专利名称：一种短曲率半径水平井螺杆钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于钻短曲率半径水平井的井下螺杆钻具。
水平井通常以由垂直井眼到水平井眼的弯曲段的曲率半径及造斜率，划分为长、中、短曲率半径水平井。短曲率半径水平井典型的曲率半径为6－12米，即造斜率为1.5－3°／0.3米，钻具在16－18米的弯曲段内完成由垂直到水平的钻进过程，并且按照一定井斜及一定方位在水平方向钻进所需要的长度以达到目的岩层。这就要求钻井工具的设计和钻井工艺应满足上述要求。
目前，短半径水平井钻井设备大多采用的是短半径旋转系统。它主要是以围绕不旋转弯曲钻进导向器和铰接管柱来设计的。管柱是铰接的，以承受旋转所产生的交变应力。此系统从地面通过动力水龙头或者转盘提供动力。用可回收造斜器与封隔器组合进行造斜。此系统不是定向导向的。开始造斜后，不能改变井眼方位。初始造斜方位只能控制在－20°的方向内。这当然不能适用于很多实际情况。其次，此系统所获得的水平井水平段长度一般不超过120米，大部分均为60米左右。由于动力系统在地面上，井下通过井眼曲率半径很小的变曲部分时，铰接管柱所承受的载荷是非常大的，甚至超过了安全许用工作载荷，这一点又使水平段长度受到了限制。使用此种钻具的钻进效率是很低的；总钻速一般平均为垂直钻速的20％。还因要起下钻次数多而使钻进效率降得更低。除了上述这种通过地面上的动力水龙头或者转盘给予动力的短半径旋转钻具以外，国内外目前还大量采用井下动力马达(螺杆钻具或涡轮钻具)位于造斜点以上的旋转钻具。由于这种钻具同样是需要铰接管柱在弯曲段内旋转，所以它存在着与动力在地面上的旋转钻具相类似的问题。
针对以上所讨论的钻具存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种短曲率半径水平井螺杆钻具，具有使钻柱不旋转、井下动力位于造斜点以下、而且钻拄负荷小、具有较好的造斜性能、较高的定方位精度、钻进效率高、水平钻进距离长、应用可靠的特点。从而克服现有技术存在的缺陷。
本实用新型的任务是这样实现的由与钻头连接的驱动轴及轴承组件总成1、近钻头扶正器2、螺杆钻具定子铰接接头3、转子铰接接头4、传动轴及定子连接短节5、第一级井下螺杆钻具6、旁通阀总成7、测斜接头8、柔性钻杆双向铰接系统9、短钻杆10、柔性钻杆万向铰接接头11、短钻杆等组成短曲率半径水平井钻井螺杆钻具，其特点在于1.其能充分满足短曲率半径水平井钻井过程中造斜、稳斜和降斜的要求；2.水平段钻井距离长；动力钻具在紧靠钻头处，整个钻柱在井眼内不转动；3.作用在钻柱上的负荷小；4.螺杆钻具定、转子铰接接头，柔性钻杆铰接接头，能充分满足短曲率半径水平井的造斜、稳斜和降斜的要求，并能使整个钻具顺利地通过大曲率(3－5°／米)的弯曲井眼段；5.螺杆钻具转子铰接接头可以稳定、可靠和有效地传递螺杆钻具产生的扭矩；6.螺杆钻具定子铰接接头和柔性钻杆铰接接头，能充分满足传递钻压和承受反扭矩的要求，抗拉、抗压强度高，密封性能好及使用寿命长。
图1.为本实用新型的螺杆钻具结构示意图图2.螺杆钻具定子铰接接头结构示意图图3.螺杆钻具转子铰接接头结构示意图图4.柔性钻杆双向铰接接头结构示意图图5.柔性钻杆万向铰接接头结构示意图
以下结合附图详细说明本实用新型如附
图1，本实用新型所述的一种用于短曲率半径水平井螺杆钻具，整套钻具采用下述方式连接构成与钻头连接的驱动轴及轴承组件总成1连接近钻头扶正器2连接螺杆钻具定子铰接接头3及转子铰接接头4连接传动轴及定子连接短节5连接螺杆钻具定子铰接接头3及转子铰接接头4连接第一级井下螺杆钻6连接螺杆钻具定子铰接接头3及转子铰接接头4连接传动轴及定子连接短节连接螺杆钻具定子铰接接头及转子铰接接头连接第二级井下螺杆钻连接螺杆钻具定子铰接接头连接旁通阀总成7连接测斜接头8连接柔性钻杆双向铰接接头9连接短钻杆10连接柔性钻杆万向铰接接头11连接短钻杆连接……等组成。
如附图2，本实用新型的螺杆钻具定子铰接接头3的接头体21一端与螺杆钻具定子或驱动轴及轴承组件总成外壳相连。接头体29一端与上一级螺杆钻具定子过渡短节或旁通阀总成外壳相连，其上有4－6个叶片。接头体21与接头体29通过球形铰接方式由两个销轴7连接。接头体29的内球面上开有1－2个密封槽，槽内放置有“O”型密封圈28，对称设置的两销轴使接头体21与接头体29在同一平面内有以销轴为轴心的相对摆动，可由0－15°，其摆动幅度的大小由限位器来22限制；限位器22通过螺纹与接头体29相连，并且具有与接头体21的外球面相对应的内球面。此内球面上开有密封槽，槽内放置有“O”型密封圈24，销轴27由背母25及垫圈26封挡住。
如附图3，本实用新型的螺杆钻具转子铰接接头4，其接头体31一端与螺杆钻具转子相连接。其接头体35一端可通过花键与螺杆钻具传动轴相连。接头体31与接头体35通过一铰接球32及4个销轴34相连接。档圈33可防止销轴的脱落。两接头体分别以销轴为轴心，在两个相互垂直的平面内相对于轴线摆动0－15°。接头体31与铰接球32在铰接处的形状为与轴线对称的圆瓣形。
如附图4，本实用新型的双向铰接接头9，两端分别与短钻杆相连。接头体41与接头体47的结构形式完全相同。接头体41和接头体47的铰接部分是与轴心线对称的两个圆瓣形。铰接球43位于接头体的中间。球体的外球面与接头体41、47的内球面相对应，接头体41和接头体47的连接是通过铰接球43和4个销轴46实现的，为了防止销轴的松脱，由背母44和垫圈45挡住。在每一个圆瓣形外壁设有一个叶片，其中心线平行于接头体的轴心线。两接头体铰接后，可以销轴44为中心在相互垂直的平面内摆动0°－15°。两接头体内球面上各开有1－2个密封槽，“O”型密封圈42置于槽内。接头体41、47和铰接球43内部分别开有满足钻井所要求泥浆排量的流动通道。如附图5，本实用新型的万向铰接接头11，两端分别与短钻杆相连。接头体51与接头体57通过铰接头52、中间体54和螺钉55相连接。铰接头52与接头体51连接。中间体54和接头体57与铰接头52是球铰接。接头体57与中间体54通过螺纹连接。中间体54和接头体57的内球面与铰接头52球形体的外球面相对应，接头体51和中间体54有相互交错的牙嵌，两体上的牙嵌数分别为3－6个。中间体54的内球面和接头体57的内球面上开有密封槽，“O”型密封圈53置于槽内，螺钉55和垫圈56起到防止中间体54与接头体57松脱的作用。接头体51、铰接头52和接头体57沿轴线开有满足钻井所要求泥浆排量的流动通道。
实施例当应用本实用新型钻短曲率半径水平井时，地面泥浆泵输送一定压力的泥浆驱动井下螺杆钻具，使其产生一定的扭矩传递给钻头。在水平井造斜起始处，由具有7－9°倾斜角的造斜定向器迫使钻头向所要求的方向钻入地层，实现侧钻。钻入该地层后，钻头、近钻头扶正器和第一节螺杆钻具轴承组铰接接头作为三点造斜组合，在定向方位的平面上，实现圆弧轨迹的钻进，钻出曲率为3－5°／米的井眼。由上述各铰接接头保证整个钻具能顺利地通过所钻曲率的井眼并传递钻压和扭矩。当达到水平层位时，本实用新型能保持一定井斜和方位进行水平钻进而达到目的。在钻进完成后，能被顺利地从井眼中提出。据接头体21与接头体29通过球形铰接方式由两个销轴7连接，两个销轴同时具有承受扭矩和传递钻压的作用。接头体29的内球面上开有1－2个密封槽，槽内放置有“O”型密封圈28，防止在钻井过程中通过铰接接头具有很高压力的泥浆向环空泄漏。对称设置的两销轴使接头体21与接头体29在同一平面内有以销轴为轴心的相对摆动。具有这种结构及连接方式的螺杆钻具定子铰接接头可充分满足短曲率半径水平井所要求的造斜曲率，有效地传递钻压和承受扭矩，充分满足造斜、稳斜、降斜及扭方位的要求。此螺杆钻具定子铰接接头具有良好密封的特点。上述结构的螺杆钻具转子铰接接头，可以充分满足短曲率半径水平井造斜率的要求。能可靠地传递扭矩，并且具有强度高、工作可靠的特点。当工作时，泥浆以一定压力通过，“O”型密封圈起到密封的作用，保证泥浆不向环空泄漏。。接头体51和中间体54相互间的牙嵌在工作时啮合起到传递扭矩的作用，并能使接头体51和接头体57在360°的整个方向上相互产生0－15°的摆动，从而满足使钻柱顺利通过短曲率半径水平井井眼的要求。此接头的抗拉、抗压强度高，可有效地传递钻压，使用寿命长，密封性能好。
综上所述，本实用新型所述短曲率半径水平井螺杆钻具，具有以往转盘钻水平井和常规螺杆钻具动力在弯曲井眼以上的系统不可比拟的优点钻柱在井眼内无需转动，这样对钻具强度要求降低，由此水平钻进距离长。还具有定向钻进及钻进效率高的特点。具有强度高，密封性能好的特点，充分满足短曲率半径水平井的钻井要求。本实用新型还可以推广实用到中曲率半径水平井钻井及其他相关的领域中。本实用新型特别适用于短曲率半径水平井钻井。采用2－3节井下短螺杆钻具可以产生足够大的扭矩，使钻头实现有效的钻进。螺杆钻具之间的铰接接头，可使螺杆钻具顺利地通过由钻头钻出的曲率为3－5°／米的弯曲井眼，并可有效地传递钻压和扭矩。同时与稳定器相配合，使整套钻具具有造斜、稳斜的功能。柔性钻杆采用的是组合式双向或万向铰接接头。与螺杆钻具相连的测斜接头与测试装置相配合，可以准确地测出井斜和方位，保证井眼轨迹的精度。
权利要求1.一种短曲率半径水平井螺杆钻具、包括驱动轴及轴承组件总成、近钻头扶正器、传动轴总成及测斜接头、旁通阀总成、稳定器、短螺杆钻等构成，其特征在于与钻头连接的驱动轴及轴承组件总成[1]连接近钻头扶正器[2]连接螺杆钻具定子铰接接头[3]及转子铰接接头[4]连接传动轴及定子连接短节[5]连接螺杆钻具定接铰接接头[3]及转子铰接接头[4]连接第一级井下螺杆钻[6]连接螺杆钻具定子铰接接头[3]及转子铰接接头[4]连接传动轴及定子连接短节连接螺杆钻具定子铰接接头及转子铰接接头连接第二级井下螺杆钻连接螺杆钻具定子铰接接头连接旁通阀总成[7]连接测斜接头[8]连接柔性钻杆双向铰接接头[9]连接短钻杆[10]连接柔性钻杆万向铰接接头[11]连接短钻杆连接钻机。
2.根据权利要求1所述的短曲率半径水平井螺杆钻具，其特征在于螺杆钻具定子铰接接头［3］的接头体［21］一端与螺杆钻具定子或驱动轴及轴承组件总成外壳相连；接头体［29］一端与上一级螺杆钻具定子过渡短节或旁通阀总成外壳相连，其上有4－6个叶片；接头体［21］与接头体［29］通过球形铰接方式由两个销轴［7］连接。接头体［29］的内球面上开有1－2个密封槽，槽内放置有“O”型密封圈［28］，对称设置的两销轴使接头体［21］与接头体［29］在同一平面内以销轴为轴心相对摆动可由0－15°，其摆动幅度的大小由限位器［22］来限制；限位器［22］与接头体［29］相连接，并且具有与接头体［21］的外球面相对应的内球面，此内球面上开有密封槽，槽内放置有“O”型密封圈［24］，销轴［27］由背母［25］及垫圈［26］封挡住。
3.根据权利要求1所述的短曲率半径水平井螺杆钻具，其特征在于螺杆钻具转子铰接接头［4］，其接头体［31］一端与螺杆钻具转子相连接，其接头体［35］一端与螺杆钻具传动轴相连；接头体［31］与接头体［35］通过一铰接球［32］及4个销轴［34］相连接；档圈［33］可防止销轴的脱落；两接头体分别以销轴为轴心，在两个相互垂直的平面内相对于轴线摆动0－15°；接头体［31］与铰接球［32］铰接处的形状为与轴线对称的圆瓣形。
4.根据权利要求1所述的短曲率半径水平井螺杆钻具，其特征在于柔性钻杆双向铰接接头［9］，其两端分别与短钻杆相连，接头体［41］与接头体［47］的结构形式相同；接头体［41］和接头体［47］的铰接部分是与轴心线对称的两个圆瓣形；铰接球［43］位于接头体的中间；球体的外球面与接头体［41］、［47］的内球面相对应，接头体［41］和接头体［47］的连接是通过铰接球［43］和4个销轴［46］实现的，销轴由背母［44］和垫圈45封挡住。在每一个圆瓣形外壁销孔处设有一个叶片，两接头体铰接后以销轴［44］为轴心在相互垂直的平面内摆动0－15°；两接头体内球面上各开有1－2个密封槽，“O”型密封圈［42］置于槽内；接头体［41］、［47］和铰接球［43］内部分别开有满足钻井所要求泥浆排量的流动通道。
5.根据权利要求1所述的短半径水平井螺杆钻具，其特征在于柔性钻杆万向铰接接头［11］，两端分别与短钻杆相连；接头体［51］与接头体［57］通过铰接头［52］、中间体［54］和螺钉［55］相连接；铰接头［52］与接头体［51］通过螺纹连接；中间体［54］和接头体［57］与铰接头［52］是球铰接；接头体［57］与中间体［54］通过螺纹连接；中间体［54］和接头体［57］的内球面与铰接头［52］球形体的外球面相对应，接头体［51］和中间体［54］有相互交错的牙嵌，两体上的牙嵌数分别为3－6个；中间体［54］的内球面和接头体［57］的内球面上开有密封槽，“O”型密封圈［53］置于槽内；螺钉［55］和垫圈［56］可防止中间体［54］与接头体［57］松脱；接头体［51］、铰接头［52］和接头体［57］沿轴线开有满足钻井所要求泥浆排量的流动通道。
专利摘要本实用新型适用于短曲率半径水平井钻井。采用2—3节井下短螺杆钻具可以产生足够大的扭矩，使钻头实现有效的钻进。螺杆钻具之间的铰接接头，可使螺杆钻具顺利地通过由钻头钻出的曲率为3°—5°/米的弯曲井眼，并可有效地传递钻压和扭矩。同时与稳定器相配合，使整套钻具具有造斜、稳斜的功能。柔性钻杆采用的是组合式双向或万向铰接接头。与螺杆钻具相连的测斜接头与测试装置相配合，可以准确地测出井斜和方位，保证井眼轨迹的精度。
文档编号E21B10/00GK2123599SQ9220652
公开日1992年12月2日 申请日期1992年4月13日 优先权日1992年4月13日
发明者阎旭, 卢俊, 陈香凯, 徐谦, 邓庆华, 李延琴, 袁明, 何迎春 申请人:石油勘探开发科学研究院机械所