柔性复式定向螺杆钻具.pdf

本发明涉及一种柔性复式定向螺杆钻具，该螺杆钻具具有柔性复式定向的特性。一个导程为一节，每节之间可通过其内部的球形体与球座之间的配合和其外部活动关节之间的轴向间隙的配合使之实现弯曲，并可弯曲6～8度，可把4～6个导程串联组合，弯曲具有定向性累计。该钻具还附设有造斜推力器。因此，使用该发明可以以巨大的扭矩和较大的弯曲度，钻出小曲率半径水平井。是钻小曲率辐射状巷道式水平井高效工具。

1、  一种柔性复式定向螺杆钻具，其是由上节螺杆、中节螺杆及下节螺杆构成，其特征在于所述的上节螺杆包括有一上外壳，该上外壳的一端是上接头，上外壳内设有上胶筒和上芯轴，上胶筒与上芯轴之间形成有循环流道，其芯轴的下部通过花键连接一上传动套，该传动套上设有水道，在传动套内设有一上传动芯子，该传导芯子为三角形空心筒，其下端配置在一球形体中，该球形体外部设有球座，所述的球座与弹子盘相配合，其球形体有向下延伸的球形芯轴是延伸至中节螺杆的中外壳内，所述的球形芯轴与中外壳之间有密封件，其球形芯轴下部与一中传动芯子相配合，在上节螺杆的上外壳的外圆面的一端部上和中节螺杆的中外壳的外圆面的两端部上均设有彼此配合连接的活动关节，以此中节螺杆可串接数个，所述的活动关节之间有外壳允许弯曲的轴向间隙，这样各螺杆之间可通过其内部的球形体与球座之间的配合和其外部活动关节之间的轴向间隙的配合使之实现弯曲，在中外壳内还设有中芯轴、中水道和中胶筒；在下节螺杆中包括有一支撑结构，在其支撑结构的上端有下传动花键和油室以及油嘴，其下传动花键与下芯轴相配合，所述的支撑结构还包括有设置在下芯轴与下外壳之间的环簧、弹子盘、定位球、滑动轴承和下备帽，在下芯轴的下端有接钻头的母扣。

2、  根据权利要求1所述的柔性复式定向螺杆钻具，其特征在于在下芯轴的下部还设有一造斜推力器，该造斜推力器上有一推力块，在推力块的相应处设有压力孔，并且造斜推力器与下芯轴之间有密封件。

3、  根据权利要求2所述的柔性复式定向螺杆钻具，其特征在于其造斜推力器是通过螺栓和稳钉而与下芯轴固装在一起的。

柔性复式定向螺杆钻具
技术领域
本发明涉及一种石油钻井井下动力钻具，尤其是一种涉及能够弯曲，并能够串接以及能够定向的新型井下动力钻具。
背景技术
当前，所用井下动力钻具有螺杆钻具和蜗轮钻具，这两种类型的钻具都有单根和复合式的，其单根长度在4-9米，由于长度的制约，故不能在小曲率水平井中使用，迫使钻小曲率水平井使用转盘钻或者单纯水力冲击钻井，大大的限制了小曲率水平井的推广和发展，而小曲率水平井对稠油、低渗油、残留油的开发具有重要的实用价值，尤其在老井改造，大幅度增加日产量，提高油田最终采收率上，小曲率水平井是常规直井和中、长曲率水平井所不能替代的。所以，解决用动力钻具有效钻小曲率水平井是世界石油界所关注和研究的问题，然而到目前为止，还未见有这类产品出世。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种柔性复式定向螺杆钻具，该钻具通过分节串接的方式，达到本体弯曲，在单节长度短，还能产生大扭矩的螺杆，确保满足提高机械钻速和适应钻小曲率水平井的需要，各节间弯曲具有统一的方向。除此外，还附加有可帮助增斜的结构。
本发明的目的是通过下述方案来实现的，本发明的柔性复式定向螺杆钻具是由上节螺杆、中节螺杆及下节螺杆构成，其中所述的上节螺杆包括有一上外壳，该上外壳的一端是上接头，上外壳内设有上胶筒和上芯轴，上胶筒与上芯轴之间形成有循环流道，其芯轴的下部通过花键连接一上传动套，该传动套上设有水道，在传动套内设有一上传动芯子，该传导芯子为三角形空心筒，其下端配置在一球形体中，该球形体外部设有球座，所述的球座与弹子盘相配合，其球形体有向下延伸的球形芯轴是延伸至中节螺杆的中外壳内，所述的球形芯轴与中外壳之间有密封件，其球形芯轴下部与一中传动芯子相配合，在上节螺杆的上外壳的外圆面的一端部上和中节螺杆的中外壳的外圆面的两端部上均设有彼此配合连接的活动关节，以此中节螺杆可串接数个，所述的活动关节之间有外壳允许弯曲的轴向间隙，这样各螺杆之间可通过其内部的球形体与球座之间的配合和其外部活动关节之间的轴向间隙的配合使之实现弯曲，在中外壳内还设有中芯轴、中水道和中胶筒；在下节螺杆中包括有一支撑结构，在其支撑结构的上端有下传动花键和油室以及油嘴，其下传动花键与下芯轴相配合，所述的支撑结构还包括有设置在下芯轴与下外壳之间的环簧、弹子盘、定位球、滑动轴承和下备帽，在下芯轴的下端有接钻头的母扣。在下芯轴的下部还设有一造斜推力器，该造斜推力器上有一推力块，在推力块的相应处设有压力孔，并且造斜推力器与下芯轴之间有密封件。其造斜推力器是通过螺栓和稳钉而与下芯轴固装在一起的。
其下中节螺杆可有若干，其组合基本同上节，其数量根据井况的需要，可以连接2、3、4、5、6个以增加总的扭矩，其组合是相同的。最下，有传统方式的承托、扶正减震及其密封润滑系统。其下侧所有的增加造斜推力结构，可利用水力帮助造斜过程中增大造斜力。
本发明的工作原理是：在现有螺杆钻具的多瓣芯轴和导流胶筒的基础上，使每个导程为一个单元，外壳利用活动关节实现活动联接并能弯曲。芯轴利用球形体坐在外壳内的球座上，球座下有弹子盘，以实现芯轴定向的转动，两节统一动作即可实现柔性；而每个单节用花键连接，流道一致，连接件标准化，即可实现多节串联使用，实现复式连接，以增大扭矩；在每个联接的球形体和球座之间，定向的扩大芯轴的摆动范围，并使各节球座摆动空间在一个方位上，即实现了定向弯曲的目的。
本发明的动力钻具两节间可以弯曲6度-8度，使单节刚体缩短，满足钻小曲率水平井的需要；同时，实现单节串联，以确保工艺上对扭矩的需要；每节弯曲的方向一致才能有助于钻小曲率水平井；而造斜推力器是为了利用泵压推动支柱，从造斜方向的反向推动钻头加速造斜。缩短造斜距离，实现最终的小曲率。
实现了上述要求，就可以在直井筒条件下，较短的距离内达到水平，有了这个能力，能在一个井筒内，一个个油层内，幅射状钻出若干条几十米、上百米水平巷道进行采油，能有效提高日产量，可提高油田的最终采收率50％以上，稠油油田同蒸汽驱结合使用可提高数倍的可采储量。
下面结合附图进一步详细说明本发明地结构，使之对其有更加清楚地了解。
图1为本发明柔性复式定向螺杆钻具的剖面示意图；
图2为图1中所示部分的的局部示意图；
图3为外壳体活动关节的一个实施例的展开示意图。
代号说明：
1-上接头  2-上外壳  3-上胶筒  4-循环流道  5-上芯轴  6-上花键  7-上传动套  8-水道  10-上传动芯子  11-球形体  12-球座13-弹子盘  14-球形芯轴  1-5-中外壳  16-密封  17-中传动芯子  18-中芯轴  19-中水道20-中胶筒  21-油嘴  22-油腔  23-下花键  24-环簧25-弹子盘  26-丝堵 27-定位球  28-滑动轴承  29-下芯轴  30-备帽31-密封  32-压力孔  33-螺栓  34-稳钉  35-造斜推力器  36-推力块37-38-联接环  39-接钻头  40下外壳
参看附图1-3，本发明的柔性复式定向螺杆钻具是由上节螺杆、中节螺杆及下节螺杆构成，其中所述的上节螺杆包括有一上外壳2，该上外壳2的一端是上接头1，上外壳2内设有上胶筒3和上芯轴5，上胶筒与上芯轴之间形成有循环流道4，其芯轴5的下部通过花键6连接一上传动套7，该传动套7上设有水道8，在传动套7内设有一上传动芯子10，该传导芯子10为三角形空心筒，其下端配置在一球形体11中，该球形体11外部设有球座12，所述的球座12与弹子盘13相配合，其球形体12有向下延伸的球形芯轴14是延伸至中节螺杆的中外壳内15，所述的球形芯轴14与中外壳15之间有密封件16，其球形芯轴15下部与一中传动芯子17相配合，在上节螺杆的上外壳2的外圆面的一端部上和中节螺杆的中外壳15的外圆面的两端部上均设有彼此配合连接的活动关节37、38，以此中节螺杆可串接数个，所述的活动关节37、38之间有外壳允许弯曲的轴向间隙H(见图3)，这样各螺杆之间可通过其内部的球形体11与球座12之间的配合和其外部活动关节37、38之间的轴向间隙的配合使之实现弯曲，在中外壳15内还设有中芯轴18、中水道19和中胶筒20；在下节螺杆中包括有一支撑结构，在其支撑结构的上端有下传动花键23和油腔22以及油嘴21，其下传动花键23与下芯轴29相配合，所述的支撑结构还包括有设置在下芯轴29与下外壳40之间的环簧24、弹子盘25、定位球27、滑动轴承28和下备帽30，在下芯轴29的下端有接钻头的母扣39。在下芯轴29的下部还设有一造斜推力器35，该造斜推力器35上有一推力块36，在推力块36的相应处设有压力孔32，并且造斜推力器35与下芯轴29之间有密封件31。其造斜推力器35是通过螺栓33和稳钉34而与下芯轴29固装在一起的。
上接头1为一定向接头，流体经过上外壳2，进入上胶筒3和上芯轴5之间产生扭矩，使芯轴转动，芯轴5下用花键6传给上传动套7，传动套上有水道8，流体进入上传动芯子10，传动芯子是一个三角形空心筒，把扭矩传至球形体11，球形体在球形座12上转动，球形座下有弹子盘13。球形体11和球形芯轴14为一体，可在6度～8度弯曲条件下把扭矩下传到中传动芯子17，中传动芯又把扭矩传至中芯轴18，如此节节下传，扭矩最终传至钻头。
所示的推力块36是设在螺杆弯曲方向的反面，共有2个，成60度排列以增大推力产生的稳定性。