小彎角高造斜率鑽井傳動裝置的製作方法

2023-12-09 17:41:46 1

本發明屬於主要涉及石油天然氣鑽井、煤層氣鑽井、地質勘探、礦山鑽探等行業井下作業設備領域，具體是一種小彎角高造斜率鑽井傳動裝置。

背景技術：

水平井、大位移井等複雜結構井是油氣藏高效開發的最佳方式，由於國外對於旋轉導向鑽井技術的壟斷，因此井下彎外殼動力鑽具是國內在複雜結構井鑽井過程中採用的主要鑽井工具。經過多年的發展，國內在常規彎外殼動力鑽具生產製造的技術方面已基本成熟，但主要用於中、長半徑水平井的鑽井作業，而用於短半徑水平井鑽井作業的彎外殼動力鑽具在國內還是空白。國內現有彎外殼動力鑽具主要由螺杆馬達和帶有彎外殼的傳動裝置組合而成，彎曲點距離鑽頭的距離是1.7米-2.2米，彎角分為0.5度、1度、1.25度、1.5度、1.75度、2度、3度等，以滿足不同鑽井造斜率的要求，鑽井過程中的使用方式分為，造斜井段是滑動鑽進方式，穩斜井段是複合鑽進方式，常規彎外殼動力鑽具存在以下不足，（1）彎曲點到鑽頭的距離較長，複合鑽進時，彎角越大，外殼體受力越大，極易造成彎外殼斷裂，發生井下事故；（2）不能在靠近鑽頭端連接其他輔助工具，因為連接輔助工具後，相當於延長了彎曲點到鑽頭的距離，就會降低鑽井造斜率，無法滿足鑽井軌跡控制的要求。針對上述問題，急需研製一種小彎角高造斜率的鑽井傳動裝置，能夠與螺杆馬達連接，並縮短彎曲點到鑽頭的距離，達到鑽井井眼軌跡精確控制的要求。

技術實現要素：

為了進一步提高水平井、大位移井等複雜結構井鑽井軌跡控制精度，在現有技術裝備的基礎上，既能夠滿足鑽井造斜率的要求，又能夠降低複合鑽進過程中的風險，打破國外在中短半徑複雜結構井鑽井領域的技術壟斷，本發明的目的是為石油天然氣鑽井、煤層氣鑽井、地質勘探、礦山鑽探現場提供小彎角高造斜率鑽井傳動裝置。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

小彎角高造斜率鑽井傳動裝置，包括外殼體以及通過扶正軸承安裝在外殼體內的轉動機構，且轉動機構和外殼體之間形成環空；所述轉動機構包括自上而下依次連接的上萬向軸、上過水短節、下萬向軸和下過水短節；所述上過水短節外壁與外殼體之間安裝上扶正軸承，且上扶正軸承兩側的上過水短節外壁上加工有將其內腔與所述環空連通的上旁通孔和下旁通孔；所述下過水短節外壁與外殼體之間安裝下扶正軸承，且下扶正軸承上側的下過水短節外壁上加工有將其內腔與所述環空連通的旁通孔。

進一步的，所述下過水短節與外殼體內壁之間安裝軸承。

進一步的，所述上過水短節與外殼體內壁之間安裝軸承。

進一步的，所述上旁通孔的開口方向為由內側斜向上方向外側延伸。

進一步的，所述下旁通孔的開口方向為由內側斜向下方向外側延伸。

本實用新型能夠進一步提高水平井、大位移井等複雜結構井的軌跡控制精度，降低井眼擴大率的不利影響，減小複合鑽進時發生彎外殼斷裂的風險，改善井眼的光滑性，對於提高複雜結構井的鑽井效率具有至關重要的意義。現場試驗結果表明，利用小彎角高造斜率鑽井傳動裝置能夠平均提高綜合鑽井效率32.2%-68.9%，且鑽井質量符合設計標準，實現了低能耗、高效率鑽井的目的。

小彎角高造斜率鑽井傳動裝置連接在螺杆馬達與鑽頭之間，鑽井過程中，鑽井液驅動螺杆馬達產生旋轉扭矩，扭矩依次經過小彎角高造斜率鑽井傳動裝置內的上萬向軸、上過水短節、下萬向軸、下過水短節後傳遞至井底鑽頭，驅動鑽頭旋轉破巖，與此同時，鑽井液經過上萬向軸與外殼體內壁之間的環空，經上旁通孔進入上過水短節內部，然後經下旁通孔進入下萬向軸與外殼體內壁之間的環空，再經下過水短節的旁通孔進入內部併到達鑽頭。小彎角高造斜率鑽井傳動裝置較常規彎外殼傳動工具能夠大大縮短彎曲點到鑽頭的距離，可由常規1.7m-2.2m縮短至0.6m-0.9m，同時也有利於降低彎角的度數，能夠以較小的彎角達到常規較高彎角的造斜率，並且彎角的降低與距離的縮短還能夠有效降低複合鑽進時的風險，防止因扭矩過載而造成彎外殼斷裂情況的發生。小彎角高造斜率鑽井傳動裝置能夠進一步提高水平井、大位移井等複雜結構井的軌跡控制精度，降低井眼擴大率的不利影響，減小複合鑽進時發生彎外殼斷裂的風險，改善井眼的光滑性，對於提高複雜結構井的鑽井效率具有至關重要的意義。

附圖說明

圖1是依據本發明所提出的小彎角高造斜率鑽井傳動裝置結構示意圖。

圖中：1-外殼體，2-上萬向軸，3-上過水短節，4-上旁通孔，5-上扶正軸承，6-下旁通孔，7-下萬向軸，8-下過水短節，9-旁通孔，10-軸承，11-下扶正軸承。

具體實施方式

下面結合附圖來詳細描述本發明。

如圖1，小彎角高造斜率鑽井傳動裝置主要外殼體1、上萬向軸2、上過水短節3、上旁通孔4、上扶正軸承5、下旁通孔6、下萬向軸7、下過水短節8、旁通孔9、軸承10、下扶正軸承11組成。上萬向軸2安裝在上過水短節3的上部，下萬向軸7連接在上過水短節3與下過水短節8的中間，上過水短節3加工上旁通孔4和下旁通孔6，下過水短節8加工旁通孔9，上過水短節3與外殼體1內壁之間安裝上扶正軸承5，下過水短節8與外殼體1內壁之間安裝軸承10和下扶正軸承11。

彎曲點位於外殼體1外部，並靠近下部鑽頭接頭，小彎角高造斜率鑽井傳動裝置連接在螺杆馬達與鑽頭之間，鑽井過程中，鑽井液驅動螺杆馬達產生旋轉扭矩，扭矩依次經過小彎角高造斜率鑽井傳動裝置內的上萬向軸2、上過水短節3、下萬向軸7、下過水短節8後傳遞至井底鑽頭，驅動鑽頭旋轉破巖，與此同時，鑽井液經過上萬向軸2與外殼體1內壁之間的環空，經上旁通孔4進入上過水短節3內部，然後經下旁通孔6進入下萬向軸7與外殼體1內壁之間的環空，再經下過水短節8的旁通孔9進入內部併到達鑽頭。小彎角高造斜率鑽井傳動裝置較常規彎外殼傳動工具能夠大大縮短彎曲點到鑽頭的距離，可由常規1.7m-2.2m縮短至0.6m-0.9m，同時也有利於降低彎角的度數，能夠以較小的彎角達到常規較高彎角的造斜率，並且彎角的降低與距離的縮短還能夠有效降低複合鑽進時的風險，防止因扭矩過載而造成彎外殼斷裂情況的發生。小彎角高造斜率鑽井傳動裝置能夠進一步提高水平井、大位移井等複雜結構井的軌跡控制精度，降低井眼擴大率的不利影響，減小複合鑽進時發生彎外殼斷裂的風險，改善井眼的光滑性，對於提高複雜結構井的鑽井效率具有至關重要的意義。

現場試驗結果表明，利用小彎角高造斜率鑽井傳動裝置能夠平均提高綜合鑽井效率32.2%-68.9%，且鑽井質量符合設計標準，實現了低能耗、高效率鑽井的目的。同時，小彎角高造斜率鑽井傳動裝置還具有結構設計簡單、性能可靠、操作方便等特點。