CN107288544B - 一种定向钻进装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种定向钻进装置。定向钻进装置包括壳组件，所述壳组件具有依次设置的外筒、连接筒和球套；喷射组件，所述喷射组件具有与所述球套铰接的喷射头和延伸到所述外筒的内腔中并与所述喷射头固定连接的喷射轴；能驱动所述喷射头相对于所述球套运动的驱动组件。使用该定向钻进装置能提高钻井效率，同时保证钻井质量。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气开采装置，特别是一种定向钻进装置。
背景技术
油气勘探开发过程中，钻井费用占了整个建井成本的50％，其余50％用于完井作业，包括下套管、固井、测井、完井工程等。在一定程度上，钻井作业的高成本限制了非常规油气、深层油气和海洋油气的经济高效开发。如果将钻井机械钻速提高一倍，可以减少整个建井成本的25％，大幅提升油气田开发效益。高压水射流钻井技术是利用高能流体进行破岩或辅助破岩，由于能显著提高钻井机械钻速，一旦得到商业应用，将会对油气勘探开发产生革命性影响。高压水射流钻井技术与连续油管相结合，在老井重入、小井眼钻井、定向井和侧钻井等方面的优势非常明显。
但是在钻井过程中，常常需要纠斜或定向，而现有技术中常采用以下方法来完成施工要求：一是通过起下钻来调整井下马达的弯度或更换井下马达来满足不同造斜率要求。二是通过定向工具调整井下马达的工具面角，即通过左右摇摆定向来进行轨迹控制。三是采用旋转导向工具，通过井下马达带动旋转导向工具选择，需要定向或调整井眼轨迹时，地面发射指令来实现。在第一种方法中，钻井周期比较常，而且容易降低连续管的使用寿命。在第二种方法中，所钻井眼轨迹不光滑，同时不能进行增斜作业。虽然第三种方法比较先进，但是成本比较高。定向完成后，需要将旋转导向工具取出时，需要进行起下钻作业，增加了钻井周期。
由此，需要一种定向钻进装置以使得钻进或纠斜操作简单。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种定向钻进装置。在需要定向或者调整井眼轨迹时，通过该定向钻进装置配合定向工件来实现定向，以使得钻井过程中不需要起下钻作业，提高了钻井效率。
根据本发明，提出了一种定向钻进装置，包括：
壳组件，壳组件具有依次设置的外筒、连接筒和球套，
喷射组件，喷射组件具有与球套铰接的喷射头和延伸到外筒的内腔中并与喷射头固定连接的喷射轴，
能驱动喷射头相对于球套运动的驱动组件。
在一个实施例中，驱动组件包括：
设置在壳组件的内壁上的动力源，
与动力源连接的传动机构，
与传动机构连接的驱动件，以及
能与驱动件匹配的受动件，受动件与喷射头固定连接。
在一个实施例中，驱动件构造为齿轮，并且受动件为齿盘，齿轮的运动轨迹与轴向平行，并且齿盘为由喷射轴径向向外并轴向延伸的扇形板。
在一个实施例中，驱动组件包括两个在喷射轴的周向上呈直角分布的两个驱动件，并且两个驱动件的运动轨迹垂直。
在一个实施例中，在喷射轴上设置四个周向上均匀分布的齿盘。
在一个实施例中，在喷射轴和外筒之间设置弹性密封组件。
在一个实施例中，弹性密封组件具有套设在喷射轴上的胶皮碗。
在一个实施例中，在喷射头和球套之间设置密封件。
在一个实施例中，在喷射头的延伸出球套的部分上设置反向喷嘴。
在一个实施例中，在喷射头的前端设置切削齿。
与现有技术相比，本发明的优点在于，通过在定向钻进装置上设置驱动组件，以驱动喷射头相对于球套运动，从而实现井下定向或者调整井眼轨迹。由此，在钻井过程中，使用该装置不需要起下钻作业，以提高钻井效率，避免钻井作业周期长，作业成本高的问题。同时，在调整过程中，只是喷射头相对转动，而不需要摇摆来进行轨迹控制，从而保证了井眼轨迹的光滑程度。另外，采用该定向钻进装置钻进效率高，生产成本比较低。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1显示了根据本发明的实施例的定向钻进装置的纵剖面图；
图2显示了根据本发明的实施例的喷射组件和驱动组件的立体图；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1显示了根据本发明的实施例的用于定向钻进装置100。如图1所示，定向钻进装置100包括壳组件1、喷射组件2和驱动组件3。其中，壳组件1用于与井下工具连接，并保护内部结构。并且，壳组件1具有依次设置的外筒11、连接筒12和球套13。喷射组件2具有喷射头21和喷射轴22。喷射头21设置在定向钻进装置100的前端，用于向外喷射高压液体，以实现高压射流钻井。并且，喷射头21与球套13铰接。喷射轴22与喷射头21固定连接，并向外筒11的内腔中延伸。驱动组件3构造为能驱动喷射头21相对于球套13运动，以调整喷射头2相对于壳组件1的相对角度。
通过喷射头2能相对于壳组件1运动，该定向钻进装置100能调转弯。在钻井过程中，当需要定向或调整井眼轨迹时，可以通过该定向钻进装置100来实现定向。由此，采用该定向钻进装置100时，在整个钻井过程中不需要起下钻作业以调整井下马达的弯度，提高了钻井效率。同时，采用该定向钻进装置100还能避免现有连续管钻井井眼轨迹控制差，作业成本周期长，成本高的缺点。
在一个实施例中，在连接筒12内设置支撑套4。支撑套4可以通过螺纹连接的方式设置在连接筒12的内壁上。驱动组件3包括动力源31、传动机构32、驱动件33和受动件34。其中，动力源31可以为电机，以用于为驱动件33提供动力，以带动驱动件33运动。而传动机构32设置在动力源31和驱动件33之间，以将动力源31的能量传递到驱动件33上。在结构上，动力源31和传动机构32被固定在支撑套4上，以限定动力源31和传动机构32的位置。受动件34与驱动件33相匹配，另外受动件34与喷射头21固定连接，以在驱动件33驱动下运动而带动喷射头21相对于壳组件1运动。
优选地，驱动件33构造为齿轮，并且受动件34为齿盘，如图2所示。齿轮的运动轨迹与轴向平行，并且齿盘为由喷射轴22径向向外并轴向延伸的扇形板。优选地，驱动组件3包括两个在喷射轴22的周向上呈直角分布的两个驱动件33，并且两个驱动件33的运动轨迹垂直。进一步优选地，在喷射轴22上设置四个周向上均匀分布的齿盘。通过这种设置，驱动件33可以在不同的方向上驱动受动件34运动，而带动喷射头21相对于轴线摆动，从而实现角度调整。同时，在造斜或者纠偏完成后，通过这种结构还能驱动驱动件33，以将喷射头21复位。
在一个实施例中，在喷射轴22和外筒11之间设置弹性密封组件5。优选地，弹性密封组件5具有套设在喷射轴22上的胶皮碗51。并且，在喷射轴22上可以设置多个胶皮碗51，以增加密封效果。同时，由于胶皮碗51具有弹性，在喷射轴22摆动过程中，并不影响喷射轴22和外筒11之间的密封性。
在一个实施例中，在喷射头21和球套13之间设置密封件6，并且密封件6设置在喷射头21的前端，以防止杂质进入而影响喷射头21和球套13之间的相对运动。优选地，密封件6为密封圈。
在一个实施例中，在喷射头21的延伸出球套13的部分上设置反向喷嘴7。在钻进过程中，高压液体可以通过反向喷嘴7向外喷射液体，以使喷射头21产生向前的推力，而推动定向钻进装置100向前钻进。
在一个实施例中，在喷射头21的前端设置切削齿8。优选地，切削齿8可以为PDC复合片切削齿。在井下动力钻具的带动下，定向钻进装置100旋转，使得切削齿8对井底岩石进行旋转破岩，提高破岩效率。
下面根据图1到图2详细描述使用定向钻进装置100进行钻井的方法。
首先，将定向钻进装置100与连续管和井下工具连接，并确保连接牢固、密封可靠。利用连续管将定向钻进装置100下入井内。
接着，启动高压泵。在直井段钻进过程中，钻井流体通过连续管流经定向钻进装置100上的破岩喷嘴23，产生的高压水射流对岩石进行破碎。同时，还可以通过地面电源给井下电动钻具供电，带动定向钻进装置100旋转，实现定向钻进装置100旋转破岩。此时，切削齿8对井底岩石进行旋转破岩，提高破岩效率。另外，钻井流体通过连续管流经定向钻进装置100的反向喷嘴7，给定向钻进装置100加压，并在钻井过程中推动定向钻进装置100向前钻进。
在定向钻进装置100进行造斜段钻进时，地面控制***给导向工具和定向钻进装置100发射指令，信号经过电缆传送至井下，通过定向工具和定向钻进装置100配合实现工具面角的调整。造斜段完钻后，调整定向钻进装置100偏转角度至0°，实现正常钻进。
还有，如果井眼轨迹偏离设计的井眼轨道，需要进行纠偏作业时，也可以地面控制***给导向工具和定向钻进装置100发射指令，信号经过电缆传送至井下，通过定向工具和定向钻进装置100配合实现工具面角的调整。纠斜完钻后，调整定向钻进装置100偏转角度至0°，实现正常钻进。
当钻达预定井深时，关闭地面高压泵，并通过连续油管将定向钻进装置100提出。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种定向钻进装置，其特征在于，包括：
壳组件，所述壳组件具有依次设置的外筒、连接筒和球套，
喷射组件，所述喷射组件具有与所述球套铰接的喷射头和延伸到所述外筒的内腔中并与所述喷射头固定连接的喷射轴，
能驱动所述喷射头相对于所述球套运动的驱动组件；所述驱动组件包括：
设置在所述壳组件的内壁上的动力源，
与所述动力源连接的传动机构，
与所述传动机构连接的驱动件，以及
能与所述驱动件匹配的受动件，所述受动件与所述喷射头固定连接；
所述驱动件构造为齿轮，并且所述受动件为齿盘，所述齿轮的运动轨迹与轴向平行，并且所述齿盘为由所述喷射轴径向向外并轴向延伸的扇形板。
2.根据权利要求1所述的定向钻进装置，其特征在于，所述驱动组件包括两个在所述喷射轴的周向上呈直角分布的两个驱动件，并且两个所述驱动件的运动轨迹垂直。
3.根据权利要求2所述的定向钻进装置，其特征在于，在所述喷射轴上设置四个周向上均匀分布的齿盘。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的定向钻进装置，其特征在于，在所述喷射轴和所述外筒之间设置弹性密封组件。
5.根据权利要求4所述的定向钻进装置，其特征在于，所述弹性密封组件具有套设在所述喷射轴上的胶皮碗。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的定向钻进装置，其特征在于，在所述喷射头和所述球套之间设置密封件。
7.根据权利要求1到3中任一项所述的定向钻进装置，其特征在于，在所述喷射头的延伸出球套的部分上设置反向喷嘴。
8.根据权利要求1到3中任一项所述的定向钻进装置，其特征在于，在所述喷射头的前端设置切削齿。
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