一种蠕动式水平井钻柱送进工具技术领域
本发明涉及一种石油天然气行业用于水平井钻井用的蠕动式水平井钻柱送进工具。
背景技术
在石油天然气行业，随着钻井技术的不断发展，水平井自20世纪90年代以来得到大规
模应用，现在已经作为常规钻井技术而普遍应用于几乎所有类型的油气藏开发工程中。水平
井是指井斜达到或者接近90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井，水平井具有良好的经
济效益以及社会效益。
水平井技术相较于直井，其技术难度更大。直井在钻进过程中，钻柱依靠自身重量进行
送钻，钻柱与井壁之间的摩擦阻力几乎可以忽略；然而水平井在钻进至水平段井眼以后，水
平段的钻柱躺在井床上，钻柱和井壁之间的摩擦系数很大，随着水平段井眼的长度不断增加，
钻柱和井壁之间积累的摩擦阻力不断增大，导致钻柱送进异常困难，难以钻进至设计井深位
置。钻柱送进困难甚至会导致钻柱发生挠曲变形和破坏，对油气藏资源的开发极为不利。然
而随着浅层油气藏的日益枯竭，钻井正向着更深地层钻进，也就意味着对于水平井而言，要
求具有更长的水平段长度，因此水平段钻柱送进问题已经成为水平井技术的核心难点之一。
目前国内外使用了一些减摩降阻工具，利用滚动摩擦或者振动摩擦原理减小钻柱和井壁之间
的摩擦系数，以期可以延长水平段钻进长度。
发明内容
本发明的目的是：为了解决水平井钻井过程中，水平段钻柱送进困难，难以施加有效钻
压的问题，特提供一种蠕动式水平井钻柱送进工具。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种蠕动式水平井钻柱送进工具，是由
上接头、定子壳体、螺杆定子、螺杆转子、送进壳体、锚定壳体、压板、锚爪弹簧、水力锚、
万向轴、主弹簧、旋转阀芯、弹簧端盖、推力轴承、下壳体和固定阀座构成；其结构特征是：
上接头上端和上部钻柱丝扣连接，固定阀座下端和下部钻柱丝扣连接；螺杆定子固定在定子
壳体内腔，定子壳体上端和上接头下端丝扣连接，定子壳体下端和送进壳体丝扣连接；送进
壳体中部设置有通孔连通内外空间，送进壳体下部外圆设置一圈凸起台阶；下壳体上端和送
进壳体下端丝扣连接，下壳体下端和固定阀座丝扣连接；螺杆转子置入螺杆定子内腔，万向
轴上端和螺杆转子下端丝扣连接，万向轴下端和旋转阀芯上端丝扣连接；旋转阀芯上部均匀
设置三个斜孔连通内外空间，旋转阀芯中部外圆设置一圈台阶，旋转阀芯下部周向均匀设置
两个通孔连通内外空间；固定阀座上端设置一圈凸起外缘，凸起外缘下方周向均匀设置两个
腰型通孔连通内外空间，固定阀座中部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，固定阀座两个
腰形通孔和三个斜孔之间的内腔设置为封闭；推力轴承安装在旋转阀芯中部外圆的台阶上；
旋转阀芯下部外圆置入固定阀座内腔上部，旋转阀芯下部两个通孔和固定阀座上部两个腰形
通孔轴向位置对齐；锚定壳体上部周向均匀设置六个扶正翼，每个扶正翼上均设置两个台阶
孔连通内外空间，每个扶正翼上均设置一轴向凹槽，扶正翼上轴向凹槽穿过两个台阶孔的中
轴线，轴向凹槽上均匀设置三个螺纹孔；水力锚下部外圆设置一圈密封凹槽，水力锚上端面
设置为圆弧面，圆弧面上设置有单向倾斜的锚定齿，水力锚上部设置一凹槽，凹槽内设置两
个沉孔；锚爪弹簧安装在水力锚上部凹槽的沉孔内；水力锚和锚爪弹簧整体置入锚定壳体扶
正翼上的台阶通孔内，压板用螺钉固定在锚定壳体扶正翼上的轴向凹槽内，压板穿过水力锚
上部凹槽压紧锚爪弹簧；主弹簧安装在送进壳体下部凸起台阶上，弹簧端盖和锚定壳体下端
丝扣连接。
本发明的有益效果是：(1)本发明可以通过水力作用对水平段钻柱进行连续蠕动式送钻，
可有效延长水平段距离；(2)本发明可产生持续高频水击压力波动，使钻柱产生微幅振动，
减小钻柱和井壁之间的摩擦系数；(3)本发明纯机械结构，可靠性高。
附图说明
图1是本发明一种蠕动式水平井钻柱送进工具水力锚张开状态的结构示意图；
图2是本发明一种蠕动式水平井钻柱送进工具水力锚收回状态的结构示意图；
图3是图2A-A截面剖视图；
图4是图2B-B截面剖视图；
图5是本发明一种蠕动式水平井钻柱送进工具锚定壳体和水力锚的装配三维示意图；
图6是本发明一种蠕动式水平井钻柱送进工具锚定壳体的三维示意图；
图7是本发明一种蠕动式水平井钻柱送进工具水力锚和锚爪弹簧的三维示意图；
图中：1.上接头、2.定子壳体、3.螺杆定子、4.螺杆转子、5.送进壳体、6.锚定壳体、7.压
板、8.锚爪弹簧、9.水力锚、10.万向轴、11.主弹簧、12.旋转阀芯、13.弹簧端盖、14.推力轴
承、15.下壳体、16.固定阀座。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明一种蠕动式水平井钻柱送进工具，是由上接头1、定子壳体2、
螺杆定子3、螺杆转子4、送进壳体5、锚定壳体6、压板7、锚爪弹簧8、水力锚9、万向轴
10、主弹簧11、旋转阀芯12、弹簧端盖13、推力轴承14、下壳体15和固定阀座16构成；
其结构特征是：上接头1上端和上部钻柱丝扣连接，固定阀座16下端和下部钻柱丝扣连接；
螺杆定子3固定在定子壳体2内腔，定子壳体2上端和上接头1下端丝扣连接，定子壳体2
下端和送进壳体5丝扣连接；送进壳体5中部设置有通孔连通内外空间，送进壳体5下部外
圆设置一圈凸起台阶；下壳体15上端和送进壳体5下端丝扣连接，下壳体15下端和固定阀
座16丝扣连接；螺杆转子4置入螺杆定子3内腔，万向轴10上端和螺杆转子4下端丝扣连
接，万向轴10下端和旋转阀芯12上端丝扣连接；旋转阀芯12上部均匀设置三个斜孔连通内
外空间，旋转阀芯12中部外圆设置一圈台阶，旋转阀芯12下部周向均匀设置两个通孔连通
内外空间；固定阀座16上端设置一圈凸起外缘，凸起外缘下方周向均匀设置两个腰型通孔连
通内外空间，固定阀座16中部周向均匀设置三个斜孔连通内外空间，固定阀座16两个腰形
通孔和三个斜孔之间的内腔设置为封闭；推力轴承14安装在旋转阀芯12中部外圆的台阶上；
旋转阀芯12下部外圆置入固定阀座16内腔上部，如图4所示，旋转阀芯12下部两个通孔和
固定阀座16上部两个腰形通孔轴向位置对齐；如图3和图5所示，锚爪弹簧8安装在水力锚
9上部凹槽的沉孔内；水力锚9和锚爪弹簧8整体置入锚定壳体6扶正翼上的台阶通孔内，
压板7用螺钉固定在锚定壳体6扶正翼上的轴向凹槽内，压板7穿过水力锚9上部凹槽压紧
锚爪弹簧8；主弹簧11安装在送进壳体5下部凸起台阶上，弹簧端盖13和锚定壳体6下端
丝扣连接。
如图3、图5和图6所示，锚定壳体6上部周向均匀设置六个扶正翼，每个扶正翼上均设
置两个台阶孔连通内外空间，每个扶正翼上均设置一轴向凹槽，扶正翼上轴向凹槽穿过两个
台阶孔的中轴线，轴向凹槽上均匀设置三个螺纹孔。
如图3和图7所示，水力锚9下部外圆设置一圈密封凹槽，水力锚9上端面设置为圆弧
面，圆弧面上设置有单向倾斜的锚定齿，水力锚9上部设置一凹槽，凹槽内设置两个沉孔。
本发明一种蠕动式水平井钻柱送进工具的工作原理是：下入本发明至水平段井眼，开泵
循环钻井液，钻井液驱动螺杆转子4旋转，螺杆转子4通过万向轴10驱动旋转阀芯12旋转；
旋转阀芯12下部两个通孔和固定阀座16上部两个腰形通孔形成的钻井液流道周期性变化，
导致旋转阀芯12以上的钻柱内钻井液压力周期性变化；在钻井液压力升高时，水力锚9伸出，
锚定壳体6和井壁固定，钻井液作用在送进壳体5下部外圆凸起台阶上，推动钻柱送进；在
钻井液压力降低时，水力锚9收回，锚定壳体6在主弹簧11作用下轴向前移，回到初始位置；
如此在周期性变化的钻井液压力作用下，水平段钻柱可以连续蠕动送进。