17)的内壁、连接法兰(14)的通道内壁密封固定，所述固定丝杆轴(16) 内套装往复刀杆轴(20)形成可相对转动的动密封，所述往复刀杆轴(20)套装于旋转刀杆轴(15)外形成可相对转动的动密封。
6.如权利要求5所述的用于钻杆的带压钻孔装置，其特征在于所述支架构件包括导轨(30)与滑块(29)，所述滑块(29)可在导轨(30)上自由滑动，所述导轨(30)设置于导向板(32)上，所述导向板(32)的底部设置有调整螺杆(31)，所述调整螺杆(31)外套装有调整铜套(40)；所述往复液压马达(28)与旋转液压马达(27)固定连接于滑块(29)上，所述导向板(32 )上设置有卡环(42 )，所述卡环(42 )与连接法兰(14 )固定连接。
7.如权利要求4或5或6所述的用于钻杆的带压钻孔装置，其特征在于所述动力旋转套(21)上设置有手柄(19)，所述动力旋转套(21)与旋转走刀杆(18)之间通过手柄(19) 固定连接。
8.如权利要求7所述的用于钻杆的带压钻孔装置，其特征在于所述压力表(13)通过直角针型阀(6)分别连接到连接法兰(14)和仪表法兰上，所述仪表法兰上的供压入口处通过直角针型阀(6)连接到供压装置上。
9.如权利要求1或2或4或5或8所述的用于钻杆的带压钻孔装置，其特征在于所述阀门(8)为手动平板阀或高压旋塞阀。
10.一种用于钻杆的带压钻孔装置的使用方法，其特征在于其方法以下1).组装好带压钻孔装置，将阀门(8)处于打开状态，将钻头(9)停留在阀门(8)的通道内，将压力表(13)安装在仪表法兰上和连接法兰上的直角针型阀(6)上，将高压试压泵的管线连接到仪表法兰上的直角针型阀(6)上；2).将带压钻孔装置安装于钻杆上，卸下防滑抱箍(2)与密封抱箍(4)之间的紧固件， 将防滑抱箍(2)和密封抱箍(4)组合抱紧钻杆后，锁紧紧固件，并将针阀关闭，旋转调整螺杆(31)，调整导向板(32)的高度，并保证旋转液压马达(27)、旋转刀杆轴(15)、钻头(9)与连接法兰(14)的通道、钻孔通道位于同一直线上，且与钻杆垂直；3).打开针阀，开启液压泵向往复液压马达供压，往复液压马达开始工作，带动与滑块 (29)固定连接的往复液压马达(28)与旋转液压马达(27)在导轨(30)上做直线滑行运动， 驱动旋转刀杆轴(15)和钻头(9)向钻杆进刀；4).控制高压试压泵，将高压从仪表法兰上的直角针型阀(6)进入到钻孔通道内，观察仪表法兰上的压力表(13)，平衡钻杆内和钻孔通道内的压力差；并控制液压泵向旋转液压马达(27)供压，旋转液压马达(27)开始转动，带动旋转刀杆轴(15)旋转，钻头(9)开始切削加工钻杆；5).当钻头(9)钻穿开孔后，立即停止旋转液压马达(27)，并控制往复液压马达(28)驱动旋转走刀杆(18)反向转动，待液压钻孔装置退回原位后，停止往复液压马达(28)；6).液压钻孔装置退回原位后，关闭阀门(8)，卸下连接法兰(14)与阀门(8)之间的连接，将压井放喷装置密封连接到阀门(8)上，观察连接法兰上的压力表(13)，调整并保持压井放喷装置与阀门(8)之间的密封，操作压井放喷装置，建立新的钻井液循环通道。
全文摘要
本发明公开了一种用于钻杆的带压钻孔装置及其使用方法，属于带压钻孔技术领域。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置，密封抱箍上连接有仪表法兰，仪表法兰上设置有供压入口，仪表法兰上连接有压力表，仪表法兰上连接有阀门，阀门上连接有液压钻孔装置，液压钻孔装置上连接有往复运动机构。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置的使用方法1.组装；2.安装于钻杆上；3.往复液压马达工作，驱动钻杆进刀；4.旋转液压马达工作，高压进入到阀门的轴向密闭腔室内，平衡钻杆内外的压力差；5.钻杆钻穿开孔；6.液压钻孔装置退回原位，建立新的钻井液循环通道。本发明的用于钻杆的带压钻孔装置及其使用方法，能够承受70MPa及以上的高压，为后续压井放喷提供安全通道。
文档编号E21B17/04GK102168530SQ20101061155
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者严永发, 刘丹丹, 刘清友, 林发权, 王云海, 王国荣 申请人:西南石油大学