CN110067524A - 一种套管分段推送下入工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种套管分段推送下入工具，包括分段伸缩短节、压力变换装置、涡轮马达和旋转引鞋四部分，压力变换装置、涡轮马达和旋转引鞋依次连接在套管柱末端，分段伸缩短节根据井眼摩阻分布预测情况，连接在距套管柱末端一定位置处，将套管柱分为上部重力下放段和下部推力下放段，并与压力变换装置共同组成液压缸活塞结构，在套管重力下入的基础上，通过建立循环，涡轮马达通过旋转引鞋清理井壁降低套管下入摩阻，同时通过压力变换装置的液压压力变换，利用液压缸活塞结构实现套管柱的分段推送下入。

Description

一种套管分段推送下入工具

技术领域

本发明涉及油气井完井下套管工具领域，具体涉及一种套管分段推送下入工具。

背景技术

随着油气资源的开发，钻井技术的进步，大位移井、长水平段水平井越来越多，由于地质条件复杂和定向施工水平的原因，实钻井眼轨迹可能出现狗腿、井径扩大等问题，同时可能因为泥浆密度大以及水平段长等原因，使套管下入摩阻大大增加，从而使套管下入到设计井深非常困难，针对这种高摩阻井眼，如何将套管顺利下到预定的位置，国内外研究提出了多种解决办法，如：顶驱旋转、提放套管柱；循环钻井液，清除岩屑床；清除井壁微台阶、砂桥、缩径、掉块等降低摩阻，以及管柱漂浮等。这些技术措施可以部分解决下套管遇阻的问题，但是都有自身的缺点和适用局限性，无法解决大位垂比井、大位移井等高摩阻井套管顺利下入的技术难题。

发明内容

为解决高摩阻井眼套管顺利下入问题，针对现有技术的不足，本发明提供了一种套管分段推送下入工具，通过套管柱结构分段，循环钻井液，实现清除井壁微台阶、岩屑床、砂桥、缩径、掉块等降低套管下入摩阻，并在重力下套管的基础上，通过液压缸活塞结构实现套管分段推送下入，进一步提高套管下入能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种套管分段推送下入工具，包括分段伸缩短节２、压力变换装置３和涡轮马达4、旋转引鞋5，其中：

所述分段伸缩短节２包括上变扣接头201、外花键筒202、内花键筒204、下变扣接头205；其中，上变扣接头201上端与套管1连接，上变扣接头201下端与外花键筒202上端连接；外花键筒202中段内壁设有内花键副，外花键筒202下端内壁设有悬挂台阶；内花键筒204上端外壁设有悬挂台阶，内花键筒204中段外壁设有外花键副；外花键筒202与内花键筒204通过内、外花键副构成轴向密封伸缩配合，同时外花键筒202与内花键筒204通过内、外壁设置的悬挂台阶构成轴向悬挂配合；下变扣接头205下端与内花键筒204连接，同时通过套管1轴向连接压力变换装置３；

所述压力变换装置3包括节流转子301、节流定子302、变压腔壳体304、传动芯轴305和传动轴306；其中，变压腔壳体304为中空筒体，上端通过套管1与分段伸缩短节2连接，变压腔壳体304下端与涡轮马达4连接；节流定子302是一个短柱体，中间设有轴孔，轴孔旁边设有循环液过流孔，节流定子302密封固定在变压腔壳体304中段；节流转子301上端是盘状体，下端是扭转传输轴，盘状体径向对称布置有大孔和小孔，节流转子301的盘状体坐落于节流定子302的上端面，节流转子301的扭转传输轴***节流定子302的轴孔内，节流转子301和节流定子302构成旋转密封配合，同时节流转子301的大孔和小孔与节流定子302的过流孔构成旋转间隔配合；传动芯轴305上端与节流转子301的扭转传输轴伸出端连接，下端外壁设有外花键副；传动轴306上段内壁设有与节流转子301下端外花键副配合的内花键副；

所述涡轮马达4包括涡轮壳体405和固定在涡轮壳体405内的涡轮定子402、与涡轮定子402配合的涡轮转子403、以及与涡轮转子403固定连接的马达输出轴401；涡轮壳体405上端与压力变换装置3的变压腔壳体304连接，马达输出轴401上端与压力变换装置3的传动轴306下端连接，马达输出轴401下端与旋转引鞋5连接，并在马达输出轴401上设有连通上部涡轮定子402与涡轮定子402空隙和旋转引鞋5流道的旁通孔。

上述方案进一步包括：

马达输出轴401下部通过平面轴承407轴向限定在由轴承盖408和轴承筒406组成的盒状结构中，此盒状结构通过压力摩擦与涡轮壳体405固定连接。

所述涡轮马达4的马达输出轴401上轴向布置有多组涡轮转子403，与之配合的多组涡轮定子402固定在涡轮壳体405上。

在涡轮壳体405下端内壁连接扶正套409，旋转引鞋5上部外壁与扶正套409旋转配合。

旋转引鞋5的引鞋切削段采用微螺旋结构，布置PDC切削齿，保径段采用45°螺旋结构，下端的喷嘴方向垂直于轴线。

变压腔壳体304中间设一台阶，节流定子302安装在台阶上，并在变压腔壳体304侧壁布置一个穿壁螺纹孔，通过限位螺纹销303固定节流定子302。

在外花键筒202与内花键筒204的结合部设置密封组合203。

本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：

1在下套管过程中，通过建立循环，利用引鞋旋转清除井壁微台阶、岩屑床、砂桥、缩径、掉块等降低套管下入摩阻，提高套管下入能力；

2通过建立液压缸活塞结构，可实现套管柱分段推送下入，在重力下套管的基础上，利用液压力进一步提高套管下入能力；

3在固井注水泥过程中能够激发水泥浆振动，提高固井质量；

4涡轮马达、压力变换装置及引鞋可钻，钻掉后能够为后期钻井提供通道。

附图说明

图1是套管分段推送下入工具总体结构图；

图2是图1中A—A处剖面图；

图3是图1中B—B处剖面图。

图中：套管1、伸缩短节2、上变扣接头201、外花键筒202、密封组合203、内花键筒204、下变扣接头205、压力变换装置3、节流转子301、节流定子302、限位螺纹销303、变压腔壳体304、传动芯轴305、传动轴306、涡轮马达4、马达输出轴401、涡轮定子402、涡轮转子403、过流轴承404、涡轮壳体405、轴承筒406、平面轴承407、轴承盖408、扶正套409、旋转引鞋5。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，本实施例提到的一种套管分段推送下入工具，由分段伸缩短节2、压力变换装置3、涡轮马达4、引鞋5四部分组成。

参照图2，所述分段伸缩短节２包括上变扣接头201、外花键筒202、内花键筒204、下变扣接头205。其中，上变扣接头201上端通过内螺纹与套管1，上变扣接头201下端通过外螺纹与外花键筒202上端连接；外花键筒202中段内壁设有内花键副，外花键筒202下端内壁设有悬挂台阶；内花键筒204上端外壁设有悬挂台阶，内花键筒204中段外壁设有外花键副；外花键筒202与内花键筒204通过内、外花键副构成轴向密封伸缩配合，同时外花键筒202与内花键筒204通过内、外壁设置的悬挂台阶构成轴向悬挂配合；下变扣接头205下端与内花键筒204连接，同时通过套管1轴向连接压力变换装置3。

参照附图3，所述压力变换装置3包括节流转子301、节流定子302、变压腔壳体304、传动芯轴305和传动轴306。其中，变压腔壳体304为中空筒体，上端通过内螺纹连接套管1后与分段伸缩短节2连接，变压腔壳体304下端通过外螺纹与涡轮马达4连接；节流定子302是一个短柱体，中间设有轴孔，轴孔旁边设有循环液过流孔，节流定子302密封固定在变压腔壳体304中段；节流转子301上端是盘状体，下端是扭转传输轴，盘状体径向对称布置有大孔和小孔，节流转子301的盘状体坐落于节流定子302的上端面，节流转子301的扭转传输轴***节流定子302的轴孔内，节流转子301和节流定子302构成旋转密封配合，同时节流转子301的大孔和小孔与节流定子302的过流孔构成旋转间隔配合；传动芯轴305上端通过反扣连接螺纹与节流转子301的扭转传输轴伸出端连接，下端外壁设有外花键副；传动轴306上段内壁设有与节流转子301下端外花键副配合的内花键副，传动轴306下端内侧是反扣连接螺纹，与涡轮马达输出轴401螺纹连接，传动芯轴305下端的外花键副与传动轴306内花键副轴向滑动连接。

所述涡轮马达4包括涡轮壳体405和固定在涡轮壳体405内的涡轮定子402、与涡轮定子402配合的涡轮转子403、以及与涡轮转子403固定连接的马达输出轴401。涡轮壳体405上端与压力变换装置3的变压腔壳体304螺纹连接，马达输出轴401上端与压力变换装置3的传动轴306下端螺纹连接，马达输出轴401下端与旋转引鞋5螺纹连接，并在马达输出轴401上设有连通上部涡轮定子402与涡轮定子402空隙和旋转引鞋5流道的旁通孔。

上述实施例进一步包括：

马达输出轴401下部通过平面轴承407轴向限定在由轴承盖408和轴承筒406组成的盒状结构中，此盒状结构通过压力摩擦与涡轮壳体405固定连接。

所述涡轮马达4的马达输出轴401上轴向布置有多组涡轮转子403，与之配合的多组涡轮定子402固定在涡轮壳体405上。

在涡轮壳体405下端内壁连接扶正套409，旋转引鞋5上部外壁与扶正套409旋转配合。

旋转引鞋5的引鞋切削段采用微螺旋结构，布置PDC切削齿，保径段采用45°螺旋结构，下端的喷嘴方向垂直于轴线。

变压腔壳体304中间设一台阶，节流定子302安装在台阶上，并在变压腔壳体304侧壁布置一个穿壁螺纹孔，通过限位螺纹销303固定节流定子302。

在外花键筒202与内花键筒204的结合部设置密封组合203。

典型实施例，结合附图1-3，一种套管分段推送下入工具，由分段伸缩短节2、压力变换装置3、涡轮马达4、引鞋5四部分组成。分段伸缩短节根据井眼摩阻分布预测情况，连接在距套管柱末端一定位置处，分套管柱为上部重力下入段和下部推力下入段，并与压力变换装置共同组成液压缸活塞结构，伸缩短节的外筒及其上部的套管等效为液压活塞结构的筒体，伸缩短节内筒及其下部相连的套管和压力变换装置等效为活塞，套管柱末端依次连接压力变换装置、涡轮马达和旋转引鞋，在整个套管柱依靠重力下放到极限的基础上，通过建立循环，涡轮马达驱动旋转引鞋清除井壁微台阶、岩屑床、砂桥、缩径、掉块等降低套管下入摩阻，同时通过压力变换装置在液压缸活塞结构中产生高、低压变换的液体，当产生高压液体时，下部推力下放段套管在液压推力作用下下入，上部重力下放段套管在液压在活塞液压反力和阻力共同作用力下相对停止不动，分段伸缩短节伸出，当产生低压液体时，下部推力下放段套管因摩阻力停止不动，上部重力下放段套管在重力作用下下入，分段伸缩短节缩回，随着液压缸活塞结构中液体压力高、低的变换，套管连续完成推送下入，直至整个套管柱顺利下入预定深度。

其中，伸缩短节2包括上变扣接头201、外花键筒202、密封组合203、内花键筒204、下变扣接头205；压力变换装置3包括节流转子301、节流定子302、限位螺纹销303、变压腔壳体304、传动芯轴305、传动轴306；涡轮马达4包括马达输出轴401、涡轮定子402、涡轮转子403、过流轴承404、涡轮壳体405、轴承筒406、平面轴承407、轴承盖408、扶正套409。

套管伸缩短节2分套管柱为上部重力下放段和下部推力下放段，并与压力变换装置3共同组成液压缸活塞结构，在整个套管柱依靠重力下放到极限的情况下，通过建立循环，压力变换装置3通过旋转引鞋5清理井壁降低套管下入摩阻，同时通过液压缸活塞结构实现套管分段推送下入。

所述分段伸缩短节2的外花键筒202上端内侧是螺纹连接扣，中间内侧是内花键副，下端内侧是悬挂台阶，内花键筒204上端外侧是悬挂台阶，中间外侧是外花键副，下端外侧是连接螺纹扣，外花键筒202与内花键筒204滑动花键连接，可实现伸缩、悬挂和传递扭矩等功能。

所述压力变换装置3传动轴306上端内侧是内花键副，下端内侧是反扣连接螺纹，与涡轮马达输出轴401螺纹连接，传动芯轴305上端内侧是反扣连接螺纹，下端外侧是外花键副，与传动轴306内花键滑动连接，节流转子301上端是盘状体，下端是扭转传输轴，盘状体径向对称布置有大孔和小孔，扭转传输轴与传动芯轴305螺纹连接。节流定子302是一个短柱体，中间是轴孔，轴孔旁边是循环液过流孔，轴孔与节流转子301扭转传输轴配合，节流定子302上端面与节流转子301下端面接触配合。变压腔壳体304上端内侧是套管螺纹，中间是一台阶，用于安装节流定子302，台阶侧壁布置一个穿壁螺纹孔，用于安装限位螺纹销303固定节流定子302。在节流转子301相对节流定子302转动过程中，节流转子301上的小孔和大孔交替与节流定子302上的循环液过流孔同轴，管柱循环液的过流面积随之在最小与最大之间变换，引起变压腔壳体304内的循环液压力相对环空在高、低压之间变换。

所述涡轮马达4马达输出轴401上轴向布置有多组包括涡轮转子403和涡轮定子402的涡轮节，涡轮转子403固定在马达输出轴401上，可随马达输出轴401转动，涡轮定子402固定在涡轮壳体405上，马达输出轴401下部通过平面轴承407轴向限定在由轴承盖408和轴承筒406组成的盒状结构中，此盒状结构通过压力摩擦与涡轮壳体405固定连接，当钻井液流经工具涡轮节内腔时，液力驱动马达输出轴401转动。

所述旋转引鞋5，其上端通过螺纹与涡轮马达输出轴401连接，引鞋切削段采用微螺旋结构，布置PDC切削齿，有利于遇阻和缩径井段的钻进，保径段采用45°螺旋结构，有利于工具的扶正和岩屑循环，旋转引鞋5下端的喷嘴方向垂直于轴线，有利于旋转清理井壁。

本发明提到的一种套管分段推送下入工具，其使用过程如下: 在套管柱结构中，压力变换装置3、涡轮马达4和旋转引鞋5依次连接在套管柱末端，分段伸缩短节2根据井眼摩阻分布预测情况，连接在距套管柱末端一定位置处，分套管柱为上部重力下放段和下部推力下放段，并与压力变换装置3共同组成液压缸活塞结构，在整个套管柱依靠重力下放到极限时，通过建立循环，涡轮变马达4驱动连接在下端的旋转引鞋5清除井壁微台阶、岩屑床、砂桥、缩径、掉块等降低套管下入摩阻，同时，涡轮变马达4驱动连接在上端的压力变换装置产生高、低变换的压力，与套管柱构成的液压缸活塞结构共同实现套管推送下入。具体过程是：当压力变换装置中产生高压液体时，下部推力下放段套管在液压缸活塞推力作用下克服阻力进一步下入，上部重力下放段套管在活塞液压反力和阻力共同作用力下相对停止不动，分段伸缩短节2内花键筒204伸出，当压力变换装置中产生低压液体时，下部推力下放段套管因摩阻力停止不动，上部重力下放段套管在重力作用下下入，分段伸缩短节２缩回，随着压力变换装置中液体压力高、低的变换，套管单根连续完成推送下入，直至整个套管柱顺利下入预定深度。

Claims (7)

1.一种套管分段推送下入工具，包括分段伸缩短节（2）、压力变换装置（3）和涡轮马达（4）、旋转引鞋（5），其特征是：

所述分段伸缩短节（２）包括上变扣接头（201）、外花键筒（202）、内花键筒（204）、下变扣接头（205）；其中，上变扣接头（201）上端与套管（1）连接，上变扣接头（201）下端与外花键筒（202）上端连接；外花键筒（202）中段内壁设有内花键副，外花键筒（202）下端内壁设有悬挂台阶；内花键筒（204）上端外壁设有悬挂台阶，内花键筒（204）中段外壁设有外花键副；外花键筒（202）与内花键筒（204）通过内、外花键副构成轴向密封伸缩配合，同时外花键筒（202）与内花键筒（204）通过内、外壁设置的悬挂台阶构成轴向悬挂配合；下变扣接头（205）下端与内花键筒（204）连接，同时通过套管（1）轴向连接压力变换装置（３）；

所述压力变换装置（3）包括节流转子（301）、节流定子（302）、变压腔壳体（304）、传动芯轴（305）和传动轴（306）；其中，变压腔壳体（304）为中空筒体，上端通过套管（1）与分段伸缩短节（2）连接，变压腔壳体（304）下端与涡轮马达（4）连接；节流定子（302）是一个短柱体，中间设有轴孔，轴孔旁边设有循环液过流孔，节流定子（302）密封固定在变压腔壳体（304）中段；节流转子（301）上端是盘状体，下端是扭转传输轴，盘状体径向对称布置有大孔和小孔，节流转子（301）的盘状体坐落于节流定子（302）的上端面，节流转子（301）的扭转传输轴***节流定子（302）的轴孔内，节流转子（301）和节流定子（302）构成旋转密封配合，同时节流转子（301）的大孔和小孔与节流定子（302）的过流孔构成旋转间隔配合；传动芯轴（305）上端与节流转子（301）的扭转传输轴伸出端连接，下端外壁设有外花键副；传动轴（306）上段内壁设有与节流转子（301）下端外花键副配合的内花键副；

所述涡轮马达（4）包括涡轮壳体（405）和固定在涡轮壳体（405）内的涡轮定子（402）、与涡轮定子（402）配合的涡轮转子（403）、以及与涡轮转子（403）固定连接的马达输出轴（401）；涡轮壳体（405）上端与压力变换装置（3）的变压腔壳体（304）连接，马达输出轴（401）上端与压力变换装置（3）的传动轴（306）下端连接，马达输出轴（401）下端与旋转引鞋（5）连接，并在马达输出轴（401）上设有连通上部涡轮定子（402）与涡轮定子（402）空隙和旋转引鞋（5）流道的旁通孔。

2.根据权利要求1所述的套管分段推送下入工具,其特征是：马达输出轴（401）下部通过平面轴承（407）轴向限定在由轴承盖（408）和轴承筒（406）组成的盒状结构中，此盒状结构通过压力摩擦与涡轮壳体（405）固定连接。

3.根据权利要求2所述的套管分段推送下入工具,其特征是：所述涡轮马达（4）的马达输出轴（401）上轴向布置有多组涡轮转子（403），与之配合的多组涡轮定子（402）固定在涡轮壳体（405）上。

4.根据权利要求1、2或3所述的套管分段推送下入工具,其特征是：在涡轮壳体（405）下端内壁连接扶正套（409），旋转引鞋（5）上部外壁与扶正套（409）旋转配合。

5.根据权利要求1、2或3所述的套管分段推送下入工具,其特征是：旋转引鞋（5）的引鞋切削段采用微螺旋结构，布置PDC切削齿，保径段采用45°螺旋结构，下端的喷嘴方向垂直于轴线。

6.根据权利要求1、2或3所述的套管分段推送下入工具,其特征是：变压腔壳体（304）中间设一台阶，节流定子（302）安装在台阶上，并在变压腔壳体（304）侧壁布置一个穿壁螺纹孔，通过限位螺纹销（303）固定节流定子（302）。

7.根据权利要求1、2或3所述的套管分段推送下入工具,其特征是：在外花键筒（202）与内花键筒（204）的结合部设置密封组合（203）。