一种防漏钻井装置的制作方法

1.本发明是关于钻井技术领域，尤其涉及一种防漏钻井装置。


背景技术：

2.煤层气是一种非常规天然气，以甲烷为主要成分，在我国的储量极大。目前煤层气提前抽采的主要途径是地面井抽采，先打井，利用钻具钻出井眼并直达煤层，再通过压裂等技术使煤层里的煤层气释放出，通过井筒收集。
3.但是，由于地层环境的变化，目前在钻井过程中，很容易造成钻井液大量流失到地层中，影响钻井效率，也造成了地层的污染；而且在钻井过程中还容易造成煤层气的泄漏。
4.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种防漏钻井装置，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种防漏钻井装置，能有效防止钻井过程中钻井液流失到地层中以及钻井过程中煤层气的泄漏。
6.本发明的目的是这样实现的，一种防漏钻井装置，包括：
7.竖直设置的钻杆柱；
8.支撑调节装置，包括从上至下间隔设置的多个支撑调节组件，各支撑调节组件之间通过连接件连接；每个支撑调节组件包括间隔套设在钻杆柱外侧的支撑套以及至少一个间隔套设在支撑套外侧并能径向收缩或胀开的弹性支撑环，在支撑套与对应的弹性支撑环之间设有能驱动弹性支撑环径向收缩或胀开的驱动装置；在钻杆柱上且位于每个支撑套的上方和下方分别设有能对支撑套限位的上凸环和下凸环；
9.能径向收缩或胀开的防漏弹性管，防漏弹性管套设在支撑调节装置外并能随各弹性支撑环的径向收缩或胀开而径向收缩或胀开；
10.以及钻头，连接在钻杆柱的底端。
11.在本发明的一较佳实施方式中，驱动装置包括多个压簧、多个钢丝绳以及周向间隔设在支撑套外壁的多个电机；各压簧的第一端均固定在支撑套外壁上，各压簧的第二端均固定在弹性支撑环的内壁上；各钢丝绳的第一端均固定在对应的电机的旋转轴上，各钢丝绳的第二端均固定在弹性支撑环的内壁上。
12.在本发明的一较佳实施方式中，在支撑套的外壁上周向间隔固设有多个第一安装座，在弹性支撑环的内壁上周向间隔固设有多个第二安装座；在各第一安装座上均开设有第一弹簧安装孔和钢丝绳导向孔，在各第二安装座上均开设有第二弹簧安装孔和钢丝绳安装孔，且第一弹簧安装孔与对应的第二弹簧安装孔正对设置，钢丝绳导向孔与对应的钢丝绳安装孔正对设置；压簧的第一端和第二端分别固定在对应的第一弹簧安装孔和第二弹簧安装孔中，钢丝绳的第二端固定在钢丝绳安装孔中，钢丝绳的第一端穿过钢丝绳导向孔后与对应的旋转轴固接。
13.在本发明的一较佳实施方式中，在支撑套的外壁上对应弹性支撑环的位置周向间隔固定有多个倾斜支撑台，各电机分别固定在对应的倾斜支撑台的倾斜面上，且各电机的旋转轴的轴向均沿支撑套的外壁切线方向设置。
14.在本发明的一较佳实施方式中，在支撑套的侧壁开设有多个滚珠安装孔，在各滚珠安装孔内均设有能滚动的滚珠，且钻杆柱的外壁能与各滚珠接触。
15.在本发明的一较佳实施方式中，在各滚珠的中心均开设有通孔并在通孔内插设有固定轴，固定轴的两端固定在对应的滚珠安装孔的孔壁上，且固定轴的轴向沿支撑套的轴向设置。
16.在本发明的一较佳实施方式中，防漏弹性管以及各弹性支撑环的材质均为氟橡胶或硅橡胶。
17.在本发明的一较佳实施方式中，在每个支撑套外侧均上下间隔设有两个弹性支撑环。
18.在本发明的一较佳实施方式中，连接件包括周向间隔设置的多个弧形连接板，各弧形连接板与对应的弹性支撑环固接，防漏弹性管套设连接件外侧并紧贴在各弧形连接板的外表面上。
19.在本发明的一较佳实施方式中，在各弹性支撑环上周向间隔开设有贯穿其顶面和底面的多个固定孔，在弧形连接板的外表面上开设有多个贯穿其两侧面的凹槽；弧形连接板能穿设在对应的固定孔中，凹槽能卡设在对应的固定孔外侧的弹性支撑环上，且弧形连接板的外表面与弹性支撑环的外壁对齐。
20.在本发明的一较佳实施方式中，每个弧形连接板由单一连接梁或者由多个连接梁串接构成，凹槽开设在对应的连接梁上。
21.在本发明的一较佳实施方式中，每个连接梁的一端开设有梁安装孔，另一端设有安装轴，每个连接梁上的安装轴能插设固定在相邻的连接梁上的梁安装孔中。
22.在本发明的一较佳实施方式中，钻杆柱包括从上至下顺序连接的多个钻杆，各支撑调节组件套设在对应的钻杆上，上凸环和下凸环分别形成在对应的钻杆的上端和下端。
23.由上所述，本发明中的防漏钻井装置，通过钻杆柱、钻头、支撑调节装置和防漏弹性管的配合，在驱动装置的驱动下可以灵活调节防漏弹性管的胀开程度，保证整个装置可以顺利下行的同时使得防漏弹性管与井壁间隙较小基本紧贴井壁，进而在钻进过程中可以有效防止钻井液大量流失到地层中，大大提高了钻井效率，减少了地层的污染；应用在煤层气开采的钻井作业时，还可以在钻井过程中防止煤层气的泄漏。另外，整个装置可以多次循环利用，节约了钻井成本，提高了经济效应。
附图说明
24.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
25.其中：
26.图1：为本发明提供的防漏钻井装置在钻进过程中的工作示意图。
27.图2：为本发明提供的防漏钻井装置中钻杆柱、支撑调节装置与防漏弹性管配合的结构示意图。
28.图3：为本发明提供的防漏钻井装置中钻杆柱与支撑调节装置配合的结构示意图。
29.图4：为本发明提供的防漏钻井装置中钻杆柱与支撑调节装置配合的立体图。
30.图5：为本发明提供的防漏钻井装置中支撑调节装置与防漏弹性管配合的结构示意图。
31.图6：为图5中a处的局部放大图。
32.图7：为本发明提供的支撑调节组件与钻杆配合的结构示意图。
33.图8：为本发明提供的支撑调节组件与支撑梁配合的俯视图。
34.图9：为本发明提供的支撑套的结构示意图。
35.图10：为本发明提供的弹性支撑环的结构示意图。
36.图11：为本发明提供的连接梁的结构示意图。
37.附图标号说明：
38.100、防漏钻井装置；
39.1、钻杆柱；11、钻杆；12、上凸环；13、下凸环；
40.2、支撑调节装置；
41.21、支撑调节组件；
42.211、支撑套；2111、第一安装座；21111、第一弹簧安装孔；21112、钢丝绳导向孔；2112、倾斜支撑台；2113、滚珠安装孔；2114、滚珠；
43.212、弹性支撑环；2121、第二安装座；21211、第二弹簧安装孔；21212、钢丝绳安装孔；2122、固定孔；
44.213、驱动装置；2131、压簧；2132、钢丝绳；2133、电机；
45.22、连接件；221、弧形连接板；222、凹槽；223、连接梁；2231、梁安装孔；2232、安装轴；
46.3、防漏弹性管；
47.4、钻头；
48.200、地层。
具体实施方式
49.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
50.如图1至图11所示，本实施例提供一种防漏钻井装置100，包括：
51.竖直设置的钻杆柱1；
52.支撑调节装置2，包括从上至下间隔设置的多个支撑调节组件21，各支撑调节组件21之间通过连接件22连接；每个支撑调节组件21包括间隔套设在钻杆柱1外侧的支撑套211以及至少一个间隔套设在支撑套211外侧并能径向收缩或胀开的弹性支撑环212，在支撑套211与对应的弹性支撑环212之间设有能驱动弹性支撑环212径向收缩或胀开的驱动装置213；在钻杆柱1上且位于每个支撑套211的上方和下方分别设有能对支撑套211限位的上凸环12和下凸环13；
53.能径向收缩或胀开的防漏弹性管3，防漏弹性管3套设在支撑调节装置2外并能随各弹性支撑环212的径向收缩或胀开而径向收缩或胀开；
54.以及钻头4，连接在钻杆柱1的底端。
55.可以理解，钻杆柱1的底端伸出支撑调节装置2后再与钻头4连接，上凸环12和下凸环13的外径均大于支撑套211的内径，以对支撑套211进行轴向限位。弹性支撑环212为可变形的橡胶环，能在驱动装置213的驱动下发生径向变形；防漏弹性管3为可变形的橡胶管，能跟随弹性支撑环212的变形而变形。弹性支撑环212和防漏弹性管3的材质优选采用耐热性较好的氟橡胶或硅橡胶，并具有一定的硬度，以保证弹性支撑环212和防漏弹性管3在自由状态下或者被胀开状态下能够呈完整的圆环形；当然，也可以采用其他耐热性较好且易变形、具有一定硬度的材质，本实施例仅为举例说明。对于上述支撑调节组件21的数量以及支撑调节组件21中弹性支撑环212的数量可以根据需要而定，例如本实施例中在每个支撑套211外侧均上下间隔设有两个弹性支撑环212，以保证各弹性支撑环212对防漏弹性管3的支撑调节效果。
56.安装完成后防漏弹性管3以及各弹性支撑环212均处于胀开状态，并可以通过驱动装置213调整各弹性支撑环212的胀开程度，使得依附于支撑调节装置2的防漏弹性管3的外径略小于所要钻井的井眼直径。因各上凸环12对各支撑套211的限位作用，在钻杆柱1的推动下，整个支撑调节装置2和防漏弹性管3可以跟随钻杆柱1一起从井口下到井底。在钻杆柱1下移过程中井口通过钻杆柱1传送动力带动钻头4旋转(此过程中支撑调节装置2和防漏弹性管3不会一起转动，仅会随钻杆柱1一起下移)，实现钻井；而且随着井的不断加深，还会在井口不断补充接长该钻杆柱1以及支撑调节装置2和防漏弹性管3，使得防漏弹性管3可以覆盖新的井内壁，直至钻至预设井深位置。钻井结束后，可以通过驱动装置213收紧支撑调节装置2和防漏弹性管3，因各下凸环13对各支撑套211的限位作用，整个支撑调节装置2和防漏弹性管3可以跟随钻杆柱1一起从井中取出实现回收，之后可以多次循环利用。
57.在此钻进过程中，由于防漏弹性管3与已形成的井眼的井壁之间间隙很小，防漏弹性管3基本紧贴井壁，对井壁起到一定的封堵作用，使得钻井液(也即泥浆液)主要由防漏弹性管3与钻杆柱1之间的环形区域内上返，基本不会进入地层200，而且能防止煤层气的泄漏。需要说明的是，在钻进过程中，根据整个装置下入过程中与井壁的摩擦力大小，可以通过驱动装置213灵活调整弹性支撑环212使得防漏弹性管3的外径适当缩小或适当扩大，以保证整个装置能顺利下入至指定位置且保证其尽量紧贴井壁。
58.由此，本实施例中的防漏钻井装置100，通过钻杆柱1、钻头4、支撑调节装置2和防漏弹性管3的配合，在驱动装置213的驱动下可以灵活调节防漏弹性管3的胀开程度，保证整个装置可以顺利下行的同时使得防漏弹性管3与井壁间隙较小基本紧贴井壁，进而在钻进过程中可以有效防止钻井液大量流失到地层200中，大大提高了钻井效率，减少了地层200的污染；应用在煤层气开采的钻井作业时，还可以在钻井过程中防止煤层气的泄漏。另外，整个装置可以多次循环利用，节约了钻井成本，提高了经济效应。
59.在具体实现方式中，为了方便调节弹性支撑环212的变形，如图7至图10所示，驱动装置213包括多个压簧2131、多个钢丝绳2132以及周向间隔设在支撑套211外壁的多个电机2133。各压簧2131的第一端均固定在支撑套211外壁上，各压簧2131的第二端均固定在弹性支撑环212的内壁上。各钢丝绳2132的第一端均固定在对应的电机2133的旋转轴上，各钢丝绳2132的第二端均固定在弹性支撑环212的内壁上。
60.其中，电机2133的数量与钢丝绳2132的数量相同，一般压簧2131的数量与钢丝绳2132的数量相同，且各压簧2131靠近各钢丝绳2132的位置布置。压簧2131始终处于压缩状
态，通过电机2133动作可以使得钢丝绳2132缠绕在旋转轴上，通过电机2133正转或反转可以使得钢丝绳2132被收短或放松。当电机2133带动钢丝绳2132被收短时，可以使得各弹性支撑环212收缩、外径变小，防漏弹性管3也会一起收缩、外径变小；当电机2133带动钢丝绳2132被放松时，在压簧2131的回复力作用下，各弹性支撑环212胀开、外径变大，防漏弹性管3也一起胀开、外径变大。
61.更具体地，为了便于安装各压簧2131和各钢丝绳2132，在支撑套211的外壁上周向间隔固设有多个第一安装座2111，在弹性支撑环212的内壁上周向间隔固设有多个第二安装座2121。在各第一安装座2111上均开设有第一弹簧安装孔21111和钢丝绳导向孔21112，在各第二安装座2121上均开设有第二弹簧安装孔21211和钢丝绳安装孔21212，且第一弹簧安装孔21111与对应的第二弹簧安装孔21211正对设置，钢丝绳导向孔21112与对应的钢丝绳安装孔21212正对设置。压簧2131的第一端和第二端分别固定在对应的第一弹簧安装孔21111和第二弹簧安装孔21211中，钢丝绳2132的第二端固定在钢丝绳安装孔21212中，钢丝绳2132的第一端穿过钢丝绳导向孔21112后与对应的旋转轴固接。
62.对于第一安装座2111上第一弹簧安装孔21111和钢丝绳导向孔21112的上下位置关系以及第二安装座2121上第二弹簧安装孔21211和钢丝绳安装孔21212的上下位置关系可以根据需要而定，只要能保证第一弹簧安装孔21111与对应的第二弹簧安装孔21211正对设置，钢丝绳导向孔21112与对应的钢丝绳安装孔21212正对设置即可，以使压簧2131的轴向基本沿支撑套211的径向设置，钢丝绳导向孔21112与钢丝绳安装孔21212之间的这段钢丝绳2132也基本沿支撑套211的径向设置，保证弹性支撑环212能沿支撑套211的径向收缩或胀开。例如本实施例中，支撑套211上设有两个弹性支撑环212时，位于上方的弹性支撑环212上的第二弹簧安装孔21211位于钢丝绳安装孔21212的下方，位于下方的弹性支撑环212上的第二弹簧安装孔21211位于钢丝绳安装孔21212的上方，图10中示出的为位于上方的弹性支撑环212的结构示意图。
63.为了便于安装各电机2133，在支撑套211的外壁上对应弹性支撑环212的位置周向间隔固定有多个倾斜支撑台2112，各电机2133分别固定在对应的倾斜支撑台2112的倾斜面上，且各电机2133的旋转轴的轴向均沿支撑套211的外壁切线方向设置。
64.其中，各倾斜支撑台2112背对支撑套211的一面为倾斜面。旋转轴的轴向按此方向设置，能使得钢丝绳2132收缩或放松的受力方向与旋转轴的轴向相垂直，收拉钢丝绳2132时阻力更小。
65.进一步地，在支撑套211的侧壁开设有多个滚珠安装孔2113，在各滚珠安装孔2113内均设有能滚动的滚珠2114，且钻杆柱1的外壁能与各滚珠2114接触。
66.安装有滚珠2114的支撑套211构成多功能轴承，根据需要也可以采用其他形式的轴承来实现。各滚珠2114的设置可以对钻杆柱1起到一定的扶正作用，避免钻杆柱1在各支撑套211内径向晃动，而且在各钢丝绳2132放松并预留足够长度时，支撑套211相对于弹性支撑环212可能会存在径向晃动，在支撑套211径向晃动时钻杆柱1能与滚珠2114始终接触；使得钻进时更加平稳。
67.一般为了便于各滚珠2114的安装，在各滚珠2114的中心均开设有通孔并在通孔内插设有固定轴，固定轴的两端固定在对应的滚珠安装孔2113的孔壁上，且固定轴的轴向沿支撑套211的轴向设置。具体为，在滚珠安装孔2113的孔壁上开设有对称设置的两个小孔，
该滚珠2114固定轴为一柔性可变形杆，其两端通过强力胶插设固定在两个小孔中。
68.如此，在钻杆柱1相对于支撑套211旋转过程中，各滚珠2114的设置能使得钻杆柱1旋转时摩擦力更小，旋转更加顺利。当然，根据需要，该滚珠安装孔2113也可以设计为球形孔，滚珠2114直接嵌设在滚珠安装孔2113内，以使滚珠2114可以任意方向滚动，不仅有利于钻杆柱1的旋转，而且在钻杆柱1相对于支撑套211存在轴向移动时，也能使得钻杆柱1的轴向移动更加顺畅。
69.进一步地，为了便于对各支撑调节组件21连接和支撑，如图2至图4以及图10和图11所示，连接件22包括周向间隔设置的多个弧形连接板221，各弧形连接板221与对应的弹性支撑环212固接，防漏弹性管3套设连接件22外侧并紧贴在各弧形连接板221的外表面上。在各弹性支撑环212径向收缩或胀开时，各弧形连接板221会一起径向移动，进而使得依附于各弧形连接板221的防漏弹性管3随之径向收缩或胀开。
70.更具体地，在各弹性支撑环212上周向间隔开设有贯穿其顶面和底面的多个固定孔2122，在弧形连接板221的外表面上开设有多个贯穿其两侧面的凹槽222。弧形连接板221能穿设在对应的固定孔2122中，凹槽222能卡设在对应的固定孔2122外侧的弹性支撑环212上，且弧形连接板221的外表面与弹性支撑环212的外壁对齐。可以理解，该固定孔2122为弧形孔，凹槽222的槽底为弧面。
71.为了便于加工和安装，每个弧形连接板221由单一连接梁223或者由多个连接梁223串接构成，凹槽222开设在对应的连接梁223上。为了方便各连接梁223之间的固定，每个连接梁223的一端开设有梁安装孔2231，另一端设有安装轴2232，每个连接梁223上的安装轴2232能插设固定在相邻的连接梁223上的梁安装孔2231中。
72.一般可以仅在正对各弹性支撑环212的连接梁223上开设凹槽222，也可以按照图3和图4中示出的在每个连接梁223上均开设有凹槽222，安装时与弹性支撑环212正对的凹槽222能卡设在对应的固定孔2122中。对于图3和图7中示出的每个支撑套211外侧共设有两个弹性支撑环212的情况，在每个连接梁223上均开设两个凹槽222。
73.当然，对于连接件22也可以采用其他的结构或者排布方式，只要方便将各支撑调节组件21连接在一起以对各支撑调节组件21起到支撑的作用即可，本实施例仅为举例说明。
74.进一步地，如图2所示，钻杆柱1包括从上至下顺序连接的多个钻杆11，各支撑调节组件21套设在对应的钻杆11上，上凸环12和下凸环13分别形成在对应的钻杆11的上端和下端。
75.每个钻杆11的上端和下端分别为母接头和公接头，该母接头和公接头分别构成上述的上凸环12和下凸环13。各钻杆11之间通过各母接头与对应的公接头的螺纹连接实现串接。如此，在钻进过程中，根据钻井的深度在井口补充安装相应数量的钻杆11、支撑调节组件21和连接梁223以及加长防漏弹性管3的长度，便可以将整个装置不断加长，以钻至指定井深位置。
76.以上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出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。