步进式喷射钻进井下控制系统的制作方法
步进式喷射钻进井下控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种步进式喷射钻进井下控制系统，包括速度控制器和锚定机构，速度控制器包括节流筒、节流柱塞和活塞杆，节流筒套设于活塞杆外，且节流筒的上、下两端分别与活塞杆的上、下两端密封连接，节流筒与活塞杆之间形成密封的环形液压腔，节流柱塞设置于液压腔内并固定套设于活塞杆外，节流柱塞的外壁与节流筒的内壁之间形成节流间隙，活塞杆内含有沿轴贯通的通孔，活塞杆和节流柱塞能够相对于节流筒沿节流筒的轴向移动，当活塞杆沿轴向下行后，活塞杆能够撑开锚定机构。本发明不仅能够通过液压缸控制推力在喷射钻进送进过程中控制速度，而且能够通过锚定机构使液压缸推进机构在推动过程中进行步进，从而实现喷射软管的长距离送进。
【专利说明】步进式喷射钻进井下控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水射流钻径向水平井【技术领域】，特别是一种步进式喷射钻进井下控制系统。
【背景技术】
[0002]水射流径向钻井是一种零转向半径的水平钻井技术，该钻井技术的主要工序包括:1、套管开窗；2、钻水泥环；3、地层钻进。通过在油气井内沿井筒径向钻出一个或多个清洁的流体孔道，以新增和拓展泄油区域，从而改善油气流入井筒的特性，实现增产、增注和提高采收率。该技术具有以下特点:穿透距离深；孔径大、孔壁清洁、流通能力强；对井身结构损害小，对地层无污染；不易堵塞、坍塌，有效期长久；作业风险小。
[0003]目前国内外钻径向水平井喷射软管的送进动力主要有两大类。一类是在喷射软管前端安装牵引喷嘴，利用水射流的喷射反力来提供牵引力，牵引喷射软管在已钻成的孔道中前行。这种方式的不足之处是，受射流水功率的限制，喷射反力有限，长距离钻进喷射软管在孔道中所受阻力较大，易导致钻进受阻。另一类是在喷射软管末端施加一定推力。施加推力的方式一般有两种，一种是利用液压缸液力推进，推力大小容易控制，不足之处是，软管的送进距离受限制于液压缸的单次行程，无法长距离送进。另一种是利用管柱重力，长距离送进容易，但受井筒因素影响，力传递情况复杂，地面难以实现井下准确控制。
[0004]喷射钻进送进速度控制是制约地层长距离钻进的难题之一。现有地面设备长距离下放管柱的速度比较快(大于0.01m/s)，而且波动大，不能满足井下低速平稳喷射钻进(0.002m/s)速度控制要求。过快送进易造成喷射软管前端喷嘴冲顶紧贴孔道底端，丧失射流破岩钻孔最佳喷距，导致钻进卡钻，喷射软管易因受压在孔眼中发生折弯损伤，最终使喷射软管无法继续向前送进。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中喷射钻进送进速度控制及喷射软管送进距离的问题，本发明提供了一种步进式喷射钻进井下控制系统，通过采用液压缸液力推进机构和锚定机构相结合的方式进行驱动，不仅能够通过液压缸控制推力在喷射钻进送进过程中控制速度，而且能够通过锚定机构使液压缸推进机构在推动过程中进行步进，从而实现喷射软管的长距离送进。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种步进式喷射钻进井下控制系统，包括速度控制器和锚定机构，速度控制器包括节流筒、节流柱塞和活塞杆，节流筒套设于所述活塞杆外，且节流筒的上、下两端分别与所述活塞杆的上、下两端密封连接，节流筒与所述活塞杆之间形成密封的环形液压腔，节流柱塞设置于所述液压腔内并固定套设于所述活塞杆外，节流柱塞将所述液压腔分为节流柱塞以下的压缩腔以及节流柱塞以上的回弹腔，节流柱塞的外壁与节流筒的内壁之间形成节流间隙，所述压缩腔和所述回弹腔之间通过所述节流间隙连通，所述活塞杆内含有沿轴贯通的通孔，所述活塞杆和节流柱塞能够相对于节流筒沿节流筒的轴向移动，当所述活塞杆沿轴向下行后，所述活塞杆能够撑开锚定机构。
[0007]节流柱塞包括筒状的柱塞本体，柱塞本体的侧壁上设置有轴向通孔，轴向通孔的上端设置有仅允许液体自轴向通孔的上端的所述回弹腔向轴向通孔的下端的所述压缩腔流通的单向阀。
[0008]所述单向阀包括阀座和钢球，阀座的底部具有密封锥面，阀座通过外螺纹固定在轴向通孔的顶部内，且阀座的下方设有空腔，所述空腔的底部设有十字形通道，钢球能在所述空腔中沿柱塞本体的轴向往复移动；当钢球位于所述空腔的上端时，钢球与阀座的所述密封锥面密封接触；当钢球位于所述空腔的下端时，所述空腔通过该十字形通道与轴向通孔连通。
[0009]所述节流间隙为0.0125毫米至0.05毫米，当所述活塞杆轴向下行时，所述压缩腔内的液体流经所述节流间隙流至所述回弹腔能够降低所述活塞杆的速度。
[0010]所述活塞杆包括上活塞杆和下活塞杆，上活塞杆的外壁与节流筒的上端密封连接，上活塞杆的下端与节流柱塞的上端密封固定连接，下活塞杆的外壁与节流筒的下端密封连接，下活塞杆的上端与节流柱塞的下端密封固定连接，且上活塞杆、节流柱塞与下活塞杆内设有依次连通的密封通道。
[0011]节流筒的上、下两端分别设置有筒形的上密封接头和筒形的下密封接头，上密封接头的上端密封固定连接有连接筒，连接筒的上端设置有能连接工作管柱的内螺纹，上密封接头的内壁与上活塞杆的外壁密封固定连接，上密封接头的下端与节流筒的上端密封固定连接，下密封接头的内壁与下活塞杆的外壁密封固定连接，下密封接头的上端与节流筒的下端密封固定连接，下密封接头的下端与销定机构固定连接。
[0012]上密封接头包括上堵头和上接头本体，上堵头套设于上接头本体的上端与上活塞杆之间，上堵头与上接头本体密封固定连接；上接头本体的内壁与上活塞杆密封连接；上接头本体的上端外壁与连接筒的内壁密封固定连接；上接头本体的下端外壁与节流筒密封固定连接；
[0013]下密封接头包括下堵头和下接头本体，下堵头套设于下接头本体的下端与下活塞杆之间，下堵头与下接头本体密封固定连接；下接头本体的内壁与下活塞杆密封连接；下接头本体的上端外壁与节流筒密封固定连接；下接头本体的下端外壁与锚定机构密封固定连接。
[0014]下接头本体的内壁与下活塞杆的外壁之间设有进液间隙，下接头本体的中部设置有进液孔，所述进液孔与所述压缩腔之间通过所述进液间隙液体连通，所述进液孔内设有堵头O
[0015]锚定机构包括筒体和活动锚爪，筒体的上端与下接头本体的下端螺纹连接，下活塞杆的下端位于筒体内，且下活塞杆的下端设置有能连接喷管的喷管接头；筒体的筒壁上设置有沿轴向开设的多个滑槽，活动锚爪包括爪部，活动锚爪的爪部设置于滑槽内并能够沿滑槽滑动，筒体的下端固定有能限位活动锚爪的限位螺母，当下活塞杆轴向下行后，喷管接头的外壁面能撑开活动锚爪。
[0016]活动锚爪的材料为弹簧钢，被撑开的活动锚爪的爪部能依靠自身的弹力径向收缩爪部。
[0017]筒体的下端设置有支撑套和限位螺母，支撑套与筒体固定连接，支撑套的下端与限位螺母固定连接，支撑套的上端沿周向设置有与滑槽相对应的外凸块，所述外凸块与滑槽的下端相互匹配嵌卡。
[0018]本发明的有益效果是，I)采用液压缸液力推进与喷射自牵引结合的方式驱动，为钻径向水平井喷射软管提供足够、准确、可控的动力；2)采用封闭液压油腔进行油水隔离，利用液压油作节流介质，通过液压油腔内环隙节流调控钻进速度，实现喷射软管平稳低速送进；3)采用滑槽式楔形增力锚定方式，通过下放管柱的方式，可实现速度控制器的液缸活塞杆复位；4)采用送进、锚定、复位、再送进的步进爬行方式，实现喷射软管长距离送进，送进总距离等于步长X步进次数。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0020]图1是本发明的步进式喷射钻进井下控制系统的初始状态的结构示意图；
[0021]图2是本发明的步进式喷射钻进井下控制系统的锚定状态的结构示意图；
[0022]图3是本发明的步进式喷射钻进井下控制系统的复位状态的结构示意图；
[0023]图4是本发明的节流柱塞的放大图；
[0024]图5是图4中A-A线的截面图；
[0025]图6是本发明的阀座的结构示意图；
[0026]图7是本发明的阀座的俯视图。
[0027]附图标记说明:1.连接筒，21.螺钉，22.螺钉，23.螺钉，24.螺钉，25.螺钉，
[0028]3.速度控制器，31.上密封接头，311.上堵头，312.密封圈，313.组合密封，314.密封圈，315.挡圈，316.上接头本体，317.密封圈，321.上活塞杆，322.下活塞杆，33.节流筒，34.节流柱塞，341.阀座，342.钢球，343.密封圈，344.柱塞本体，345.密封圈，346.轴向通孔，35.下密封接头，351.下堵头，352.密封圈，353.组合密封，354.密封圈，355.挡圈，356.下接头本体，357.密封圈，358.堵头，
[0029]4.锚定机构，41.筒体，411.滑槽，42.喷管接头，43.滑动锚爪，44.支撑套，45.限位螺母。
【具体实施方式】
[0030]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】
【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0031]如图1所示，本发明的步进式喷射钻进井下控制系统包括速度控制器3和锚定机构4，速度控制器3包括节流筒33、节流柱塞34和活塞杆，节流筒33套设于所述活塞杆外，且节流筒33的上、下两端分别与所述活塞杆的上、下两端密封连接，节流筒33与所述活塞杆之间形成密封的环形液压腔，节流柱塞34设置于所述液压腔内并固定套设于所述活塞杆外，节流柱塞34将所述液压腔分为节流柱塞34以下的压缩腔以及节流柱塞34以上的回弹腔，节流柱塞34的外壁与节流筒33的内壁之间形成节流间隙，所述压缩腔和所述回弹腔之间通过所述节流间隙连通，所述活塞杆内含有沿轴贯通的通孔，所述活塞杆和节流柱塞34能够相对于节流筒33沿节流筒33的轴向移动，当所述活塞杆沿轴向下行后，所述活塞杆能够撑开锚定机构4。
[0032]本发明中，节流筒33、节流柱塞34和所述活塞杆所组成的速度控制器3，构成液压缸液力推进机构，利用高压清水介质来驱动速度控制器3，使所述活塞杆驱动连接在其上的喷射软管向前送进。高压清水介质流过速度控制器3的所述活塞杆及喷射软管，最后经过连接在喷射软管前端的喷嘴形成射流喷钻地层。节流筒33与所述活塞杆之间形成了密封的环形液压腔，所述液压腔利用液压油作为节流介质，将液压油介质和清水介质分离，通过所述液压腔内的节流间隙来调控钻进速度，可以满足在较大压力的条件下，高压清水对所述活塞杆的驱动力大小合适，且所述活塞杆能够运行稳定，从而保证连接在所述活塞杆上的喷射软管能在地层中均匀低速喷射送进，解决了喷射钻进送进过程中的速度控制问题；另外，在速度控制器3的下端还增设了锚定机构4，通过锚定机构4的锚定和解锚，速度控制器3实现了步进，解决了喷射软管长距离送进的问题。
[0033]所述节流间隙的设置使所述活塞杆受到的驱动力大小合适，同时，当所述活塞杆需要退回时，也受到所述节流间隙的设置，使得所述活塞杆退回时的速度也较为缓慢。节流柱塞34包括筒状的柱塞本体344，为了解决所述活塞杆退回时受所述节流间隙的限制而速度缓慢的问题，在柱塞本体344的侧壁上设置有轴向通孔346，轴向通孔346的上端设置有仅允许液体自轴向通孔346的上端的所述回弹腔向轴向通孔346的下端的所述压缩腔流通的单向阀。如此，当所述活塞杆退回(轴向上行)时，轴向通孔346上设置的所述单向阀受液压打开，所述液压腔内的液压油通过所述节流间隙及轴向通孔346自所述回弹腔流向所述压缩腔，所述活塞杆轴向上行的速度不再受所述节流间隙的限制，所述活塞杆在速度控制器3步进的过程中能够较快退回，以尽快进行下一次钻进动作，提高了喷射软管的钻进效率。具体操作中，可以在柱塞本体344的侧壁上设置多个轴向通孔，为了使所述活塞杆受力均匀，多个轴向通孔346应当以节流柱塞34的轴线为对称轴均匀排布在柱塞本体344的侧壁。
[0034]如图4至图7所示，轴向通孔346所设置的单向阀，包括阀座341和钢球342，阀座341的底部具有密封锥面，阀座341通过外螺纹固定在轴向通孔346的顶部内，且阀座341的下方设有空腔，所述空腔的底部设有十字形通道，钢球342能在所述空腔中沿柱塞本体344的轴向往复移动；当钢球342位于所述空腔的上端时，钢球342与阀座341的所述密封锥面密封接触，此时所述单向阀关闭；当钢球342位于所述空腔的下端时，所述空腔通过该十字形通道与轴向通孔346连通。所述十字形通道为在垂直于柱塞本体344轴线的平面上的投影为十字形的通道，此时所述单向阀开启。
[0035]所述节流间隙为0.0125毫米至0.05毫米，由于所述节流间隙在本发明中用以节流调速，当所述活塞杆轴向下行时，所述压缩腔内的液体仅通过所述节流间隙流至所述回弹腔时，能够有效降低所述活塞杆的速度，达到控制所述活塞杆速度的目的，有效解决喷射钻进送进过程中的速度控制问题。
[0036]如图1所示，所述活塞杆包括上活塞杆321和下活塞杆322，上活塞杆321的外壁与节流筒33的上端密封连接，上活塞杆321的下端与节流柱塞34的上端密封固定连接，下活塞杆322的外壁与节流筒33的下端密封连接，下活塞杆322的上端与节流柱塞34的下端密封固定连接，且上活塞杆321、节流柱塞34与下活塞杆322内设有依次连通的密封通道。将所述活塞杆拆分为上、下活塞杆的结构，在生产及运输时都更为便利，拆分后的上活塞杆321和下活塞杆322与节流筒33、节流柱塞34分别密封连接，以保证上活塞杆321、节流柱塞34与下活塞杆322内形成的密封通道能够承受清水介质进入时的高压，在从而确保下活塞杆322能够驱动连接在其上的高压软管向前送进。
[0037]为了实现上活塞杆321与节流筒33、节流柱塞34之间的密封连接，在节流筒33的上端设置有筒形的上密封接头31，上密封接头31的内壁与上活塞杆321的外壁密封固定连接，上密封接头31的下端与节流筒33的上端密封固定连接，此外，上密封接头31的上端还密封固定连接有连接筒1，连接筒I的上端设置有能连接工作管柱的内螺纹。
[0038]具体的是，上密封接头31包括上堵头311和上接头本体316，上堵头311套设于上接头本体316的上端与上活塞杆321之间，上堵头311与上活塞杆321之间滑动连接，上堵头311的上端通过外螺纹与上接头本体316螺接，上堵头311的下端通过组合密封313与上接头本体316密封连接，上接头本体316的上端内壁与上活塞杆321的外壁的接触面上设置有密封槽，该密封槽内设置有密封圈314，在密封圈314的底端还设置有挡圈315，以提高上接头本体316的内壁与上活塞杆321的外壁之间的密封性能；上接头本体316的下端外壁通过外螺纹与节流筒33螺接，节流筒33的上端通过螺钉22与上接头本体316连接，上接头本体316在该外螺纹的下端设置有密封槽，该密封槽内设置有密封圈317 ;上接头本体316的上端外壁通过外螺纹与连接筒I的内壁固定连接，且连接筒I的下端通过螺钉21与上接头本体316固定连接，上接头本体316在与连接筒I连接的接触面上设置有密封槽，在该密封槽内设置有密封圈312。
[0039]为了实现下活塞杆322与节流筒33、节流柱塞34之间的密封连接，在节流筒33的下端设置有筒形的下密封接头35，下密封接头35的内壁与下活塞杆322的外壁密封固定连接，下密封接头35的上端与节流筒33的下端密封固定连接，此外，下密封接头35的下端与销定机构4固定连接。
[0040]具体的是，下密封接头35包括下堵头351和下接头本体356，下堵头351套设于下接头本体356的下端与下活塞杆322之间，下堵头351与下活塞杆322之间滑动连接，下堵头351的上端通过外螺纹与下接头本体356螺接，下堵头351的上端通过组合密封353与下接头本体356密封连接；下接头本体356的内壁与下活塞杆322的外壁的接触面上设置有密封槽，该密封槽内设置有密封圈354，在密封圈354的底端还设置有挡圈355以提高下接头本体356的内壁与下活塞杆322的外壁之间的密封性能；下接头本体356的上端外壁通过外螺纹与节流筒33螺接，节流筒33的下端通过螺钉23与下接头本体356连接，下接头本体356在该外螺纹的上端设置有密封槽，该密封槽内设置有密封圈357 ;下接头本体356的下端外壁通过外螺纹与锚定机构4的内壁固定连接，且锚定机构4的上端通过螺钉24与下接头本体356固定连接。
[0041]组合密封313与组合密封353均按标准选用，具体结构请参看《机械设计手册》第四版第3卷车氏组合密封内容10-300页至10-306页，化学工业出版社。
[0042]在节流柱塞34的外壁面上设置有供扳手卡拧的凹槽，以便于节流柱塞34与上活塞杆321和下活塞杆322连接。
[0043]在一个可行的实施方式中，下接头本体356的内壁与下活塞杆322的外壁之间设有进液间隙，下接头本体356的中部设置有进液孔，所述进液孔与所述压缩腔之间通过所述进液间隙液体连通，所述进液孔内设有堵头358。堵头358与所述进液孔连接处设置有密封圈352。所述进液孔也可以设置在上接头本体316的中部，使上接头本体351的内壁与上活塞杆321的外壁之间形成进液间隙，则所述进液孔与所述回弹腔之间可以通过所述进液间隙液体连通。
[0044]锚定机构4包括筒体41和活动锚爪43，筒体41的上端与下接头本体356的下端螺纹连接，且筒体41的上端通过螺钉24与下接头本体356固定连接，下活塞杆322的下端位于筒体41内，且下活塞杆322的下端设置有能连接喷管的喷管接头42 ;筒体41的筒壁上设置有沿轴向开设的多个滑槽411，活动锚爪43包括爪部，活动锚爪43的爪部设置于滑槽411内并能够沿滑槽411滑动，筒体41的下端固定有能限位活动锚爪43的限位螺母45，当下活塞杆322轴向下行后，喷管接头42的外壁面能撑开活动锚爪43。其中，喷管结构42可以通过内螺纹固定于下活塞杆322的下端，且喷管结构42与下活塞杆322的连接面上设有密封槽，该密封槽内设有密封圈。
[0045]优选地，活动锚爪43的爪部的上端形成为楔形结构，喷管接头的外壁面与活动锚爪43的爪部的楔形结构相匹配。活动锚爪43的材料为弹簧钢，被撑开的活动锚爪43的爪部能依靠自身的弹力径向收缩爪部。
[0046]筒体41设置的滑槽411、喷管接头42与楔形结构的活动锚爪43构成了楔形增力锚定机构，当速度控制器3的所述活塞杆送进到位时，喷管接头42能够撑开活动锚爪43实现所述活塞杆的锚定。该锚定的动力是作用在所述活塞杆上的液压力，再由所述活塞杆下端连接的喷管接头42与活动锚爪43的楔形结构增力，推动活动锚爪43的爪部径向扩张，在油管壁的约束下锚定。所述活塞杆锚定后，通过地面下放连续油管柱的方式，依靠油管柱的重力驱动节流筒33下行，实现速度控制器3的所述活塞杆相对于节流筒33复位。速度控制器3的所述活塞杆复位后，通过地面设备上提连续油管柱，所述活塞杆在摩擦力作用下随节流筒33 —起上行，所述活塞杆下端连接的喷管接头42与活动锚爪43分离，活动锚爪43依靠自身的弹性恢复力，使活动锚爪43的爪部径向收缩，与油管壁脱离接触，从而实现楔形增力锚定机构的解锚。
[0047]通过锚定机构4的锚定和解锚，速度控制器3实现了步进，解决了喷射软管长距离送进的问题，喷射软管的送进距离不再受限于液压缸的单次行程，实现了喷射软管的长距离送进，喷射软管的送进总距离等于速度控制器3的步长X速度控制器3的步进次数。
[0048]筒体41的下端设置有支撑套44和限位螺母45，支撑套44与筒体41固定连接，支撑套44的下端与限位螺母45固定连接，支撑套44的上端沿周向设置有与滑槽411相对应的外凸块，所述外凸块与滑槽411的下端相互匹配嵌卡，从而支撑筒体41，保障筒体41上的滑槽411能张开到位。
[0049]下面结合图1至图3所示，举例说明本发明步进式喷射钻进井下控制系统的工作过程。
[0050]本发明采用液压缸液力推进与喷射自牵引结合的方式驱动，为钻径向水平井喷射软管提供足够、准确、可控的动力；采用封闭液压油腔进行油水隔离，利用液压油作节流介质，通过液压油腔内环隙节流调控钻进速度，实现喷射软管平稳低速送进；采用滑槽式楔形增力锚定方式，通过下放管柱的方式，可实现速度控制器的液缸活塞杆复位；采用送进、锚定、复位、再送进的步进爬行方式，实现喷射软管长距离送进，送进总距离等于步长X步进次数。
[0051]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所应当地涵盖了与本案创新点有关的其他组合及具体应用。
【权利要求】
1.一种步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，所述步进式喷射钻进井下控制系统包括速度控制器⑶和锚定机构(4)，速度控制器(3)包括节流筒(33)、节流柱塞(34)和活塞杆，节流筒(33)套设于所述活塞杆外，且节流筒(33)的上、下两端分别与所述活塞杆的上、下两端密封连接，节流筒(33)与所述活塞杆之间形成密封的环形液压腔，节流柱塞(34)设置于所述液压腔内并固定套设于所述活塞杆外，节流柱塞(34)将所述液压腔分为节流柱塞(34)以下的压缩腔以及节流柱塞(34)以上的回弹腔，节流柱塞(34)的外壁与节流筒(33)的内壁之间形成节流间隙，所述压缩腔和所述回弹腔之间通过所述节流间隙连通，所述活塞杆内含有沿轴贯通的通孔，所述活塞杆和节流柱塞(34)能够相对于节流筒(33)沿节流筒(33)的轴向移动，当所述活塞杆沿轴向下行后，所述活塞杆能够撑开锚定机构⑷。
2.根据权利要求1所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，节流柱塞(34)包括筒状的柱塞本体(344)，柱塞本体(344)的侧壁上设置有轴向通孔(346)，轴向通孔(346)的上端设置有仅允许液体自轴向通孔(346)的上端的所述回弹腔向轴向通孔(346)的下端的所述压缩腔流通的单向阀。
3.根据权利要求2所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，所述单向阀包括阀座(341)和钢球(342)，阀座(341)的底部具有密封锥面，阀座(341)通过外螺纹固定在轴向通孔(346)的顶部内，且阀座(341)的下方设有空腔，所述空腔的底部设有十字形通道，钢球(342)能在所述空腔中沿柱塞本体(344)的轴向往复移动；当钢球(342)位于所述空腔的上端时，钢球(342)与阀座(341)的所述密封锥面密封接触；当钢球(342)位于所述空腔的下端时，所述空腔通过该十字形通道与轴向通孔(346)连通。
4.根据权利要求1所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，所述节流间隙为0.0125毫米至0.05毫米，当所述活塞杆轴向下行时，所述压缩腔内的液体流经所述节流间隙流至所述回弹腔能够降低所述活塞杆的速度。
5.根据权利要求1所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，所述活塞杆包括上活塞杆(321)和下活塞杆(322)，上活塞杆(321)的外壁与节流筒(33)的上端密封连接，上活塞杆(321)的下端与节流柱塞(34)的上端密封固定连接，下活塞杆(322)的外壁与节流筒(33)的下端密封连接，下活塞杆(322)的上端与节流柱塞(34)的下端密封固定连接，且上活塞杆(321)、节流柱塞(34)与下活塞杆(322)内设有依次连通的密封通道。
6.根据权利要求5所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，节流筒(33)的上、下两端分别设置有筒形的上密封接头(31)和筒形的下密封接头(35)，上密封接头(31)的上端密封固定连接有连接筒(1)，连接筒(1)的上端设置有能连接工作管柱的内螺纹，上密封接头(31)的内壁与上活塞杆(321)的外壁密封固定连接，上密封接头(31)的下端与节流筒(33)的上端密封固定连接，下密封接头(35)的内壁与下活塞杆(322)的外壁密封固定连接，下密封接头(35)的上端与节流筒(33)的下端密封固定连接，下密封接头(35)的下端与销定机构(4)固定连接。
7.根据权利要求6所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于， 上密封接头(31)包括上堵头(311)和上接头本体(316)，上堵头(311)套设于上接头本体(316)的上端与上活塞杆(321)之间，上堵头(311)与上接头本体(316)密封固定连接；上接头本体(316)的内壁与上活塞杆(321)密封连接；上接头本体(316)的上端外壁与连接筒(1)的内壁密封固定连接；上接头本体(316)的下端外壁与节流筒(33)密封固定连接; 下密封接头(35)包括下堵头(351)和下接头本体(356)，下堵头(351)套设于下接头本体(356)的下端与下活塞杆(322)之间，下堵头(351)与下接头本体(356)密封固定连接；下接头本体(356)的内壁与下活塞杆(322)密封连接；下接头本体(356)的上端外壁与节流筒(33)密封固定连接；下接头本体(356)的下端外壁与销定机构(4)密封固定连接。
8.根据权利要求7所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，下接头本体(356)的内壁与下活塞杆(322)的外壁之间设有进液间隙，下接头本体(356)的中部设置有进液孔，所述进液孔与所述压缩腔之间通过所述进液间隙液体连通，所述进液孔内设有堵头(358)。
9.根据权利要求7所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，锚定机构(4)包括筒体(41)和活动锚爪(43)，筒体(41)的上端与下接头本体(356)的下端螺纹连接，下活塞杆(322)的下端位于筒体(41)内，且下活塞杆(322)的下端设置有能连接喷管的喷管接头(42);筒体(41)的筒壁上设置有沿轴向开设的多个滑槽(411)，活动锚爪(43)包括爪部，活动锚爪(43)的爪部设置于滑槽(411)内并能够沿滑槽(411)滑动，筒体(41)的下端固定有能限位活动锚爪(43)的限位螺母(45)，当下活塞杆(322)轴向下行后，喷管接头(42)的外壁面能撑开活动锚爪(43)。
10.根据权利要求9所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，活动锚爪(43)的材料为弹簧钢，被撑开的活动锚爪(43)的爪部能依靠自身的弹力径向收缩爪部。
11.根据权利要求9所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，筒体(41)的下端设置有支撑套(44)和限位螺母(45)，支撑套(44)与筒体(41)固定连接，支撑套(44)的下端与限位螺母(45)固定连接，支撑套(44)的上端沿周向设置有与滑槽(411)相对应的外凸块，所述外凸块与滑槽(411)的下端相互匹配嵌卡。
【文档编号】E21B7/18GK104481403SQ201410669498
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】胡强法, 陈智, 张友军, 于东兵, 张炎, 朱峰 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院, 中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
【专利摘要】本发明提供了一种步进式喷射钻进井下控制系统，包括速度控制器和锚定机构，速度控制器包括节流筒、节流柱塞和活塞杆，节流筒套设于活塞杆外，且节流筒的上、下两端分别与活塞杆的上、下两端密封连接，节流筒与活塞杆之间形成密封的环形液压腔，节流柱塞设置于液压腔内并固定套设于活塞杆外，节流柱塞的外壁与节流筒的内壁之间形成节流间隙，活塞杆内含有沿轴贯通的通孔，活塞杆和节流柱塞能够相对于节流筒沿节流筒的轴向移动，当活塞杆沿轴向下行后，活塞杆能够撑开锚定机构。本发明不仅能够通过液压缸控制推力在喷射钻进送进过程中控制速度，而且能够通过锚定机构使液压缸推进机构在推动过程中进行步进，从而实现喷射软管的长距离送进。
【专利说明】步进式喷射钻进井下控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水射流钻径向水平井【技术领域】，特别是一种步进式喷射钻进井下控制系统。
【背景技术】
[0002]水射流径向钻井是一种零转向半径的水平钻井技术，该钻井技术的主要工序包括:1、套管开窗；2、钻水泥环；3、地层钻进。通过在油气井内沿井筒径向钻出一个或多个清洁的流体孔道，以新增和拓展泄油区域，从而改善油气流入井筒的特性，实现增产、增注和提高采收率。该技术具有以下特点:穿透距离深；孔径大、孔壁清洁、流通能力强；对井身结构损害小，对地层无污染；不易堵塞、坍塌，有效期长久；作业风险小。
[0003]目前国内外钻径向水平井喷射软管的送进动力主要有两大类。一类是在喷射软管前端安装牵引喷嘴，利用水射流的喷射反力来提供牵引力，牵引喷射软管在已钻成的孔道中前行。这种方式的不足之处是，受射流水功率的限制，喷射反力有限，长距离钻进喷射软管在孔道中所受阻力较大，易导致钻进受阻。另一类是在喷射软管末端施加一定推力。施加推力的方式一般有两种，一种是利用液压缸液力推进，推力大小容易控制，不足之处是，软管的送进距离受限制于液压缸的单次行程，无法长距离送进。另一种是利用管柱重力，长距离送进容易，但受井筒因素影响，力传递情况复杂，地面难以实现井下准确控制。
[0004]喷射钻进送进速度控制是制约地层长距离钻进的难题之一。现有地面设备长距离下放管柱的速度比较快(大于0.01m/s)，而且波动大，不能满足井下低速平稳喷射钻进(0.002m/s)速度控制要求。过快送进易造成喷射软管前端喷嘴冲顶紧贴孔道底端，丧失射流破岩钻孔最佳喷距，导致钻进卡钻，喷射软管易因受压在孔眼中发生折弯损伤，最终使喷射软管无法继续向前送进。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中喷射钻进送进速度控制及喷射软管送进距离的问题，本发明提供了一种步进式喷射钻进井下控制系统，通过采用液压缸液力推进机构和锚定机构相结合的方式进行驱动，不仅能够通过液压缸控制推力在喷射钻进送进过程中控制速度，而且能够通过锚定机构使液压缸推进机构在推动过程中进行步进，从而实现喷射软管的长距离送进。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种步进式喷射钻进井下控制系统，包括速度控制器和锚定机构，速度控制器包括节流筒、节流柱塞和活塞杆，节流筒套设于所述活塞杆外，且节流筒的上、下两端分别与所述活塞杆的上、下两端密封连接，节流筒与所述活塞杆之间形成密封的环形液压腔，节流柱塞设置于所述液压腔内并固定套设于所述活塞杆外，节流柱塞将所述液压腔分为节流柱塞以下的压缩腔以及节流柱塞以上的回弹腔，节流柱塞的外壁与节流筒的内壁之间形成节流间隙，所述压缩腔和所述回弹腔之间通过所述节流间隙连通，所述活塞杆内含有沿轴贯通的通孔，所述活塞杆和节流柱塞能够相对于节流筒沿节流筒的轴向移动，当所述活塞杆沿轴向下行后，所述活塞杆能够撑开锚定机构。
[0007]节流柱塞包括筒状的柱塞本体，柱塞本体的侧壁上设置有轴向通孔，轴向通孔的上端设置有仅允许液体自轴向通孔的上端的所述回弹腔向轴向通孔的下端的所述压缩腔流通的单向阀。
[0008]所述单向阀包括阀座和钢球，阀座的底部具有密封锥面，阀座通过外螺纹固定在轴向通孔的顶部内，且阀座的下方设有空腔，所述空腔的底部设有十字形通道，钢球能在所述空腔中沿柱塞本体的轴向往复移动；当钢球位于所述空腔的上端时，钢球与阀座的所述密封锥面密封接触；当钢球位于所述空腔的下端时，所述空腔通过该十字形通道与轴向通孔连通。
[0009]所述节流间隙为0.0125毫米至0.05毫米，当所述活塞杆轴向下行时，所述压缩腔内的液体流经所述节流间隙流至所述回弹腔能够降低所述活塞杆的速度。
[0010]所述活塞杆包括上活塞杆和下活塞杆，上活塞杆的外壁与节流筒的上端密封连接，上活塞杆的下端与节流柱塞的上端密封固定连接，下活塞杆的外壁与节流筒的下端密封连接，下活塞杆的上端与节流柱塞的下端密封固定连接，且上活塞杆、节流柱塞与下活塞杆内设有依次连通的密封通道。
[0011]节流筒的上、下两端分别设置有筒形的上密封接头和筒形的下密封接头，上密封接头的上端密封固定连接有连接筒，连接筒的上端设置有能连接工作管柱的内螺纹，上密封接头的内壁与上活塞杆的外壁密封固定连接，上密封接头的下端与节流筒的上端密封固定连接，下密封接头的内壁与下活塞杆的外壁密封固定连接，下密封接头的上端与节流筒的下端密封固定连接，下密封接头的下端与销定机构固定连接。
[0012]上密封接头包括上堵头和上接头本体，上堵头套设于上接头本体的上端与上活塞杆之间，上堵头与上接头本体密封固定连接；上接头本体的内壁与上活塞杆密封连接；上接头本体的上端外壁与连接筒的内壁密封固定连接；上接头本体的下端外壁与节流筒密封固定连接；
[0013]下密封接头包括下堵头和下接头本体，下堵头套设于下接头本体的下端与下活塞杆之间，下堵头与下接头本体密封固定连接；下接头本体的内壁与下活塞杆密封连接；下接头本体的上端外壁与节流筒密封固定连接；下接头本体的下端外壁与锚定机构密封固定连接。
[0014]下接头本体的内壁与下活塞杆的外壁之间设有进液间隙，下接头本体的中部设置有进液孔，所述进液孔与所述压缩腔之间通过所述进液间隙液体连通，所述进液孔内设有堵头O
[0015]锚定机构包括筒体和活动锚爪，筒体的上端与下接头本体的下端螺纹连接，下活塞杆的下端位于筒体内，且下活塞杆的下端设置有能连接喷管的喷管接头；筒体的筒壁上设置有沿轴向开设的多个滑槽，活动锚爪包括爪部，活动锚爪的爪部设置于滑槽内并能够沿滑槽滑动，筒体的下端固定有能限位活动锚爪的限位螺母，当下活塞杆轴向下行后，喷管接头的外壁面能撑开活动锚爪。
[0016]活动锚爪的材料为弹簧钢，被撑开的活动锚爪的爪部能依靠自身的弹力径向收缩爪部。
[0017]筒体的下端设置有支撑套和限位螺母，支撑套与筒体固定连接，支撑套的下端与限位螺母固定连接，支撑套的上端沿周向设置有与滑槽相对应的外凸块，所述外凸块与滑槽的下端相互匹配嵌卡。
[0018]本发明的有益效果是，I)采用液压缸液力推进与喷射自牵引结合的方式驱动，为钻径向水平井喷射软管提供足够、准确、可控的动力；2)采用封闭液压油腔进行油水隔离，利用液压油作节流介质，通过液压油腔内环隙节流调控钻进速度，实现喷射软管平稳低速送进；3)采用滑槽式楔形增力锚定方式，通过下放管柱的方式，可实现速度控制器的液缸活塞杆复位；4)采用送进、锚定、复位、再送进的步进爬行方式，实现喷射软管长距离送进，送进总距离等于步长X步进次数。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0020]图1是本发明的步进式喷射钻进井下控制系统的初始状态的结构示意图；
[0021]图2是本发明的步进式喷射钻进井下控制系统的锚定状态的结构示意图；
[0022]图3是本发明的步进式喷射钻进井下控制系统的复位状态的结构示意图；
[0023]图4是本发明的节流柱塞的放大图；
[0024]图5是图4中A-A线的截面图；
[0025]图6是本发明的阀座的结构示意图；
[0026]图7是本发明的阀座的俯视图。
[0027]附图标记说明:1.连接筒，21.螺钉，22.螺钉，23.螺钉，24.螺钉，25.螺钉，
[0028]3.速度控制器，31.上密封接头，311.上堵头，312.密封圈，313.组合密封，314.密封圈，315.挡圈，316.上接头本体，317.密封圈，321.上活塞杆，322.下活塞杆，33.节流筒，34.节流柱塞，341.阀座，342.钢球，343.密封圈，344.柱塞本体，345.密封圈，346.轴向通孔，35.下密封接头，351.下堵头，352.密封圈，353.组合密封，354.密封圈，355.挡圈，356.下接头本体，357.密封圈，358.堵头，
[0029]4.锚定机构，41.筒体，411.滑槽，42.喷管接头，43.滑动锚爪，44.支撑套，45.限位螺母。
【具体实施方式】
[0030]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】
【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0031]如图1所示，本发明的步进式喷射钻进井下控制系统包括速度控制器3和锚定机构4，速度控制器3包括节流筒33、节流柱塞34和活塞杆，节流筒33套设于所述活塞杆外，且节流筒33的上、下两端分别与所述活塞杆的上、下两端密封连接，节流筒33与所述活塞杆之间形成密封的环形液压腔，节流柱塞34设置于所述液压腔内并固定套设于所述活塞杆外，节流柱塞34将所述液压腔分为节流柱塞34以下的压缩腔以及节流柱塞34以上的回弹腔，节流柱塞34的外壁与节流筒33的内壁之间形成节流间隙，所述压缩腔和所述回弹腔之间通过所述节流间隙连通，所述活塞杆内含有沿轴贯通的通孔，所述活塞杆和节流柱塞34能够相对于节流筒33沿节流筒33的轴向移动，当所述活塞杆沿轴向下行后，所述活塞杆能够撑开锚定机构4。
[0032]本发明中，节流筒33、节流柱塞34和所述活塞杆所组成的速度控制器3，构成液压缸液力推进机构，利用高压清水介质来驱动速度控制器3，使所述活塞杆驱动连接在其上的喷射软管向前送进。高压清水介质流过速度控制器3的所述活塞杆及喷射软管，最后经过连接在喷射软管前端的喷嘴形成射流喷钻地层。节流筒33与所述活塞杆之间形成了密封的环形液压腔，所述液压腔利用液压油作为节流介质，将液压油介质和清水介质分离，通过所述液压腔内的节流间隙来调控钻进速度，可以满足在较大压力的条件下，高压清水对所述活塞杆的驱动力大小合适，且所述活塞杆能够运行稳定，从而保证连接在所述活塞杆上的喷射软管能在地层中均匀低速喷射送进，解决了喷射钻进送进过程中的速度控制问题；另外，在速度控制器3的下端还增设了锚定机构4，通过锚定机构4的锚定和解锚，速度控制器3实现了步进，解决了喷射软管长距离送进的问题。
[0033]所述节流间隙的设置使所述活塞杆受到的驱动力大小合适，同时，当所述活塞杆需要退回时，也受到所述节流间隙的设置，使得所述活塞杆退回时的速度也较为缓慢。节流柱塞34包括筒状的柱塞本体344，为了解决所述活塞杆退回时受所述节流间隙的限制而速度缓慢的问题，在柱塞本体344的侧壁上设置有轴向通孔346，轴向通孔346的上端设置有仅允许液体自轴向通孔346的上端的所述回弹腔向轴向通孔346的下端的所述压缩腔流通的单向阀。如此，当所述活塞杆退回(轴向上行)时，轴向通孔346上设置的所述单向阀受液压打开，所述液压腔内的液压油通过所述节流间隙及轴向通孔346自所述回弹腔流向所述压缩腔，所述活塞杆轴向上行的速度不再受所述节流间隙的限制，所述活塞杆在速度控制器3步进的过程中能够较快退回，以尽快进行下一次钻进动作，提高了喷射软管的钻进效率。具体操作中，可以在柱塞本体344的侧壁上设置多个轴向通孔，为了使所述活塞杆受力均匀，多个轴向通孔346应当以节流柱塞34的轴线为对称轴均匀排布在柱塞本体344的侧壁。
[0034]如图4至图7所示，轴向通孔346所设置的单向阀，包括阀座341和钢球342，阀座341的底部具有密封锥面，阀座341通过外螺纹固定在轴向通孔346的顶部内，且阀座341的下方设有空腔，所述空腔的底部设有十字形通道，钢球342能在所述空腔中沿柱塞本体344的轴向往复移动；当钢球342位于所述空腔的上端时，钢球342与阀座341的所述密封锥面密封接触，此时所述单向阀关闭；当钢球342位于所述空腔的下端时，所述空腔通过该十字形通道与轴向通孔346连通。所述十字形通道为在垂直于柱塞本体344轴线的平面上的投影为十字形的通道，此时所述单向阀开启。
[0035]所述节流间隙为0.0125毫米至0.05毫米，由于所述节流间隙在本发明中用以节流调速，当所述活塞杆轴向下行时，所述压缩腔内的液体仅通过所述节流间隙流至所述回弹腔时，能够有效降低所述活塞杆的速度，达到控制所述活塞杆速度的目的，有效解决喷射钻进送进过程中的速度控制问题。
[0036]如图1所示，所述活塞杆包括上活塞杆321和下活塞杆322，上活塞杆321的外壁与节流筒33的上端密封连接，上活塞杆321的下端与节流柱塞34的上端密封固定连接，下活塞杆322的外壁与节流筒33的下端密封连接，下活塞杆322的上端与节流柱塞34的下端密封固定连接，且上活塞杆321、节流柱塞34与下活塞杆322内设有依次连通的密封通道。将所述活塞杆拆分为上、下活塞杆的结构，在生产及运输时都更为便利，拆分后的上活塞杆321和下活塞杆322与节流筒33、节流柱塞34分别密封连接，以保证上活塞杆321、节流柱塞34与下活塞杆322内形成的密封通道能够承受清水介质进入时的高压，在从而确保下活塞杆322能够驱动连接在其上的高压软管向前送进。
[0037]为了实现上活塞杆321与节流筒33、节流柱塞34之间的密封连接，在节流筒33的上端设置有筒形的上密封接头31，上密封接头31的内壁与上活塞杆321的外壁密封固定连接，上密封接头31的下端与节流筒33的上端密封固定连接，此外，上密封接头31的上端还密封固定连接有连接筒1，连接筒I的上端设置有能连接工作管柱的内螺纹。
[0038]具体的是，上密封接头31包括上堵头311和上接头本体316，上堵头311套设于上接头本体316的上端与上活塞杆321之间，上堵头311与上活塞杆321之间滑动连接，上堵头311的上端通过外螺纹与上接头本体316螺接，上堵头311的下端通过组合密封313与上接头本体316密封连接，上接头本体316的上端内壁与上活塞杆321的外壁的接触面上设置有密封槽，该密封槽内设置有密封圈314，在密封圈314的底端还设置有挡圈315，以提高上接头本体316的内壁与上活塞杆321的外壁之间的密封性能；上接头本体316的下端外壁通过外螺纹与节流筒33螺接，节流筒33的上端通过螺钉22与上接头本体316连接，上接头本体316在该外螺纹的下端设置有密封槽，该密封槽内设置有密封圈317 ;上接头本体316的上端外壁通过外螺纹与连接筒I的内壁固定连接，且连接筒I的下端通过螺钉21与上接头本体316固定连接，上接头本体316在与连接筒I连接的接触面上设置有密封槽，在该密封槽内设置有密封圈312。
[0039]为了实现下活塞杆322与节流筒33、节流柱塞34之间的密封连接，在节流筒33的下端设置有筒形的下密封接头35，下密封接头35的内壁与下活塞杆322的外壁密封固定连接，下密封接头35的上端与节流筒33的下端密封固定连接，此外，下密封接头35的下端与销定机构4固定连接。
[0040]具体的是，下密封接头35包括下堵头351和下接头本体356，下堵头351套设于下接头本体356的下端与下活塞杆322之间，下堵头351与下活塞杆322之间滑动连接，下堵头351的上端通过外螺纹与下接头本体356螺接，下堵头351的上端通过组合密封353与下接头本体356密封连接；下接头本体356的内壁与下活塞杆322的外壁的接触面上设置有密封槽，该密封槽内设置有密封圈354，在密封圈354的底端还设置有挡圈355以提高下接头本体356的内壁与下活塞杆322的外壁之间的密封性能；下接头本体356的上端外壁通过外螺纹与节流筒33螺接，节流筒33的下端通过螺钉23与下接头本体356连接，下接头本体356在该外螺纹的上端设置有密封槽，该密封槽内设置有密封圈357 ;下接头本体356的下端外壁通过外螺纹与锚定机构4的内壁固定连接，且锚定机构4的上端通过螺钉24与下接头本体356固定连接。
[0041]组合密封313与组合密封353均按标准选用，具体结构请参看《机械设计手册》第四版第3卷车氏组合密封内容10-300页至10-306页，化学工业出版社。
[0042]在节流柱塞34的外壁面上设置有供扳手卡拧的凹槽，以便于节流柱塞34与上活塞杆321和下活塞杆322连接。
[0043]在一个可行的实施方式中，下接头本体356的内壁与下活塞杆322的外壁之间设有进液间隙，下接头本体356的中部设置有进液孔，所述进液孔与所述压缩腔之间通过所述进液间隙液体连通，所述进液孔内设有堵头358。堵头358与所述进液孔连接处设置有密封圈352。所述进液孔也可以设置在上接头本体316的中部，使上接头本体351的内壁与上活塞杆321的外壁之间形成进液间隙，则所述进液孔与所述回弹腔之间可以通过所述进液间隙液体连通。
[0044]锚定机构4包括筒体41和活动锚爪43，筒体41的上端与下接头本体356的下端螺纹连接，且筒体41的上端通过螺钉24与下接头本体356固定连接，下活塞杆322的下端位于筒体41内，且下活塞杆322的下端设置有能连接喷管的喷管接头42 ;筒体41的筒壁上设置有沿轴向开设的多个滑槽411，活动锚爪43包括爪部，活动锚爪43的爪部设置于滑槽411内并能够沿滑槽411滑动，筒体41的下端固定有能限位活动锚爪43的限位螺母45，当下活塞杆322轴向下行后，喷管接头42的外壁面能撑开活动锚爪43。其中，喷管结构42可以通过内螺纹固定于下活塞杆322的下端，且喷管结构42与下活塞杆322的连接面上设有密封槽，该密封槽内设有密封圈。
[0045]优选地，活动锚爪43的爪部的上端形成为楔形结构，喷管接头的外壁面与活动锚爪43的爪部的楔形结构相匹配。活动锚爪43的材料为弹簧钢，被撑开的活动锚爪43的爪部能依靠自身的弹力径向收缩爪部。
[0046]筒体41设置的滑槽411、喷管接头42与楔形结构的活动锚爪43构成了楔形增力锚定机构，当速度控制器3的所述活塞杆送进到位时，喷管接头42能够撑开活动锚爪43实现所述活塞杆的锚定。该锚定的动力是作用在所述活塞杆上的液压力，再由所述活塞杆下端连接的喷管接头42与活动锚爪43的楔形结构增力，推动活动锚爪43的爪部径向扩张，在油管壁的约束下锚定。所述活塞杆锚定后，通过地面下放连续油管柱的方式，依靠油管柱的重力驱动节流筒33下行，实现速度控制器3的所述活塞杆相对于节流筒33复位。速度控制器3的所述活塞杆复位后，通过地面设备上提连续油管柱，所述活塞杆在摩擦力作用下随节流筒33 —起上行，所述活塞杆下端连接的喷管接头42与活动锚爪43分离，活动锚爪43依靠自身的弹性恢复力，使活动锚爪43的爪部径向收缩，与油管壁脱离接触，从而实现楔形增力锚定机构的解锚。
[0047]通过锚定机构4的锚定和解锚，速度控制器3实现了步进，解决了喷射软管长距离送进的问题，喷射软管的送进距离不再受限于液压缸的单次行程，实现了喷射软管的长距离送进，喷射软管的送进总距离等于速度控制器3的步长X速度控制器3的步进次数。
[0048]筒体41的下端设置有支撑套44和限位螺母45，支撑套44与筒体41固定连接，支撑套44的下端与限位螺母45固定连接，支撑套44的上端沿周向设置有与滑槽411相对应的外凸块，所述外凸块与滑槽411的下端相互匹配嵌卡，从而支撑筒体41，保障筒体41上的滑槽411能张开到位。
[0049]下面结合图1至图3所示，举例说明本发明步进式喷射钻进井下控制系统的工作过程。
[0050]本发明采用液压缸液力推进与喷射自牵引结合的方式驱动，为钻径向水平井喷射软管提供足够、准确、可控的动力；采用封闭液压油腔进行油水隔离，利用液压油作节流介质，通过液压油腔内环隙节流调控钻进速度，实现喷射软管平稳低速送进；采用滑槽式楔形增力锚定方式，通过下放管柱的方式，可实现速度控制器的液缸活塞杆复位；采用送进、锚定、复位、再送进的步进爬行方式，实现喷射软管长距离送进，送进总距离等于步长X步进次数。
[0051]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所应当地涵盖了与本案创新点有关的其他组合及具体应用。
【权利要求】
1.一种步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，所述步进式喷射钻进井下控制系统包括速度控制器⑶和锚定机构(4)，速度控制器(3)包括节流筒(33)、节流柱塞(34)和活塞杆，节流筒(33)套设于所述活塞杆外，且节流筒(33)的上、下两端分别与所述活塞杆的上、下两端密封连接，节流筒(33)与所述活塞杆之间形成密封的环形液压腔，节流柱塞(34)设置于所述液压腔内并固定套设于所述活塞杆外，节流柱塞(34)将所述液压腔分为节流柱塞(34)以下的压缩腔以及节流柱塞(34)以上的回弹腔，节流柱塞(34)的外壁与节流筒(33)的内壁之间形成节流间隙，所述压缩腔和所述回弹腔之间通过所述节流间隙连通，所述活塞杆内含有沿轴贯通的通孔，所述活塞杆和节流柱塞(34)能够相对于节流筒(33)沿节流筒(33)的轴向移动，当所述活塞杆沿轴向下行后，所述活塞杆能够撑开锚定机构⑷。
2.根据权利要求1所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，节流柱塞(34)包括筒状的柱塞本体(344)，柱塞本体(344)的侧壁上设置有轴向通孔(346)，轴向通孔(346)的上端设置有仅允许液体自轴向通孔(346)的上端的所述回弹腔向轴向通孔(346)的下端的所述压缩腔流通的单向阀。
3.根据权利要求2所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，所述单向阀包括阀座(341)和钢球(342)，阀座(341)的底部具有密封锥面，阀座(341)通过外螺纹固定在轴向通孔(346)的顶部内，且阀座(341)的下方设有空腔，所述空腔的底部设有十字形通道，钢球(342)能在所述空腔中沿柱塞本体(344)的轴向往复移动；当钢球(342)位于所述空腔的上端时，钢球(342)与阀座(341)的所述密封锥面密封接触；当钢球(342)位于所述空腔的下端时，所述空腔通过该十字形通道与轴向通孔(346)连通。
4.根据权利要求1所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，所述节流间隙为0.0125毫米至0.05毫米，当所述活塞杆轴向下行时，所述压缩腔内的液体流经所述节流间隙流至所述回弹腔能够降低所述活塞杆的速度。
5.根据权利要求1所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，所述活塞杆包括上活塞杆(321)和下活塞杆(322)，上活塞杆(321)的外壁与节流筒(33)的上端密封连接，上活塞杆(321)的下端与节流柱塞(34)的上端密封固定连接，下活塞杆(322)的外壁与节流筒(33)的下端密封连接，下活塞杆(322)的上端与节流柱塞(34)的下端密封固定连接，且上活塞杆(321)、节流柱塞(34)与下活塞杆(322)内设有依次连通的密封通道。
6.根据权利要求5所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，节流筒(33)的上、下两端分别设置有筒形的上密封接头(31)和筒形的下密封接头(35)，上密封接头(31)的上端密封固定连接有连接筒(1)，连接筒(1)的上端设置有能连接工作管柱的内螺纹，上密封接头(31)的内壁与上活塞杆(321)的外壁密封固定连接，上密封接头(31)的下端与节流筒(33)的上端密封固定连接，下密封接头(35)的内壁与下活塞杆(322)的外壁密封固定连接，下密封接头(35)的上端与节流筒(33)的下端密封固定连接，下密封接头(35)的下端与销定机构(4)固定连接。
7.根据权利要求6所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于， 上密封接头(31)包括上堵头(311)和上接头本体(316)，上堵头(311)套设于上接头本体(316)的上端与上活塞杆(321)之间，上堵头(311)与上接头本体(316)密封固定连接；上接头本体(316)的内壁与上活塞杆(321)密封连接；上接头本体(316)的上端外壁与连接筒(1)的内壁密封固定连接；上接头本体(316)的下端外壁与节流筒(33)密封固定连接; 下密封接头(35)包括下堵头(351)和下接头本体(356)，下堵头(351)套设于下接头本体(356)的下端与下活塞杆(322)之间，下堵头(351)与下接头本体(356)密封固定连接；下接头本体(356)的内壁与下活塞杆(322)密封连接；下接头本体(356)的上端外壁与节流筒(33)密封固定连接；下接头本体(356)的下端外壁与销定机构(4)密封固定连接。
8.根据权利要求7所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，下接头本体(356)的内壁与下活塞杆(322)的外壁之间设有进液间隙，下接头本体(356)的中部设置有进液孔，所述进液孔与所述压缩腔之间通过所述进液间隙液体连通，所述进液孔内设有堵头(358)。
9.根据权利要求7所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，锚定机构(4)包括筒体(41)和活动锚爪(43)，筒体(41)的上端与下接头本体(356)的下端螺纹连接，下活塞杆(322)的下端位于筒体(41)内，且下活塞杆(322)的下端设置有能连接喷管的喷管接头(42);筒体(41)的筒壁上设置有沿轴向开设的多个滑槽(411)，活动锚爪(43)包括爪部，活动锚爪(43)的爪部设置于滑槽(411)内并能够沿滑槽(411)滑动，筒体(41)的下端固定有能限位活动锚爪(43)的限位螺母(45)，当下活塞杆(322)轴向下行后，喷管接头(42)的外壁面能撑开活动锚爪(43)。
10.根据权利要求9所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，活动锚爪(43)的材料为弹簧钢，被撑开的活动锚爪(43)的爪部能依靠自身的弹力径向收缩爪部。
11.根据权利要求9所述的步进式喷射钻进井下控制系统，其特征在于，筒体(41)的下端设置有支撑套(44)和限位螺母(45)，支撑套(44)与筒体(41)固定连接，支撑套(44)的下端与限位螺母(45)固定连接，支撑套(44)的上端沿周向设置有与滑槽(411)相对应的外凸块，所述外凸块与滑槽(411)的下端相互匹配嵌卡。
【文档编号】E21B7/18GK104481403SQ201410669498
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】胡强法, 陈智, 张友军, 于东兵, 张炎, 朱峰 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院, 中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
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