CN112855023A - 一种用于开发水平井的自主行进石油钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于开发水平井的自主行进石油钻头，包括管道，所述管道内设有钻井液管和关于所述钻井液管左右对称位置的污水管，所述管道一端连接设置于地面能对钻头传输钻井液的钻井液循环装置，所述管道外表面间隔安装有固定环，相邻的所述固定环之间转动连接有第一光轴；本发明解决了井下缆线作业困难的问题，通过辅助轮在隧道内壁转动，能实现自主发电和自动缆线，节省了人力资源和电力的消耗，还解决了水平井阶段的动力问题，并且通过吸水管保证固井的质量，能实现无需更换钻头达到井下转向的功能，缩短了钻井作业的工期，节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻头技术领域，具体为一种用于开发水平井的自主行进石油钻头。
背景技术
石油钻头是石油钻井的重要工具，其工作性能的好坏将直接影响钻井质量、钻井效率和钻井成本。石油钻井和地质钻探中应用最多的还是牙轮钻头。牙轮钻头在旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎地层岩石的作用，所以，牙轮钻头能够适应软、中、硬的各种地层。
而在水平井的作业中最主要难题是井下缆线作业，因为在大斜度和水平井段，测井仪器不可能依靠自己滑到井底，以及管柱受力复杂，摩阻力、摩扭矩和弯曲应力将显著增大，使钻柱的受力分析、强度设计和强度校核壁直井和普通定向井更为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于开发水平井的自主行进石油钻头，用于克服现有技术中的上述缺陷。
根据本发明的一种用于开发水平井的自主行进石油钻头，包括管道，所述管道内设有钻井液管和关于所述钻井液管左右对称位置的污水管，所述管道一端连接设置于地面能对钻头传输钻井液的钻井液循环装置，所述管道外表面间隔安装有固定环，相邻的所述固定环之间转动连接有第一光轴，所述第一光轴上固设有辅助轮，所述辅助轮上有能嵌入隧道内壁的防转环，所述固定环内设有第二腔体，所述第二腔体内设有和所述第一光轴固定连接的发电机，所述发电机靠近所述固定环圆心位置的所述第二腔体内设有第一电动机，所述发电机和所述第一电动机中间设有蓄电池，所述第一电动机安装有贯穿固定环的第一转轴，所述第一转轴固定连接绕线环，第一个所述绕线环上绕有所需铺设的线缆，所述第一转轴靠近所述固定环圆心位置的所述固定环上转动连接有第二光轴，所述第二光轴固设有定位轮，所述管道右端设有柱体，所述柱体内设有贯穿所述柱体并与所述钻井液管连通的接通管，所述柱体内设有轴对称的两个贯穿所述柱体外侧面并且与所述污水管连接的吸水管，所述柱体表面设有轴对称的两个长滑动槽，所述长滑动槽内安装有用于转向的转向装置，所述长滑动槽右侧的所述柱体外侧设有提供推进动力的推进装置，所述柱体内设有第一腔体，所述接通管在所述第一腔体附近时会分为轴对称的两条管道，所述第一腔体内设有第一电动机，所述第一电动机安装有转动轴，所述转动轴右侧安装有钻头，所述接通管末端连通设有连接管。
可选地，所述钻井液循环装置包括所述管道左侧地面上设有第一水泵，所述第一水泵和所述污水管使用两根第一进水管连接，所述第一水泵和所述管道之间的地面上设有油井污水过滤箱，所述第一水泵和所述油井污水过滤箱用第一出水管连接，所述管道右侧地面上设有一个第二水泵，所述第二水泵和所述管道中间设有钻井液制作箱，所述钻井液制作箱和所述油井污水过滤箱用循环管连接，所述第二水泵和所述钻井液制作箱用第二进水管连接，所述第二水泵和所述钻井液管用第二出水管连接。
可选的，所述转向装置包括轴对称设置于所述柱体内且开口向外的第三腔体，所述第三腔体内设有第一伸缩液压泵，所设第一伸缩液压泵安装有第一伸缩杆，所述第一伸缩杆远离所述柱体中心处固定连接有封闭块，所述长滑动槽内固设有固定块，所述固定块前后侧面固设有位置对称的固定板，所述固定块内设有第四腔体，所述第四腔体内设有第二伸缩液压泵，所述固定块左侧的所述长滑动槽内滑动连接有滑动块，所述滑动块内设有第五腔体，所述第二伸缩液压泵安装有延伸至所述第五腔体的第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的左端固定连接有固定板，所设滑动块前后侧面固设有位置对称的转向块，所述转向块内设有贯通前后壁的滑动槽，所述滑动槽与固设于所述滑动块上的T形块滑动连接。
可选地，所述推进装置包括环设于所述柱体内部的六个第六腔体，所述第六腔体内设有第三伸缩液压泵，所述柱体外环设有六个推进器，所述六个推进器和所述六个第三伸缩液压泵用第三伸缩杆固定连接，所述推进器内设有第七腔体，所述推进器内设有关于所述第七腔***置对称的滑动槽，所述滑动槽内滑动连接有滑动板，相邻的所述推进器之间用滑动杆滑动连接，所述滑动杆延伸至滑动槽用滑动板固定连接，所述第七腔体内靠近回转中心的壁上设有第三电动机，所述第三电动机两端设有第二转轴，所述第二转轴固定连接第一齿轮，所述第六腔体两侧内壁固设有第三光轴，所设第三光轴转动连接有第二齿轮，所述第二齿轮和第一齿轮啮合，所述第三光轴远离回转中心处的所述侧壁固设有第四光轴，所述第四光轴转动连接有第三齿轮，所述第三齿轮和第二齿轮啮合，所述两个第三齿轮之间固定连接有推进轮。
本发明的有益效果是：
1.解决了井下缆线作业困难的问题，通过辅助轮在隧道内壁转动，带动发电机旋转发电，然后将电能储存在蓄电池中，使蓄电池的电能带动绕线环的电机旋转铺线，能实现自主发电和自动缆线，节省了人力资源和电力的消耗；
2.解决了水平井阶段的动力问题，通过多个推进装置，能够实现平稳的推进，能保护钻头的安全和延长耐久度；
3.设计的吸水管能在上下位置解决钻井液在凝固过程中析出的自由水问题，能保证固井的质量；
4.能实现无需更换钻头达到井下转向的功能，缩短了钻井作业的工期，节约了成本。结构简单，使用方便。
附图说明
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明的一种用于开发水平井的自主行进石油钻头的结构示意图；
图2是图1中内部结构示意图；
图3是图2中柱体处结构示意图；
图4是图2中固定环处右视结构示意图；
图5是图3中B-B处结构示意图；
图6是图3中转向装置结构示意图；
图7是图6的俯视图结构示意图；
图8是图3中C-C处结构示意图；
图9是图8中推进器处结构示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参照图1-9，根据本发明的实施例的一种用于开发水平井的自主行进石油钻头，包括管道10，所述管道10内设有钻井液管19和关于所述钻井液管19左右对称位置的污水管12，所述管道10一端连接设置于地面能对钻头传输钻井液的钻井液循环装置110，所述管道10外表面间隔安装有固定环31，相邻的所述固定环31之间转动连接有第一光轴32，所述第一光轴32上固设有辅助轮38，所述辅助轮38上有能嵌入隧道内壁的防转环86，所述固定环31内设有第二腔体30，所述第二腔体30内设有和所述第一光轴32固定连接的发电机33，所述发电机33靠近所述固定环31圆心位置的所述第二腔体30内设有第一电动机34，所述发电机33和所述第一电动机34中间设有蓄电池35，所述第一电动机34安装有贯穿固定环31的第一转轴36，所述第一转轴36固定连接绕线环37，第一个所述绕线环37上绕有所需铺设的线缆，所述第一转轴36靠近所述固定环31圆心位置的所述固定环31上转动连接有第二光轴39，所述第二光轴39固设有定位轮40，所述管道10右端设有柱体21，所述柱体21内设有贯穿所述柱体21并与所述钻井液管19连通的接通管81，所述柱体21内设有轴对称的两个贯穿所述柱体21外侧面并且与所述污水管12连接的吸水管82，所述柱体21表面设有轴对称的两个长滑动槽80，所述长滑动槽80内安装有用于转向的转向装置120，所述长滑动槽80右侧的所述柱体21外侧设有提供推进动力的推进装置130，所述柱体21内设有第一腔体24，所述接通管81在所述第一腔体24附近时会分为轴对称的两条管道，所述第一腔体24内设有第一电动机25，所述第一电动机25安装有转动轴83，所述转动轴83右侧安装有钻头23，所述接通管81末端连通设有连接管85。
优选地，所述钻井液循环装置110包括所述管道10左侧地面上设有第一水泵11，所述第一水泵11和所述污水管12使用两根第一进水管26连接，所述第一水泵11和所述管道10之间的地面上设有油井污水过滤箱15，所述第一水泵11和所述油井污水过滤箱15用第一出水管14连接，所述管道10右侧地面上设有一个第二水泵20，所述第二水泵20和所述管道10中间设有钻井液制作箱16，所述钻井液制作箱16和所述油井污水过滤箱15用循环管22连接，所述第二水泵20和所述钻井液制作箱16用第二进水管18连接，所述第二水泵20和所述钻井液管19用第二出水管17连接，当钻头23进行钻井工作时，第二水泵20通过与第二进水口18连接的钻井液制作箱16，将钻井液制作箱16中的钻井液吸入到第二水泵20再输送到与第二出水口17相连接的钻井液管19中，通过与钻井液管19连接的连接管85喷射到钻头23上起到冷却等的作用，当掺杂着碎石的污水流至吸水管82处时会被吸水管82吸入，经过与吸水管82相连的污水管12再通过与污水管12相连的第一进水管26进入第一水泵11排入与第一出水口14相连的油井污水过滤箱15，待到过滤之后流至连接了循环管22的钻井液制作箱16进行钻井液的调配制作，完成钻井液的循环。
优选地，所述转向装置120包括轴对称设置于所述柱体21内且开口向外的第三腔体41，所述第三腔体41内设有第一伸缩液压泵42，所设第一伸缩液压泵42安装有第一伸缩杆43，所述第一伸缩杆43远离所述柱体21中心处固定连接有封闭块44，所述长滑动槽80内固设有固定块50，所述固定块50前后侧面固设有位置对称的固定板49，所述固定块50内设有第四腔体48，所述第四腔体内设有第二伸缩液压泵45，所述固定块50左侧的所述长滑动槽80内滑动连接有滑动块52，所述滑动块52内设有第五腔体51，所述第二伸缩液压泵45安装有延伸至所述第五腔体51的第二伸缩杆46，所述第二伸缩杆46的左端固定连接有固定板47，所设滑动块52前后侧面固设有位置对称的转向块53，所述转向块53内设有贯通前后壁的滑动槽54，所述滑动槽54与固设于所述滑动块52上的T形块55滑动连接，当钻井达到预设位置时需要进行钻头转向，第一伸缩液压泵42带动第一伸缩杆43上的封闭块44伸出抵住隧道内壁，转向相反方向的第二伸缩液压泵45带动第二伸缩杆46收缩，使滑动块52滑动转向块53受到固定块50的限制，T形块55收到滑动槽54的限制导致转动块53向斜上方滑动，使转向块53接触隧道壁，使钻井角度达到预期角度。
优选地，所述推进装置130包括环设于所述柱体21内部的六个第六腔体61，所述第六腔体61内设有第三伸缩液压泵62，所述柱体21外环设有六个推进器63，所述六个推进器63和所述六个第三伸缩液压泵62用第三伸缩杆72固定连接，所述推进器63内设有第七腔体64，所述推进器63内设有关于所述第七腔体64位置对称的滑动槽73，所述滑动槽73内滑动连接有滑动板75，相邻的所述推进器63之间用滑动杆74滑动连接，所述滑动杆74延伸至滑动槽73用滑动板75固定连接，所述第七腔体64内靠近回转中心的壁上设有第三电动机65，所述第三电动机65两端设有第二转轴66，所述第二转轴66固定连接第一齿轮67，所述第六腔体61两侧内壁固设有第三光轴68，所设第三光轴68转动连接有第二齿轮69，所述第二齿轮69和第一齿轮67啮合，所述第三光轴68远离回转中心处的所述64侧壁固设有第四光轴70，所述第四光轴70转动连接有第三齿轮71，所述第三齿轮71和第二齿轮69啮合，所述两个第三齿轮71之间固定连接有推进轮76，当钻头23工作至水平位置时第三伸缩液压泵62带动第三伸缩杆72伸出，使推进器63张开贴近隧道内壁，第三电动机带动第一齿轮67，第一齿轮67带动第二齿轮69，第二齿轮69带动第三齿轮71，第三齿轮71带动推进轮76转动，推进轮76给予钻头横向的动力，所述推进轮76用这种对称方式连接有利于传动的对称性和稳定性。
初始状态时，第一伸缩液压泵42处于收缩状态，封闭块44外侧面和柱体21平齐，第二伸缩液压泵45处于伸长状态，第三伸缩液压泵62处于收缩状态相邻两个63推进器为接触状态。
当需要钻水平井工作时，第一发电机25启动通过转动轴83带动钻头23向下钻井，绕线环37将铺设的电线沿着管道10通过定位轮40和绕线环37将电线放出进行铺设，第二水泵20通过与第二进水口18连接的钻井液制作箱16，将钻井液制作箱16中的钻井液吸入到第二水泵20再输送到与第二出水口17相连接的钻井液管19中，通过与钻井液管19连接的连接管85喷射到钻头23上起到冷却等作用，当掺杂着碎石的污水流至吸水管82处时会被吸水管82吸入，经过与吸水管82相连的污水管12再通过与污水管12相连的第一进水管26进入第一水泵11排入与第一出水口14相连的油井污水过滤箱15，待到过滤之后流至连接了循环管22的钻井液制作箱16进行钻井液的调配制作，完成钻井液的循环，当到达预定深度需要进行一定角度的钻井时，第一伸缩液压泵42带动第一伸缩杆43上的封闭块44伸出抵住隧道内壁，转向相反方向的第二伸缩液压泵45带动第二伸缩杆46收缩使滑动块52滑动，转向块53受到固定块50的限制，T形块55受到滑动槽54的限制导致固定块53向斜上方滑动，使转向块53接触隧道壁，使钻井角度达到预期角度后第三伸缩液压泵62带动第三伸缩杆72伸出，使推进器63张开贴近隧道内壁，第三电动机带动第一齿轮67，第一齿轮67带动第二齿轮69，第二齿轮69带动第三齿轮71，第三齿轮71带动推进轮76转动，推进轮76给予钻头前进的动力，管道10进入水平隧道时辅助轮38贴着隧道内壁防止管道10贴壁造成摩擦。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于开发水平井的自主行进石油钻头，包括管道，其特征在于：所述管道内设有钻井液管和关于所述钻井液管左右对称位置的污水管，所述管道一端连接设置于地面能对钻头传输钻井液的钻井液循环装置，所述管道外表面间隔安装有固定环，相邻的所述固定环之间转动连接有第一光轴，所述第一光轴上固设有辅助轮，所述辅助轮上有能嵌入隧道内壁的防转环，所述固定环内设有第二腔体，所述第二腔体内设有和所述第一光轴固定连接的发电机，所述发电机靠近所述固定环圆心位置的所述第二腔体内设有第一电动机，所述发电机和所述第一电动机中间设有蓄电池，所述第一电动机安装有贯穿固定环的第一转轴，所述第一转轴固定连接绕线环，第一个所述绕线环上绕有所需铺设的线缆，所述第一转轴靠近所述固定环圆心位置的所述固定环上转动连接有第二光轴，所述第二光轴固设有定位轮，所述管道右端设有柱体，所述柱体内设有贯穿所述柱体并与所述钻井液管连通的接通管，所述柱体内设有轴对称的两个贯穿所述柱体外侧面并且与所述污水管连接的吸水管，所述柱体表面设有轴对称的两个长滑动槽，所述长滑动槽内安装有用于转向的转向装置，所述长滑动槽右侧的所述柱体外侧设有提供推进动力的推进装置，所述柱体内设有第一腔体，所述接通管在所述第一腔体附近时会分为轴对称的两条管道，所述第一腔体内设有第一电动机，所述第一电动机安装有转动轴，所述转动轴右侧安装有钻头，所述接通管末端连通设有连接管。
2.根据权利要求1所述的一种用于开发水平井的自主行进石油钻头，其特征在于：所述钻井液循环装置包括所述管道左侧地面上设有第一水泵，所述第一水泵和所述污水管使用两根第一进水管连接，所述第一水泵和所述管道之间的地面上设有油井污水过滤箱，所述第一水泵和所述油井污水过滤箱用第一出水管连接，所述管道右侧地面上设有一个第二水泵，所述第二水泵和所述管道中间设有钻井液制作箱，所述钻井液制作箱和所述油井污水过滤箱用循环管连接，所述第二水泵和所述钻井液制作箱用第二进水管连接，所述第二水泵和所述钻井液管用第二出水管连接，当钻头进行钻井工作时，第二水泵通过与第二进水口连接的钻井液制作箱，将钻井液制作箱中的钻井液吸入到第二水泵再输送到与第二出水口相连接的钻井液管中，通过与钻井液管连接的连接管喷射到钻头上起到冷却等的作用。
3.根据权利要求1所述的一种用于开发水平井的自主行进石油钻头，其特征在于：所述转向装置包括轴对称设置于所述柱体内且开口向外的第三腔体，所述第三腔体内设有第一伸缩液压泵，所设第一伸缩液压泵安装有第一伸缩杆，所述第一伸缩杆远离所述柱体中心处固定连接有封闭块，所述长滑动槽内固设有固定块，所述固定块前后侧面固设有位置对称的固定板，所述固定块内设有第四腔体，所述第四腔体内设有第二伸缩液压泵，所述固定块左侧的所述长滑动槽内滑动连接有滑动块，所述滑动块内设有第五腔体，所述第二伸缩液压泵安装有延伸至所述第五腔体的第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的左端固定连接有固定板，所设滑动块前后侧面固设有位置对称的转向块，所述转向块内设有贯通前后壁的滑动槽，所述滑动槽与固设于所述滑动块上的T形块滑动连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于开发水平井的自主行进石油钻头，其特征在于：所述推进装置包括环设于所述柱体内部的六个第六腔体，所述第六腔体内设有第三伸缩液压泵，所述柱体外环设有六个推进器，所述六个推进器和所述六个第三伸缩液压泵用第三伸缩杆固定连接，所述推进器内设有第七腔体，所述推进器内设有关于所述第七腔***置对称的滑动槽，所述滑动槽内滑动连接有滑动板，相邻的所述推进器之间用滑动杆滑动连接，所述滑动杆延伸至滑动槽用滑动板固定连接，所述第七腔体内靠近回转中心的壁上设有第三电动机，所述第三电动机两端设有第二转轴，所述第二转轴固定连接第一齿轮，所述第六腔体两侧内壁固设有第三光轴，所设第三光轴转动连接有第二齿轮，所述第二齿轮和第一齿轮啮合，所述第三光轴远离回转中心处的所述侧壁固设有第四光轴，所述第四光轴转动连接有第三齿轮，所述第三齿轮和第二齿轮啮合，所述两个第三齿轮之间固定连接有推进轮。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024073829A1 (pt) * | 2022-10-07 | 2024-04-11 | Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras | Sistema submarino de geração de energia elétrica |
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- 2021-03-23 CN CN202110305197.XA patent/CN112855023A/zh active Pending
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