井下可调弯螺杆钻井工具

本发明作为石油开发领域中井下钻井工具，尤其涉及一种井下可调弯螺杆钻井工具。

背景技术：

1、随着国际形势越来越复杂，石油产业作为各个国家的战略储备能源，以及国家经济发展的重要能源产业，石油储备与开采成为了当代大国之间的有力竞争，因此开发各种功能的钻井工具具有重要意义。传统钻井过程中，通过表面顶驱或者旋转工作台驱动钻杆与钻头旋转，使得钻杆与钻头向地底转动，按照预定的轨迹钻出垂直井筒。然而在一些复杂地面环境中，有时需要钻出定向井、大斜度井、水平井，提高钻井质量与效率。

2、螺杆钻具是目前世界上使用广泛的一种钻井工具，其动力源一般采用将高压钻井液或者泥浆通过表面高压泵泵入到钻杆当中，钻杆中的定子与转子将钻井液或者泥浆的压力能转化为机械能，从而驱动钻头向地底下钻进，按照预定的轨迹钻出井筒。钻井液还能作为冷却液给钻头降温，提高钻头的使用寿命，同时通过循环可以达到清洗井筒的效果。

3、目前大部分螺杆钻具的弯曲角度是固定的，在对于有些复杂地形的钻进时，固定的角度已经无法完成钻进任务，故在钻进时会配置不同弯曲角度的螺杆钻具以满足需求。在替换螺杆钻具的过程中会浪费大量的时间，严重影响了钻进效率。

4、由此，本发明人员通过长时间的基础知识的学习以及专业技能的掌握，发明了一种井下可调弯螺杆钻井工具，克服现有的技术缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种井下可调弯螺杆钻井工具，提高复杂境况下的大斜度井，定向井等钻进效率，降低钻井成本。

2、本发明的目的是这样实现的，一种井下可调弯螺杆钻井工具，该钻井工具包括上、下驱动轴壳体；所述上、下驱动壳体在其对应于压力弹簧的位置均设有上下对称的圆孔通道，用以平衡压力弹簧所处空间的压力；上、下驱动轴壳体中空部分由万向接头连接的上、下驱动轴芯，由上到下依次为驱动连接器、上驱动轴芯、下驱动轴芯；所述调弯钻井工具包括弯曲调节组件部分，所述弯曲调节组件部分设置有压力弹簧、压力活塞、上、下调弯轴芯、上、下连接壳体、锁定活塞；所述弯曲调节组件部分提供两个偏转角位置，其中，第一个偏转角位置为上调弯轴芯的纵轴线与上驱动轴壳体纵轴线之间的偏转角度；其中，第二个偏转位置为下调弯轴芯的纵轴线与下连接壳体的纵轴线之间的偏转角度；所述调弯钻井工具包括调弯驱动组件部分，所述调弯驱动组件部分供应于响应钻井液流量和压力的变化，通过传输扭转，实现所述井下可调弯螺杆钻井工具弯曲调节。

3、在本发明的一较佳实施方式中，所述压力弹簧提供作用于压力活塞上端经向力；所述压力活塞下端空间充满润滑液体，通过上，下调弯轴芯、上下连接壳体之间的流体通信通道，使得锁定活塞与压力活塞之间的流体相互连通；所述锁定活塞受到压力活塞压缩液体产生的径向力；所述经向力推动锁定活塞到解锁位置。

4、在本发明的一较佳实施方式中，所述第一偏转角大小由下连接壳体偏移接合面(圆柱面)决定，所述偏转角度一般为2°～5°；所述第二偏转角大小由上调弯轴芯偏移面决定，所述偏转角度一般为2°～5°。

5、在本发明的一较佳实施方式中，所述下调弯轴芯偏移接合(圆柱面)的第一纵轴线与下连接壳体第二纵轴线夹角为第一偏转角；所述下调弯轴芯包括4长4短凹槽；所述凹槽配合接合锁定活塞长销。

6、在本发明的一较佳实施方式中，所述上调弯轴芯上端第三纵轴线与其下端偏移接合面(圆柱面)第四纵轴线夹角为第二偏转角；所述第四纵轴线与第一纵轴线重合；所述上调弯轴芯下端偏移接合面(圆柱面)连接上连接壳体，下端螺纹连接下调弯轴芯；所述上连接壳体与下连接壳体螺纹连接。

7、在本发明的一较佳实施方式中，所述调弯驱动组件为压力弹簧、上调弯驱动轴芯、下调弯驱动轴芯；所述压力弹簧提供径向力作用于上调弯驱动轴芯，径向力促使上调弯驱动轴芯与下调弯驱动轴芯齿槽相互啮合。

8、在本发明的一较佳实施方式中，所述调弯驱动组件供应于响应钻井液流量和压力的变化，通过传输扭转，实现所述井下可调弯钻井工具第一个到第二个位置的弯曲调节。

9、在本发明的一较佳实施方式中，所述锁定活塞包括“解锁”与“锁死”两种位置，所述“解锁”位置是锁定活塞在液压作用下(锁定活塞下端面液压小于锁定活塞上部液压)锁定活塞长销从下调弯轴芯凹槽内弹出达到“解锁”位置；所述“锁死”位置是锁定活塞在液压作用下(锁定活塞下端面液压大于锁定活塞上部液压)锁定活塞长销进入下调弯轴芯凹槽内达到“锁死”位置；所述锁定活塞长销固定在下连接壳体挖槽内；所述挖槽限制锁定活塞周向转动，但不限制锁定活塞径向移动。

10、在本发明的一较佳实施方式中，所述下调弯轴芯偏移接合面(圆柱面)第一纵轴线与下连接壳体第二纵轴线夹角相对角位置确定井下可调弯钻井工具偏转角度；所述下调弯轴芯偏移接合面还包括其突出来的第一圆弧肩台部分；所述下连接壳体偏移接合面还包括其突出来的第二圆弧肩台部分；所述第一圆弧肩台与第二圆弧肩台相对位置决定了井下可调弯钻井工具偏转角度；所述第一肩台侧边与第二肩台侧边相互接触的两个位置确定了可调弯螺杆钻井工具两个造斜位置。

11、在本发明的一较佳实施方式中，所述上调弯驱动轴芯下端部分布有第一环向齿槽；所述上调弯驱动轴芯下端圆周分布有6个凸台；所述凸台与下驱动壳体内部凹槽接合，促使上调弯驱动轴芯与下驱动壳体一同圆周转动，且不限制上调弯驱动轴芯径向移动。

12、在本发明的一较佳实施方式中，所述下调弯驱动轴芯上端部分布有第二环向齿槽；所述下调弯驱动轴芯下端外侧圆周分布有6个螺孔，内侧圆周分布有6个键槽，通过螺钉与键槽固定促使下调弯驱动轴芯与下驱动轴芯一同圆周转动。

13、在本发明的一较佳实施方式中，所述下驱动轴芯开有对应于下调弯驱动轴芯的螺孔与键槽；所述下调弯驱动轴芯在下驱动轴芯旋转带动下旋转转动。

技术特征：

1.井下可调弯螺杆钻井工具，其特征在于，包括上驱动轴壳体、下驱动轴壳体，上驱动轴壳体、下驱动轴壳体中空部分由万向接头连接的上动轴芯、下驱动轴芯；所述调弯钻井工具包括弯曲调节组件部分，所述弯曲调节组件部分设置有压力弹簧、压力活塞、上调弯轴芯、下调弯轴芯、上连接壳体、下连接壳体、锁定活塞；所述弯曲调节组件部分提供两个偏转角位置，其中，第一个偏转角位置为上调弯轴芯的纵轴线与上驱动轴壳体纵轴线之间的偏转角度；其中，第二个偏转位置为下调弯轴芯的纵轴线与下连接壳体的纵轴线之间的偏转角度；所述调弯钻井工具包括调弯驱动组件部分，所述调弯驱动组件部分供应于响应钻井液流量和压力的变化，通过传输扭转，实现所述井下可调弯螺杆钻井工具弯曲调节。

2.如权利要求1所述的井下可调弯螺杆钻井工具，其特征在于：所述压力弹簧提供作用于压力活塞上端经向力；所述压力活塞下端空间充满润滑液体，通过上，下调弯轴芯、上连接壳体、下连接壳体之间的流体通信通道，使得锁定活塞与压力活塞之间的流体相互连通；所述锁定活塞受到压力活塞压缩液体产生的径向力；所述经向力推动锁定活塞到解锁位置。

3.如权利要求1所述的井下可调弯螺杆钻井工具，其特征在于：所述第一偏转角大小由下连接壳体偏移接合面决定，所述偏转角度为2°～5°；所述第二偏转角大小由上调弯轴芯偏移面决定，所述偏转角度为2°～5°。

4.如权利要求1所述的井下可调弯螺杆钻井工具，其特征在于：所述下调弯轴芯偏移接合的第一纵轴线与下连接壳体第二纵轴线夹角为第一偏转角；所述下调弯轴芯包括凹槽；所述凹槽配合接合锁定活塞长销。

5.如权利要求1所述的井下可调弯螺杆钻井工具，其特征在于：所述上调弯轴芯上端第三纵轴线与其下端偏移接合面第四纵轴线夹角为第二偏转角；所述第四纵轴线与第一纵轴线重合；所述上调弯轴芯下端偏移接合面连接上连接壳体，下端螺纹连接下调弯轴芯；所述上连接壳体与下连接壳体螺纹连接。

6.如权利要求1所述的井下可调弯螺杆钻井工具，其特征在于：所述调弯驱动组件为压力弹簧、上调弯驱动轴芯、下调弯驱动轴芯；所述压力弹簧提供径向力作用于上调弯驱动轴芯，径向力促使上调弯驱动轴芯与下调弯驱动轴芯齿槽相互啮合。

7.如权利要求1所述的井下可调弯螺杆钻井工具，其特征在于：所述调弯驱动组件供应于响应钻井液流量和压力的变化，通过传输扭转，实现所述井下可调弯钻井工具第一个到第二个位置的弯曲调节。

8.如权利要求2所述的井下可调弯螺杆钻井工具，其特征在于：所述锁定活塞包括“解锁”与“锁死”两种位置，所述“解锁”位置是锁定活塞在液压作用下即锁定活塞下端面液压小于锁定活塞上部液压锁定活塞长销从下调弯轴芯凹槽内弹出达到“解锁”位置；所述“锁死”位置是锁定活塞在液压作用下即锁定活塞下端面液压大于锁定活塞上部液压锁定活塞长销进入下调弯轴芯凹槽内达到“锁死”位置；所述锁定活塞长销固定在下连接壳体挖槽内；所述挖槽限制锁定活塞周向转动，但不限制锁定活塞径向移动。

9.如权利要求4所述的井下可调弯螺杆钻井工具，其特征在于：所述下调弯轴芯偏移接合面第一纵轴线与下连接壳体第二纵轴线夹角相对角位置确定井下可调弯钻井工具偏转角度；所述下调弯轴芯偏移接合面还包括其突出来的第一圆弧肩台部分；所述下连接壳体偏移接合面还包括其突出来的第二圆弧肩台部分；所述第一圆弧肩台与第二圆弧肩台相对位置决定了井下可调弯钻井工具偏转角度；所述第一肩台侧边与第二肩台侧边相互接触的两个位置确定了可调弯螺杆钻井工具两个造斜位置。

10.如权利要求9所述的井下可调弯螺杆钻井工具，其特征在于：所述上调弯驱动轴芯下端部分布有第一环向齿槽；所述上调弯驱动轴芯下端圆周分布有凸台；所述凸台与下驱动壳体内部凹槽接合，促使上调弯驱动轴芯与下驱动壳体一同圆周转动，且不限制上调弯驱动轴芯径向移动。所述下调弯驱动轴芯上端部分布有第二环向齿槽；所述下调弯驱动轴芯下端外侧圆周分布有螺孔，内侧圆周分布有键槽，通过螺钉与键槽固定促使下调弯驱动轴芯与下驱动轴芯一同圆周转动。

技术总结
本发明公开了井下可调弯螺杆钻井工具，包括上、下驱动轴壳体，上、下驱动轴壳体中空部分由万向接头连接的上、下驱动轴芯；调弯钻井工具包括弯曲调节组件部分，弯曲调节组件部分由上至下设置有上、下调弯轴芯、上、下连接壳体、锁定活塞；弯曲调节组件部分提供两个偏转角位置；调弯钻井工具包括调弯驱动组件部分，调弯驱动组件部分供应于响应钻井液流量和压力的变化，通过传输扭矩，实现井下可调弯钻井工具弯曲调节。该井下可调弯螺杆钻井工具能在井下实现弯曲调节，提高形成斜井井筒的效率。

技术研发人员：查春青,陶文超,汪伟,席岩
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12