一种直连机械式连续管钻磨通井装置

本发明涉及井下作业技术领域，尤其是涉及一种直连机械式连续管钻磨通井装置。

背景技术：

近年来，连续管技术已广泛应用于油气开发领域，特别是对于深井超深井及水平井，连续管作业更具有适用性广及工作效率高等优点。在采用连续管技术进行油气井的压裂、试油及修井等作业中，首先是要实施通井完成井筒的准备工作，而固井使井底附近残留的水泥灰、泥浆完井产生的泥浆胶结沉淀、井眼缩颈或井筒狗腿度大等原因均会造成常规通井作业的通井困难。

目前，在采用连续管进行通井作业时，对于直井，一般利用马达头加通径规或刮削器对井筒质量进行检查和清理来完成井筒作业的准备工作；对于水平井，特别是长水平段的井，较新的做法是采用在工具串中加装水力振荡器，通过振荡器和通径规的作用引导管柱下入至指定位置，其中，将工具串底部增加“螺杆钻与磨鞋”，或将磨鞋更换成三刮刀(或三牙轮钻头)，并同时使用减阻剂的连续管钻磨通井能力最好。但是，这些采用连续管通井的方法存在通径规或刮削器通井能力低、水力振荡器引起管柱剧烈振动、水功率消耗大、工具串组成及作业过程复杂的不足。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种直连机械式连续管钻磨通井装置，目的在于解决常规连续管通井需要安装马达头等电动机械，以及通径规或刮削器通井能力低及水功率消耗大等问题。本发明自带外卡咬连续管接头，以连续管下入力为动力源，采用螺柱与螺旋啮合驱动及多弹簧并联复位机构，实现了其钻磨头的旋转钻削连续管作业管柱可顺利解阻通井的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种直连机械式连续管钻磨通井装置，包括上接头组件、连接于上接头组件一端的驱动组件和连接于驱动组件一端的钻磨头，其中，上接头组件用于与连续管相连接，驱动组件通过利用连续管和钻磨头之间的压力，驱动钻磨头钻磨解阻。

优选的，上接头组件包括连续管、卡瓦套、卡瓦和上接头，卡瓦共有两片，装夹于卡瓦套、上接头及连续管构成的环空内，卡瓦套套装于连续管上，通过卡瓦套螺钉与连续管固定以防止卡瓦套的相对转动，卡瓦套的内锥面径向挤压卡瓦的外锥面，使卡瓦内表面上的上斜和下斜两段牙齿咬入连续管表面，完成上接头与连续管的连接，防止上接头的上顶和下掉发生。

优选的，上接头上端与卡瓦套通过螺纹连接，上接头内圆面的齿槽与连续管端部牙齿嵌合以克服上接头的扭矩，上接头上端内圆面上的轴向凹槽对插入其内的卡瓦杆柄进行周向及轴向限位，上接头下端设计有2^7/8tbg标准油管螺纹，方便于连接其它作业工具或装置。

优选的，驱动组件包括传力头、弹簧衬杆、弹簧、上支撑座筒、芯轴、螺柱、下支撑座筒、外套及钻磨头，传力头与上接头通过2^7/8tbg螺纹连接，上支撑座筒设置于传力头内，上支撑座筒底端固定有芯轴，芯轴下端贯穿进下支撑座筒内，传力头的下端设置有缩径的小径段，并且该小径段的侧部设置有用于安装螺柱的两个螺纹孔，两个螺纹孔周向夹角为90°且轴向错落分布，以保证螺柱的传动稳定可靠，小径段为3/4个不完整圆筒结构，利于工作液在管内顺畅流动；传力头的长度满足其在外套内的最大行程要求，芯轴上有较深较宽的螺旋槽，当芯轴相对螺柱相对运动时，芯轴能够通过插入螺旋槽内的两个螺柱获得足够大的驱动力距。

优选的，上支撑座筒外圆周面上均匀分布有六个凹槽和三个与凹槽等间隔分布的导流槽，每一个凹槽内可装配三组滚动体与滚动体座的组装体，间接为芯轴提供支撑；上支撑座筒下端面中心的六方盲孔与芯轴上端六方头配合，防止二者之间的相对转动。

优选的，近芯轴下端外圆面上依次设计有导流孔、轴肩、凹槽、螺纹以及中心的过流孔，均匀分布的四个导流孔与其中心位置的过流孔贯通，并与钻磨头的过流孔道连通，轴肩对下支撑座筒轴向限位，凹槽内装配组装后的滚动体和滚动体座，下端外螺纹连接钻磨头。

优选的，下支撑座筒的上端面均匀分布的六个螺纹孔内装配六根弹簧衬杆的下端头，其下端面上的凹槽用以减少与钻磨头上端面的摩擦和保证钻磨头运动的平稳性。

优选的，弹簧共有六根，分别套装在六根弹簧衬杆上，形成并联复位弹簧组，呈初始微压缩状态，弹簧的可压缩量满足螺柱的最大行程要求。

优选的，外套上端内圆面上的内凸圆轴向限位于传力头下端的外凸圆，下端外圆面上的2个螺纹通孔内装配有外套螺钉。

优选的，钻磨头可选用适用于本装置的钻磨鞋、三刮刀或三牙轮钻头中的一种。

本发明的有益效果：

本发明采用螺柱与螺旋啮合驱动和多弹簧并联复位机构，带有外卡咬连续管接头，实现了连续管钻磨通井作业，解决了通径规或刮削器通井能力低的问题，提高了常规连续管通井作业的技术水平。

本发明无需动力马达，依靠连续管的送入过程即可使装置进入工作状态，借助内部弹簧组的压缩回弹力可使装置自动复位，从而保证了装置的连续工作，装置使用操作简单且工作平稳。

本发明的最大刚体外径为110mm，接头组件的最大外径为90mm，二参数均满足绝大多数油气井对井下作业工具最大外径尺寸的要求；本发明设计的连续管接头组件以及带有标准2^7/8tbg螺纹的上接头，使其既可直接与连续管连接通井，亦容易连接其它作业装置或工具，提高了装置的集成性能。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种直连机械式连续管钻磨通井装置的结构示意图；

图2为多弹簧并联复位机构示意图。

图3是芯轴上支撑机构示意图。

图4是上接头三维示意图。

图5是卡瓦三维示意图。

图6是传力头结构示意图。

图7是图6中传力头局部ⅰ的三维图。

图8是上支撑座筒的径向剖视图。

附图说明

1、连续管；2、卡瓦套螺钉；3、卡瓦套；4、卡瓦；5、第一密封圈；6、上接头；7、传力头螺钉；8、传力头；9、上滚动体；10、上滚动体座；11、上支撑座筒；12、弹簧；13、弹簧衬杆；14、外套；15、芯轴；16、下支撑座筒；17、外套螺钉；18、钻磨头；19、下滚动体；20、下滚动体座；21、第二密封圈；22、第三密封圈；23、螺柱；24、芯轴螺钉；25、第四密封圈；26、第五密封圈。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例

实施例1：

为了解决现有通径规或刮削器通井能力低、动载荷大及水功率消耗大等问题，本发明提供如图1-8所示的一种直连机械式连续管钻磨通井装置，本发明装置的工具串组成简单，提高了常规连续管通井作业的适用性和效率。下面结合附图对本发明作进一步详细说明。如图1-8所示，直连机械式连续管钻磨通井装置包括上接头组件、驱动组件和钻磨头(18)三部分，其中，上接头组件包括连续管1、卡瓦套3、卡瓦4、上接头6等，驱动组件包括传力头8、弹簧衬杆13、弹簧12、上支撑座筒11、芯轴15、螺柱23、下支撑座筒16、外套14等。所述卡瓦套3、上接头6、连续管1组成对卡瓦4的径向挤压使卡瓦4牙齿咬入连续管1表面内的压紧机构，卡瓦套3通过螺钉2固定于连续管1外圆面上，卡瓦4杆柄插入在上接头6最上段的轴向凹槽内。所述传力头8上端的标准油管螺纹(2^7/8tbg)与上接头6下端连接，传力头8下端的两个螺纹孔内分别装配有螺柱23，传力头8的长度满足其在外套内的最大行程要求。所述芯轴15的螺旋槽中插入有两个螺柱23，以获得足够大的驱动力；近芯轴15下端外圆面上依次设计有导流孔、轴肩、凹槽、螺纹以及中心的过流孔，均匀分布的四个导流孔与其中心位置的过流孔贯通，并与钻磨头18的过流孔道连通，轴肩对下支撑座筒16轴向限位，凹槽内装配有组装后的滚动体19和滚动体座20，下端外螺纹连接钻磨头18；芯轴15通过滚动体19与下支撑座筒16内圆面接触而获得下端支撑。所述上支撑座筒11上凹槽中装配的滚动体9与滚动体座10的组装体，间接为芯轴15上端提供支撑；上支撑座筒11下端部中心的六方盲孔与芯轴15上端头部配合，防止二者的相对转动。所述弹簧12、弹簧衬杆13、传力头8及下支撑座筒16组成多弹簧并联复位机构，弹簧呈初始微压缩状态，弹簧的可压缩量满足螺柱23的最大行程要求。所述外套14、传力头8、上支撑座筒11、下支撑座筒16、芯轴15、上接头6、连续管1、第一～第五密封圈5-21-22-25-26构成了工作液在连续管1内顺利流入钻磨头18水眼的管路。

本发明的工作过程为：

在装置直接与连续管柱连接实施通井作业中，当钻磨头遇阻时，连续管1继续向下送入，将带动上接头6、传力头8及传力头8上装配的双螺柱23向下移动，螺柱23在芯轴15螺旋槽中的移动驱动芯轴旋转，芯轴15带动钻磨头18旋转进行钻磨解阻通井。若钻磨头18顺利解阻通过遇阻井段或井筒阻力较小且螺柱23运动到螺旋槽的下端止点，此时，传力头8的下行运动使弹簧12处于压缩状态而储能，多弹簧并联复位机构开始作用，在弹簧12回弹力的作用下推动外套14、芯轴15、下支撑座筒16和钻磨头18等向下移动，螺柱23则相对芯轴15上移复位，同时驱动芯轴15反向旋转并带动钻磨头18旋转继续钻磨通井，装置连续工作；若螺柱23到达芯轴15螺旋槽的下端止点且多弹簧并联复位机构不能使其复位时，可采用卷管上提连续管柱方式使螺柱23及弹簧复位，便可继续使用本发明进行连续管钻磨通井作业。在装置工作过程中，连续管内的工作液由上支撑座筒11外圆面上的导流槽进入外套14的内腔，并由芯轴下端外圆面上的导流孔流入钻磨头18水眼后流向环空，以实现对碎屑的冲洗及工作液循环。第一～第五密封圈5-21-22-25-26对工作液在装置内的流动起到了良好的密封作用。

如图1、图4及图5所示，外卡咬连续管接头包括连续管1、卡瓦套3、两片卡瓦4及上接头6等。所述连续管1下末端的牙齿和上接头6内圆面的齿槽轴向嵌合，以承受上接头的扭矩作用。所述卡瓦套3通过螺钉2固定于连续管1外圆面上，防止卡瓦套3相对于连续管1的转动。所述卡瓦4的外锥面受卡瓦套3内锥面的径向挤压。所述上接头6通过螺钉7与传力头8周向固定，以克服传力头的反扭矩而防转，上接头6下端的标准油管螺纹(2^7/8tbg)便于其它作业工具或装置的接入。

如图1、图3、图6、图7和图8所示，双螺柱芯轴螺旋啮合驱动机构包括传力头8、芯轴15、螺柱23、芯轴螺钉24、上支撑座筒11、下支撑座筒16及外套14等。所述传力头8上装配有螺柱23，螺柱23的下半段插入芯轴15的螺旋槽内，当螺柱23在传力头8的驱动力作用下开始沿芯轴15轴向移动时，螺柱23与螺旋槽啮合驱动芯轴15旋转，同时芯轴15带动钻磨头18旋转钻磨通井；芯轴15下端的轴肩对下支撑座筒16进行轴向限位，芯轴15下端通过装配的滚动体19径向支撑于下支撑座筒16的内圆面，下支撑座筒16径向固定于外套14下端的内圆面，上支撑座筒11通过其外圆面装配的滚动体9径向支撑于传力头8的内圆面。

如图2所示，所述的多弹簧并联复位机构由传力头8、弹簧衬杆13、弹簧12及下支撑座筒16组成，其作用是借由压缩弹簧的回弹力使双螺柱23由芯轴15螺旋槽下端止点恢复到上端的初始位置。本发明设计的外卡咬连续管接头，安装工艺简单，节省了无效通井作业用时；采用的双螺柱与螺旋啮合驱动及多弹簧并联复位机构，实现了钻磨头的旋转钻削功能和装置的连续工作，提高了连续管通井作业能力，可用于深井、超深井及定向井的通井作业。

本发明无需动力马达，借助连续管的下入推力即可带动双螺柱与螺旋啮合传动机构工作，实现连续管钻磨通井作业，解决了常规通井效率低的问题，减小了作业动载荷和工作液的水力损失。

本发明采用的多弹簧并联复位机构，选材方便，利用弹簧的压缩储能特性，凭借装置工作过程中自身使弹簧压缩产生的恢复力完成了装置的自动复位，从而保证了装置的稳定连续作业。

本发明的最大刚体外径及连续管接头组件的最大外径尺寸二参数均满足一般井筒对井下作业工具最大外径尺寸的要求，装置可广泛地应用于油气井的连续管钻磨通井作业。

实施例2：

相比于实施例1，本实施例的上接头组件设计有标准的2^7/8tbg油管螺纹如图4所示，据此，上接头组件部分(外卡咬连续管接头)除了可直接与本体部分连接进行通井作业外，还可根据现场实际作业需求，通过上接头的2^7/8tbg与相应的装置或工具连接。

本发明的上接头组件具有外卡咬连续管接头的功能，基于实施例1，如图1、图4及图5所示，上接头组件包括连续管1、卡瓦套3、卡瓦4及上接头6等。所述连续管1与上接头6及卡瓦套3之间分别装配有第一密封圈5及第五密封圈26，其下末端的牙齿和上接头6内圆面中段均匀分布的齿槽轴向嵌合，防止上接头相对于连续管的转动。所述卡瓦套3通过螺钉2固定于连续管1外圆面上，防止卡瓦套3相对于连续管1的转动。所述卡瓦4的杆柄插入上接头6的轴向凹槽内，其受卡瓦套3的径向挤压作用而咬入连续管1，以防止被连接装置或工具的上窜和下掉。所述上接头6通过螺钉7与外接装置或工具的上端接头周向固定，以克服外连接头的反扭矩而防转，上接头6下端的标准油管螺纹(2^7/8tbg)与其它作业工具或装置上端外连接头的2^7/8tbg连接。

本发明的工作过程为：

在需要将其它作业工具或装置通过外卡咬连续管接头与连续管1连接时，预先加工连续管下端的牙齿及安装卡瓦套螺钉的螺纹孔，然后将上接头6与其它作业工具或装置的上端外连接头的标准2^7/8tbg油管螺纹连接，再将卡瓦套3(已装入第五密封圈26)套装在连续管1外圆面上，接着将卡瓦4无齿尾杆柄插入上接头6(已装入第一密封圈5)上端凹槽内，一同套装在连续管1外圆面上，并使上接头6的齿槽与连续管1的牙齿嵌合，最后，旋转卡瓦套3与上接头6上端的普通螺纹啮合直至螺钉2可顺利将卡瓦套3与连续管1径向连接固定。卡瓦4在卡瓦套3与上接头6的共同作用下，其内表面上的双向牙齿咬入连续管1表面内，完成其它作业工具或装置与连续管1的连接，连续管柱即可实施其它所需井下作业。

本发明设计的上接头组件，构成了完整独立的外卡咬连续管接头，实现了本体部分与连续管的连接通井作业；通过外卡咬接头的2^7/8tbg标准油管外接螺纹，实现了其它作业装置或工具与连续管的连接，提高了连续管柱及装置现场应用的灵活性和施工效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。