本发明涉及油气田井筒工程工具技术领域，尤其涉及一种柔性超短半径钻孔工具。
背景技术：
套管内超短半径钻孔技术能够为油井提供多条油气通道，增大泄油面积，有效提高油气采收率；与传统射孔技术相比，套管内超短半径钻孔技术不仅能够获得较深的油气通道，同时避免了对地层的污染以及对套管和水泥环的破坏，增产效果显著。现有技术针对套管、水泥环及地层岩石的不同属性，采用两种柔性钻具进行作业，钻一个孔需要多次起下钻，其中的套管水泥环磨铣工具，柔性变形和载荷传递通过同一结构实现，因为结构尺寸受套管内的空间限制，过大的工具柔性变形摩擦阻力常常导致工具寿命不长，进而致使套管内超短半径钻孔总体的施工效率偏低。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供了一种柔性超短半径钻孔工具，通过采用相互独立的结构传递扭矩和拉压载荷，延长了工具寿命，增大了传递载荷的能力，可一次连续钻穿套管、水泥环和一定深度的岩石，能有效提高套管内超短半径钻孔的总体效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性超短半径钻孔工具，包括螺纹接头、固定销、球头杆、球窝壳体、球杆壳体、传扭弹簧、支承球窝、钻头；支承球窝、球头杆、球窝壳体、球杆壳体及固定销相互配合组成铰连接节，其中：支承球窝内置于相互插接的球窝壳体并由固定销固定连接，球头杆球头部分相对于球窝壳体球窝部分可以在一定范围内自由转动，球头杆相互插接并通过固定销与球杆壳体固定连接，铰连接节两端分别是球窝壳体和球头杆；若干铰连接节串接在一起，首尾两端均是球头杆并分别与螺纹接头、钻头通过固定销固定连接，组成工具的柔性轴结构，可以传递拉压载荷和循环钻井液；传扭弹簧多个外套在柔性轴结构外，一端固定于螺纹接头，另一端固定于钻头，实现螺纹接头到钻头的扭矩传递。
上述技术方案可以进一步优化如下：
所述螺纹接头是中空的柱体；柱体的大端内孔是连接上部动力输入装置的连接螺纹，可输入循环液；在柱体中部的大端柱面外侧，轴向均布多个接头弹簧卡槽；柱体的小端外圆柱面是接头弹簧支撑面，靠近大端的柱面上径向均布多个对称的固定用接头销孔。
所述球头杆是由球状体和杆状体组成的回转体，中间是球杆流道；杆状体端部侧壁上均布两个球杆凸台，单个球杆凸台为侧壁端面环状体截留1/4；在球杆凸台侧面中间垂直于回转体轴线方向布置贯通的固定用球头销孔。
所述球窝壳体是套状回转体，外侧面是球窝弹簧支撑面，一端内侧面是半球状壳体球面，另一端侧壁上均布两个球窝凸台，单个球窝凸台为侧壁端面环状体截留1/4；在球窝凸台侧面中间垂直于回转体轴线方向布置贯通的固定用球窝壳销孔。
所述支承球窝是中空回转体，中间是球窝流道，两端内孔轴向布置半球状球窝承压面，回转体中部径向均布贯穿侧壁的4个固定用球窝销孔。
所述钻头是蘑菇状尖顶的回转体，一端是蘑菇头，另一端是钻头柄；在蘑菇头内，均布多个水眼；蘑菇头锥体外侧轴向均布多个圆底截面槽，半数作为钻头弹簧卡槽，半数作为水槽；钻头柄外圆柱面是钻头弹簧支撑面，在柱面上径向均布多个贯穿侧壁的固定用钻头销孔。
所述蘑菇头由金刚石及硬质合金烧结而成。
本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：一种柔性超短半径钻孔工具采用弹簧结构传递扭矩，采用铰连接节串传递钻压，铰连接节串中间贯通可以传输循环液，工具在预设轨道内旋转钻进，寿命长，传递载荷的能力大，可一次连续钻穿套管、水泥环和一定深度的岩石，能有效提高套管内超短半径钻孔的总体效率。
附图说明
图1是一种柔性超短半径钻孔工具结构示意图；
图2是螺纹接头结构示意图；
图3是球头杆结构示意图；
图4是球窝壳体结构示意图；
图5是球窝结构示意图；
图6是钻头结构示意图。
上图中：1-螺纹接头，101-连接螺纹，102-接头弹簧卡槽，103-接头销孔，104-接头弹簧支撑面，2-固定销，3-球头杆，301-球杆凸台，302-球状体，303-球头销孔，304-球杆流道，4-球窝壳体，401-球窝凸台，402-球窝壳销孔，403-球窝弹簧支撑面，404-壳体球面，5-球杆壳体，6-传扭弹簧，7-支承球窝，701-承压球窝面，702-球窝流道，703-球窝销孔，8-钻头，801-钻头销孔，802-钻头弹簧支撑面，803-钻头弹簧卡槽，804-钻头水眼，805-蘑菇头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明：
如图1所示，本发明提到的一种柔性超短半径钻孔工具，包括螺纹接头1、固定销2、球头杆3、球窝壳体4、球杆壳体5、传扭弹簧6、支承球窝7、钻头8；支承球窝7、球头杆3、球窝壳体4、球杆壳体5及固定销2相互配合组成铰连接节，其中：支承球窝7内置于相互插接的球窝壳体4并由固定销2固定连接，球头杆3球头部分相对于球窝壳体4球窝部分可以在一定范围内自由转动，球头杆3相互插接并通过固定销2与球杆壳体5固定连接，铰连接节两端分别是球窝壳体4和球头杆3；若干铰连接节串接在一起，首尾两端均是球头杆3并分别与螺纹接头1、钻头8通过固定销2固定连接，组成工具的柔性轴结构，可以传递拉压载荷和循环钻井液；传扭弹簧6多个外套在柔性轴结构外，一端固定于螺纹接头1，另一端固定于钻头8，实现螺纹接头1到钻头8的扭矩传递。
如图2所示，所述螺纹接头1是中空的柱体；柱体的大端内孔是连接上部动力输入装置的连接螺纹101，可输入循环液；在柱体中部的大端柱面外侧，轴向均布多个接头弹簧卡槽102；柱体的小端外圆柱面是接头弹簧支撑面104，靠近大端的柱面上径向均布多个对称的固定用接头销孔103。
如图3所示，所述球头杆3是由球状体302和杆状体组成的回转体，中间是球杆流道304；杆状体端部侧壁上均布两个球杆凸台301，单个球杆凸台301为侧壁端面环状体截留1/4；在球杆凸台301侧面中间垂直于回转体轴线方向布置贯通的固定用球头销孔303。
如图4所示，所述球窝壳体4是套状回转体，外侧面是球窝弹簧支撑面403，一端内侧面是半球状壳体球面404，另一端侧壁上均布两个球窝凸台401，单个球窝凸台401为侧壁端面环状体截留1/4；在球窝凸台401侧面中间垂直于回转体轴线方向布置贯通的固定用球窝壳销孔402。
如图5所示，所述支承球窝7是中空回转体，中间是球窝流道702，两端内孔轴向布置半球状球窝承压面701，回转体中部径向均布贯穿侧壁的4个固定用球窝销孔703。
如图6所示，所述钻头8是蘑菇状尖顶的回转体，一端是蘑菇头805，另一端是钻头柄802；在蘑菇头805内，均布多个水眼804；蘑菇头805锥体外侧轴向均布多个圆底截面槽，半数作为钻头弹簧卡槽803，半数作为水槽；钻头柄802外圆柱面是钻头弹簧支撑面802，在柱面上径向均布多个贯穿侧壁的固定用钻头销孔801。
所述蘑菇头（805）由金刚石及硬质合金烧结而成，它既具有金刚石的硬度与耐磨性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性。
本发明提到的一种柔性超短半径钻孔工具，其使用过程如下：在套管内超短半径钻孔施工时，把柔性超短半径钻孔工具通过螺纹连接在动力钻具下端，下入工具串直到柔性超短半径钻孔工具穿过转向器接触到套管侧壁；采用自动加压装置施加一定量值的钻压，启动动力钻具，扭矩通过传扭弹簧6传递，钻压通过铰连接节串传递至钻头8；循环液通过柔性超短半径钻孔工具中间流道到钻头8再沿环空返回到套管内，钻屑沿弹传扭弹簧6螺旋空隙反出到套管内；直到柔性超短半径钻孔工具全部进入转向器停止钻进，取出全部工具串到套管内，再钻进下一个孔。