一种钢丝传动的钻井装置技术领域
本发明涉及钻井技术领域，具体的是一种钢丝传动的钻井装置。
背景技术
超短半径径向水平井技术最早在20世纪80年代提出，首先应用于老井改造、提高
采收率等方面，目前超短半径径向水平井已经被广泛应用于侧钻分支井，并且发展到与压
裂联作，显著提高油气井的产能，成为油田提高采收率有效手段之一。该技术原理是在连续
油管技术基础上，配备专用的关键钻井工具(主要包括射流钻头、轨迹控制装置、扩孔器及
转向器等)，在已钻成主井眼对应的储层段，钻出一层至多层辐射状分支微小井眼，进而提
高油井的产能。此外，本世纪初，研究者提出了采用柔性更高的复合材料高压软管作为分支
井的钻杆，并改进了转向器的设计，使得作业系统可以实现不扩孔，在主井眼内实现不扩孔
转向。
经过近30年的发展，超短半径水平井技术取得了长足进步，然而由于钻进原理以
及设备自身的特点等原因，使得无论在利用连续油管还是高压软管钻进时，都有不可避免
的问题，如常规超短半径径向水平井钻井技术需要先锻铣套管，再大直径扩孔，工艺复杂，
成功率低，作业周期长，对套管损害较大；在利用常规径向井技术作业时，由于高压软管轴
向力(钻压)传递能力弱，且难以为机械破岩钻头提供钻压，因此仅依靠纯水力钻进，但受软
管尺寸限制，水力能量有限，以至于无法实现高效破岩和自进延伸。如何利用有限的排量实
现高效的破岩效率并尽可能增大径向井水平进尺是水力喷射侧钻径向水平井技术仍然面
对的主要问题。
发明内容
为了克服高压软管难以为钻头提供破岩所需钻压和扭矩的缺陷，本发明提供了一
种钢丝传动的钻井装置，该钢丝传动的钻井装置能够在不改变现有工艺与设备的条件下实
现较高的破岩效率和较大的径向井水平进尺。此外，该钢丝传动的钻井装置构思简单可靠，
能够保证井下作业安全高效开展。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢丝传动的钻井装置，包括钢
丝绳、高压软管和钻头，高压软管套设于钢丝绳外，钻头设置于钢丝绳的一端，钢丝绳能够
将扭矩传递给钻头并使钻头旋转破岩。
该钢丝传动的钻井装置还包括螺杆钻具、活塞、中空连接杆、连接头和止推轴承等
依次连接组成。
其中活塞安置在螺杆钻具上，活塞能在高压流体的作用下带动螺杆钻具向下运
动，进而依靠活塞的推动力和螺杆钻具的自重为下部的钻头施加钻压。钢丝绳安放在高压
软管内，上端与螺杆钻具相连，下端通过中空连接杆与钻头连接，因此螺杆钻具旋转产生的
扭矩能够通过钢丝绳传递到钻头上，这样即克服了由于高压软管难以为钻头提供破岩所需
扭矩的不足，又能显著提高钻头机械钻速和破岩效率。高压流体通过高压软管与钢丝之间
的间隙，进入中空连接杆，从钻头喷出进行破岩和携带岩屑，这样相对于此前单纯依靠水力
破岩，该发明能够实现水力与机械联合破岩。因此，钻井时，地面钻井泵仅需提供携带岩屑
所需压力，进而可以降低整个钻井系统的压力，使高压软管更容易通过转向器。此外，下部
钻头通过螺纹与中空连接杆相连，而中空连接杆通过螺纹与连接头上端相连，连接头的另
一端与止推轴承配合，这样设计能够保证钻头作业时的稳定性和安全性。
本发明的有益效果是：
1、工具结构较为简单，尤其在复杂的井下条件下，简单的结构能够保证工具的可
靠性。
2、活塞和钢丝绳的设计可以克服高压软管无法承受轴向力和向钻头提供扭矩的
缺点。
3、钻头在钢丝绳带动下进行钻进，可以形成形状规则的径向井眼，而且能克服单
纯依靠水力钻进破岩效率低的缺点。
4、由于钻进时钻井泵仅需提供携带岩屑所需的压力，故该装置可以显著降低水力
能量，进而大大减小钻井系统的压力。
5、整个钻井系统的压力降低，有助于高压软管克服过转向器时的阻力，可以将高
压软管送进地层一定距离，大大增加了径向水平井的延伸极限。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示
意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为钢丝传动的钻井装置的钻井原理示意图。
图2为钢丝传动的钻井装置的主视图。
图3为钢丝传动的钻井装置的剖面示意图。
图4为钻头部位的连接示意图。
1、转向器；2、油管锚；3、套管；4、油管；5、活塞；6、螺杆钻具；7、高压软管；8、钢丝
绳；9、中空连接杆；10、连接头；11、止推轴承；12、钻头。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相
互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种钢丝传动的钻井装置，包括钢丝绳8、高压软管7和钻头12，高压软管7套设于
钢丝绳8外，钻头12设置于钢丝绳8的一端，钢丝绳8能够将扭矩传递给钻头12并使钻头12旋
转破岩，如图1至图4所示。
钢丝绳8的具体要求是能够将扭矩和压力传递给钻头12，从而使钻头12旋转钻进
破岩。本领域的技术人员可以根据该要求具体设计实施钢丝绳8的尺寸、材料和加工工艺，
具体的，钢丝绳8可以由8股钢丝束以交叉缠绕方式制成，一般钻一寸半井眼条件下，钢丝绳
8的直径可以选择8mm～12mm，钢丝传动的钻井装置能在不改变现有工艺与设备的条件下实
现较高的破岩效率和较大的径向井水平进尺。
在本实施例中，钢丝绳8的一端通过中空连接杆9与钻头12连接固定。中空连接杆9
内含有沿轴向贯通的内流道，高压软管7的内径大于钢丝绳8的外径，高压软管7与钢丝绳8
之间设有流体流动空腔，钻头12的工作端含有流体喷射孔，所述流体流动空腔能够通过中
空连接杆9的内流道与该流体喷射孔连通，如图4所示。
在本实施例中，中空连接杆9的一端固定套设于钢丝绳8的一端外，中空连接杆9的
另一端固定套设于钻头12的尾部内，中空连接杆9的侧壁设有连通该流体流动空腔与内流
道的通孔。高压软管7的一端固定有筒状的连接头10，连接头10套设于中空连接杆9外，连接
头10内含有环形凸起，中空连接杆9与该环形凸起间隙配合，该通孔位于钢丝绳8的一端与
该环形凸起之间。
在本实施例中，中空连接杆9外套设有止推轴承11，止推轴承11位于连接头10内，
止推轴承11设置于该环形凸起与钻头12之间，止推轴承11的外圈与连接头10连接固定，止
推轴承11的内圈与中空连接杆9连接固定，止推轴承11的内圈与钻头12抵接。
在本实施例中，该钢丝传动的钻井装置还包括能够向钢丝绳8提供扭矩的驱动机
构。该驱动机构为螺杆钻具6，钢丝绳8的另一端与螺杆钻具6连接，螺杆钻具6与高压软管7
连接。螺杆钻具6外套设有活塞5。该钢丝传动的钻井装置还包括转向器1，转向器1的上端连
接有油管4，螺杆钻具6和活塞5均设置于油管4内，活塞5的外径与油管4的内径相匹配，钢丝
绳8和高压软管7均与螺杆钻具6的下端连接。
下面结合附图介绍该钢丝传动的钻井装置的工作过程。
在图1中，转向器1通过油管4固定在井下预定位置，底部的油管锚2整体可将其固
定在套管3上，这样可以保证井下作业时的安全性与稳定性；螺杆钻具6通过螺纹分别与钢
丝绳8、高压软管7相连，活塞5被预先固定在螺杆钻具6上；钢丝绳8在高压软管7内，钢丝绳8
的下端通过螺纹与中空连接杆9连接固定，中空连接杆9通过间隙密封穿过连接头10，并与
止推轴承11相配合，中空连接杆9的另一端与钻头12连接；当该钢丝传动的钻井装置顺利下
入进行作业时，高压流体通过高压软管6与钢丝绳8之间的间隙(所述流体流动空腔)，进入
中空连接杆9内的内流道，从钻头12(的流体喷射孔)喷出破岩；钻进时，活塞5可以在高压流
体作用下带动螺杆钻具6向下运动，因此可将推动力与上部钻具自重，通过钢丝绳8施加到
下部破岩钻头12上，克服高压软管7无法传递轴向力(或钻压)的缺陷，进而大大提高破岩效
率；而高压软管7内的钢丝绳8，由于上部与螺杆钻具6相连，下部与中空连接杆9连接，故钻
进时可将螺杆钻具6产生的扭矩传递给破岩钻头12，在不改变现有工艺与设备的条件下实
现高效的水力和机械联合破岩，显著降低钻井系统的压力，促使高压软管7克服在较高压力
穿过转向器1时的阻力，进而更容易向储层延伸。
如图2和图3所示，当将钻进管柱串下入，由于自重高压软管6整体上呈竖直伸长状
态，而进入转向器1时，由于受到转向器1的限制，高压软管6会自主弯曲以实现转向，进而到
达指定位置；此外，图3反映了钢丝传动的实现形式，该装置主要由高压软管7，钢丝绳8，连
接头10，中空连接杆9以及钻头12等连接组成；对比之前超短半径径向水平井钻井装置，钢
丝绳8的设计，有助于克服高压软管7难以为钻头12传递扭矩的不足，进而实现高效钻进；此
外，钻头12在钢丝绳8传递的扭矩带动下进行钻进，能够摆脱在依靠纯水钻进时水力能量所
受限制，降低管路压力，减小高压软管7转向阻力，从而更进一步向地层延伸，提高超短半径
径向水平井的延伸能力。
从图4中可以看出，外侧的高压软管7与连接头10连接；止推轴承11与中空连接杆9
配合，中空连接杆9通过螺纹分别与钢丝绳8及钻头12连接，同时将止推轴承11限制在连接
头10上，；通过这样的设计，钢丝绳8可以高效地将上部产生的扭矩传递给下部钻头12，并且
带动钻头12进行机械破岩，进而可以形成形状较规则的径向井眼，而且能克服单纯依靠水
力钻进破岩效率低的缺点；同时，当高压软管内充满高压流体时，可将活塞5与螺杆钻具6所
产生的钻压施加到钻头12上，高效破岩；中空连接杆9内部是中空的，因此，在钻井时地面钻
井泵将高压流体泵入高压软管7与钢丝绳8之间的间隙，经中空连接杆9上端的孔眼，流经钻
头喷嘴，实现射流破岩和携带岩屑，之后经过高压软管7和径向井的环空，上返至地面。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同
组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的
范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与
技术方案之间均可以自由组合使用。