CN117418812A - 一种可定位机械射孔工具 - Google Patents
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Abstract
本发明所述一种不使用***物而使用钻头在油气井中进行射孔的工具,属于压裂射孔技术领域。所述的机械射孔工具包括第一电动机单元、导向旋转单元、钻头射孔单元组成,其中导向旋转单元具有轴向延伸和瞄固作用,包括套筒、中心轴和与其相配合的槽,该槽包括滑动缝槽以及与连接滑动缝槽的第一、第二和第三导向缝槽,所述钻头射孔单元上端通过中心轴与导向旋转单元,下端接第二电动机,其电动机通过电缆线供电。本发明不使用***物在井筒内部开孔,是一种更安全、精确、可控和环境友好的机械射孔工具。
Description
技术领域
本发明属于射孔设备技术领域,涉及一种可定位机械射孔装置。
背景技术
射孔工具在油气行业发挥着重要作用,需要使用射孔工具,用于在油气井中进行射孔操作,即在井筒内部形成穿透井壁的孔洞。这些孔洞可以连接油气层与井筒,从而使油气能够顺利流入井筒并被生产。同时,射孔工具还能够增加产能、改善采收率,提高油气采集效果、调整注水压裂等操作。
通常使用***物射孔工具来实现射孔目标,但***物射孔方法存在一系列的缺陷,***射孔的缺陷包括不精确的孔径和方向控制、孔壁损伤和裂缝扩展、安全风险以及环境影响等问题。***能量传播不确定,难以实现精确控制;冲击波和高温可能对岩石造成损伤,影响产能;使用***存在安全风险,且可能引发地质灾害;***射孔释放的气体和颗粒物可能对环境造成污染。定位机械射孔采用先进的控制技术,能够实现精准的孔径和方向控制,提高了射孔的准确性和可控性;避免了***射孔的孔壁损伤和裂缝扩展问题,有利于保持地层稳定和提高油气产能;无需使用***,减少了安全风险,避免了***带来的环境污染和地质灾害可能。因此,现代油气行业逐渐倾向于采用用更安全、精确、可控和环境友好的机械射孔工具。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种可定位机械射孔工具,不使用***物在井筒内部开孔,提高射孔定位精度。
本发明所采用的技术方案是:一种可定位机械射孔装置,由第一电动机单元、导向旋转单元、钻头射孔单元组件组成。该装置通过电缆线供电。其特征是:导向旋转单元部分由油泵、油缸、以及旋转定位装置组成,导向旋转单元具有轴向延伸和导向并固定作用;射孔部分组件由加工钻头,第二电动机驱动以及液压缸组成;所述第二电动机用于驱动加工钻头旋转,所述液压缸用于驱动钻头上下移动。其中钻头可以作为液压缸的活塞,在未有压力的情况下,活塞在弹簧的作用下处于回缩状态,弹簧被挤压在活塞和缸体外壳的法兰之间。钻头在液压缸外壳中径向移动,通过钻井液驱动与钻头外壳连通的液压缸使钻头在径向延伸方向上移动。同时齿轮通过轴与电动机啮合一起,改变钻头的旋转速度。
导向旋转单元由销、滑动套筒、连接射孔单元的中心轴、油缸、连接油缸的电动机以及定位芯片、旋转定位装置组成。同时,旋转定位装置包括与轴上的销接合的筒状套管,在筒状套管周围均布六个相似的导向缝槽以及六个射孔定位点;滑动缝槽上开设了第一导向缝槽和第二导向缝槽和第三导向缝槽,其中有三个导向缝槽并未在示意图标出;六个导向缝槽相当于时滑动缝槽的六个小分支。
销固定在旋转定位装置的外壳,筒状套管通过螺纹连接固定在中心轴上;当中心轴旋转时,其上的筒状套管也跟随其旋转移动;在销不动筒状套管旋转移动的情况下,
射孔工作开始时,钻井液通过第一油管经过第一输油口进入泵体内部,活塞随着钻井液压力的增大而向前移动,使液体持续从第一进油口继续进入泵体,压缩密封环,将液体推出第二出油口。钻井液从第二油道经过第二油液口流出。油缸将中心轴推送出去;此时销位于第一位置,通过第一定位芯片确定钻头射孔的精确位置,同时第二电机连接的锚固部分将射孔装置固定。钻井液进入液压缸中,对液压缸活塞施加力,推动其沿着径向方向移动;当钻头到达指定位置以后,旋转加工钻头在径向方向移动以接触外壳的外表面,并在外壳上射第一个开孔;弹簧会抵抗与液压作用力相反的力,以保持活塞的稳定位置;到达极限位置后钻头上的定位芯片传递信号,此时液压缸停止工作,弹簧产生回程力,将活塞推回初始位置。
同时,钻头上的定位芯片传递信号,钻井液经过第一油道口流入第一油道进入缸体内部,压缩密封环,将液体推出第二出油口,中心轴沿着的轴向方向继续移动;在销不动筒状套管旋转移动的情况下,销从槽第一位置从第一导向缝槽沿着滑动缝槽经过第二导向缝槽到达第二位置,液压缸驱动使旋转加工钻头使其在径向方向进行移动,与套管的内表面相接触,在套管上进行射孔,开出第二个孔。随后将钻头缩回,同时定位芯片传递信号使活塞停止向前移动。
为了射出多个孔,再次激活导向旋转装置以使中心轴和销沿着槽从第二个位置朝着滑动缝槽方向移动,通过旋转加工钻头并使其在径向方向移动,与套管内表面接触,在套管上射出第三个孔。重复次过程直到完成所有的射孔。
本发明具有的有益效果是:(1)可定位机械射孔工具其中设有导向旋转单元,可以在井眼中准确地控制射孔位置和方向,以适应特定的地质条件和油气开采需求,这样可以确保射孔过程中孔径和方向的精准性,从而最大限度地提高油气开采效率,并减少地层损伤和裂缝扩展的风险;(2)该射孔工具使用钻头射孔,钻头可以在较短的时间内完成射孔过程,减少了作业时间和成本;钻头射孔过程中,钻头会稳定地旋转和进退,减少了地层损伤和裂缝扩展的风险;相比其他射孔方法,钻头射孔可以更好地保持地层的稳定性;(3)在筒状套管上加工特殊图案的缝槽,帮助引导和定位射孔过程;这些特殊形状的缝槽可以与射孔工具中的相应部件配合,以确保射孔的准确性和精度。
附图说明
图1是本发明一种定位机械射孔工具构示意图;
图2是本发明一种射孔工具进行定位射孔的结构示意图;
图3是本发明射孔工具的射孔单元局部横截视图;
图4是本发明一种射孔工具的射孔单元的三维示意图;
图中:1、第一电动机壳体;2第一电动机;3、油泵;4、缸盖;5、第一定位芯片;6、油缸活塞;7、油缸外壳;8、第一油道口;9、第一油道;10、缸筒;11、第二油道口;12、第二油道;13、射孔单元外壳;14、筒状套管;15、槽;16、销;17、中心轴;18、钻头射孔单元外壳;19第二定位芯片;20、行星齿轮;21、23、30、31、法兰;22、24、圆锥滚子轴承;25、钻头;26、弹簧;27、液压缸活塞;28、第三定位芯片;29、液压缸外壳;32圆锥齿轮;33、第二电动机外壳;34、深沟球轴承;35、第二电动机;36A、第一导向缝槽;36B、第二导向缝槽;36C、第三导向缝槽;37、滑动缝槽;P1、第一位置;P2、第二位置;P3、第三位置;A、第一电动机单元、B、旋转定位单元;C、钻头射孔单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明:
参见附图1和附图2,本发明一种定位机械射孔工具,本发明一种定位机械射孔工具,主要由第一电动机单元A、导向旋转单元B、钻头射孔单元C组成。其特征在于:主要由第一电动机单元A、导向旋转单元B、钻头射孔单元C组成;所述第一电动机2安装在壳体1内;所述油泵安装在第一电动机单元A末端。
导向旋转单元B主要由油缸3、油泵和旋转定位装置组成,油缸通过中心轴17与油泵3相连,油缸缸盖4与油缸外壳7通过螺纹连接;所述油缸缸盖4端面内壁设有第一定位芯片5,第一油道口8开在缸筒10前端,第二油道油口11开在缸筒10后端;油缸活塞6设置在缸筒10内,油缸活塞6和缸筒10内壁还安装有密封圈,而密封圈可以有效的防止钻井液泄露;油缸活塞6与中心轴17通过螺纹连接,在中心轴17和油缸活塞6螺纹连接前端开设一个退刀槽;在旋转定位装置中,中心轴上17与筒状套管14通过螺纹连接,并在中心轴17与筒状套管14螺纹连接的前端开设退刀槽,筒状套管14上面按射孔需求加工不同形状的缝槽15。
钻头射孔单元外壳18与第二电动机外壳33通过螺纹连接固定,深沟球轴承34设置在第二电动机35旁,支撑第二电动机35的转轴,确保其在运转时保持正确位置,提高电动机的效率和寿命。
参见附图3所示,该图是钻头射孔单元的局部横截视图,中心轴17与钻头射孔单元壳体18通过螺纹连接固定,并在钻头射孔单元外壳18端面上安装第二定位芯片19,钻头25在液压缸形成液压缸活塞27;并在钻头25侧端壁面安装第三定位芯片28;钻头25通过电动机驱动液压缸径向移动,弹簧26设在液压缸外壳29内壁的两侧,弹簧26在液压缸活塞27和液压缸壳体的法兰21之间受压;两对圆锥滚子轴承22、24安装在液压缸的四周,因为液压缸在工作中可能会产生冲击和振动,而轴承22、24可以减少这些冲击和振动的影响。它能够保护液压缸的结构和附近的机械部件免受过大的冲击力和振动干扰。液压缸活塞27是行星齿轮20的一部分,而圆锥齿轮32通过轴与电动机相啮合;第二电动机35驱动圆锥齿轮32改变旋转钻头25的旋转速度;因此第二电动机35提供给钻头旋转动力,液压缸提供钻头沿径向往复移动的动力。
参见附图4,图4以透视图显示了射孔的主要旋转单元,槽15按照所需的射孔的图案在筒状套管上制作,套管上的缝槽包括第一导向缝槽36A和第二滑动缝槽36B和第三导向缝槽36C和滑动缝槽37;在筒状套管14周围均布六个相似的导向缝槽以及六个射孔定位点。滑动缝槽上37开设了第一导向缝槽36A和第二导向缝槽36B和第三导向缝槽36C,其中有三个导向缝槽并未在示意图标出;六个导向缝槽相当于是滑动缝槽开设的六个支路。
参见附图2,图2描述了可定位射孔工具到达极限位置射孔的状态,当中心轴17旋转时,其上的筒状套管14也跟随其旋转移动;在销16不动筒状套管14旋转移动的情况下,销16从槽P1位置从第一导向缝槽沿着滑动缝槽经过第二导向缝槽(36A到达P2位置;再从滑动缝槽36B经过第三导向缝槽36C,最后达P3位置,完成一次射孔。
一般情况下,为了优化钻井液的流入,会在工艺制造中根据机械射孔工具射孔位置制作具有固定间距的穿孔,机械射孔工具被安装在套管内,套管是以薄壁钢管制成的,在射孔作业中起到了重要的保护作用。套管一般包括几根金属管段,常见的有三节或四节套管,其直径和长度视射孔工具的规格和需要穿越的套管或障碍物而定。套管通常由多个环节组成,并由螺纹连接固定,位于待射孔的部分相对应的位置上。
射孔工作开始时,钻井液通过第一输油口8经过第一油道9进入缸体内部,随着活塞钻井液压力的增大而向前移动,同时液体持续从第一进油口8继续进入缸体,压缩密封环,将液体推出第二出油口11。钻井液从第二出油口11流出。油缸活塞6将中心轴17推送出去;销16固定在射孔单元外壳13上,此时销16位于第一位置P1,通过第二定位芯片19确定钻头射孔的精确位置,同时第二电动机35连接的锚固部分将射孔装置固定。此时第二电机35通过圆锥齿轮32带动加工钻头25旋转,钻井液进入液压缸,弹簧26在活塞和筒壳29的法兰21之间受压,通过旋转加工钻头25在径向方向移动以接触外壳的外表面,并在外壳上射出个第一个孔。到达极限位置后钻头上的第三定位芯片28传递信号,液压缸停止工作,弹簧26产生回程力,将液压缸活塞26推回初始位置,随后将加工钻头25缩回,并激活旋转定位装置。
同时,钻头上的第三定位芯片28传递信号,钻井液经过第一油道口8经过第二进油口9进入缸体内部,压缩密封环,钻井液从第二油道12经过第二油道口11流出。此时,油缸推动中心轴17沿着轴向移动,中心轴17带动筒状套管14旋转移动;,在销16不动筒状套管14旋转移动的情况下,销16从槽P1位置从第一导向缝槽36A沿着滑动缝槽37经过第二导向缝槽36A到达P2位置;同时定位芯片19传递信号使油缸活塞6停止向前移动,此时旋转加工钻头并使其在径向方向上移动,接触套管的内表面,然后射出第二个孔。
为了射出多个孔,再次激活导向旋转装置以使中心轴和销沿着槽从第二个位置朝着滑动缝槽方向移动,直至销到达P3位置;通过旋转加工钻头并使其在径向方向移动,与套管内表面接触,在套管上射出第三个孔。重复次过程直到完成所有的射孔。
以上所述具体实施方式用于说明本专利而非限制本专利的范围,任何本领域的技术人员在不脱离本专利的构思和原则前提下所作出的等同变化与修改,均属于本专利***的保护范围。
Claims (6)
1.本发明一种定位机械射孔工具,主要由第一电动机单元(A)、导向旋转单元(B)、钻头射孔单元(C)组成,其特征在于:主要由第一电动机单元(A)、导向旋转单元(B)、钻头射孔单元(C)组成;所述第一电动机(2)安装在第一电动机壳体(1)内;所述油泵(3)安装在第一电动机单元(A)末端;
导向旋转单元(B)主要由油泵(3)、油缸和旋转定位装置组成,油缸通过中心轴(17)与油泵(3)相连,油缸端盖(4)与缸筒外壳(7)通过螺纹连接;所述油缸缸盖(4)端面内壁设有第一定位芯片(5),第一油道口(8)开在缸筒(10)前端,第二油道油口(11)开在缸筒(10)后端;油缸活塞(6)设置在缸筒(10)内,油缸活塞(6)和缸筒(10)内壁还安装有密封圈,而密封圈可以有效的防止钻井液泄露;油缸活塞(6)与中心轴(17)通过螺纹连接,在中心轴(17)和油缸活塞(6)螺纹连接前端开设一个退刀槽;在旋转定位装置中,中心轴上(17)与筒状套管(14)通过螺纹连接,并在中心轴(17)与筒状套管(14)螺纹连接的前端开设退刀槽,筒状套管(14)上面按射孔需求加工不同形状的缝槽(15);
在旋转定位装置的射孔单元外壳(13)上还安装了销(16);中心轴(17)与钻头射孔单元壳体(18)通过螺纹连接固定,并在钻头射孔单元外壳(18)端面上安装第二定位芯片(19),钻头(25)在液压缸形成液压缸的活塞(27);并在钻头(25)侧端壁面安装第三定位芯片(28);钻头(25)通过电动机驱动液压缸径向移动,弹簧(26)设在液压缸外壳(29)内壁的两侧,弹簧(26)在液压缸活塞(27)和液压缸壳体的法兰(21)之间受压;两对圆锥滚子轴承(22)、(24)安装在液压缸的四周,因为钻头在工作中可能会产生冲击和振动,轴承承受部分轴向力,从而保护液压缸的结构和附近的机械部件免受过大的冲击力和振动干扰;液压缸活塞(27)是行星齿轮(20)的一部分,而圆锥齿轮(32)通过轴与第二电动机(35)相啮合;第二电动机(35)驱动圆锥齿轮(32)改变旋转钻头(25)的旋转速度;因此第二电动机(35)提供给钻头旋转动力,液压缸提供钻头沿径向往复移动的动力;
钻头射孔单元外壳(18)与第二电动机外壳(33)通过螺纹连接固定,深沟球轴承(34)设置在第二电动机(35)旁,支撑第二电动机(35)的转轴,确保其在运转时保持正确位置,提高电动机的效率和寿命。
2.根据权利要求1所述的可定位机械射孔工具,其特征在于:槽(15)按照所需的射孔的图案在筒状套管上制作,套管上的缝槽包括第一导向缝槽(36A)和第二滑动缝槽(36B)和第三导向缝槽(36C)和滑动缝槽(37);在筒状套管(14)周围均布六个相似的导向缝槽以及六个射孔定位点;滑动缝槽上(37)开设了第一导向缝槽(36A)和第二导向缝槽(36B)和第三导向缝槽(36C),其中有三个导向缝槽并未在示意图标出;六个导向缝槽相当于是滑动缝槽开设的六个支路。
3.根据权利要求1所述的可定位机械射孔工具,其特征在于:旋转定位装置中,在射孔单元外壳(13)上安装了销(16);销(16)固定在射孔单元外壳(13),筒状套管(14)通过螺纹连接固定在中心轴(17)上;当中心轴(17)旋转时,其上的筒状套管(14)也跟随其旋转移动;在销(16)不动筒状套管(14)旋转移动的情况下,销(16)从槽P1位置从第一导向缝槽(36A)沿着滑动缝槽(37)经过第二导向缝槽(36A)到达P2位置,完成一次射孔;再从滑动缝槽(36B)经过第三导向缝槽(36C),最后达P3位置,完成一次射孔。
4.根据权利要求1所述的可定位机械射孔工具,其特征在于:钻井液通过第一油道口(8)经过第一油道(9)进入泵体内部,随着活塞钻井液压力的增大而向前移动,同时液体持续从第一进油口(8)继续进入泵体,压缩密封环,将液体推出第二出油口(11);钻井液经过第二油道(12)从第二油道口(11)流出,油缸活塞(6)将中心轴(17)推送出去,从而实现中心轴(17)沿着轴向方向往复移动。
5.根据权利要求1所述的可定位机械射孔工具,其特征在于:第二电机(35)通过驱动圆锥齿轮(32)带动钻头(25)旋转;此时钻井液进入液压缸中,弹簧(26)在活塞和筒壳(29)的法兰(21)之间受压;在初始状态下,钻井液进入液压缸中,对液压缸活塞(27)施加力,推动其沿着径向方向移动;当钻头到达指定位置以后,旋转加工钻头(35)在径向方向移动以接触外壳的外表面,并在外壳上射第一个开孔;弹簧(26)产生抵抗与液压作用力相反的力,以保持活塞的稳定位置;液压缸停止工作后,弹簧(26)产生回程力,将液压缸活塞(27)推回初始位置;弹簧(26)安装在液压缸两侧时,它可以提供平衡力和回程力,来帮助液压缸中的活塞在特定位置上的稳定。
6.根据权利要求1所述的可定位机械射孔工具,其特征在于:所述的机械射孔工具还需固定部件(为固定卡盘或夹持器);固定卡盘安装在机械射孔工具的前端;使用液压式夹持器,安装在第二电动机的后端,液压式夹持器可以稳定地夹紧工件,带来更好的安全性,并且具有快速夹紧、释放的特点,能够提高加工效率和加工质量;夹持器和固定卡盘的安装位置需要根据射孔工具的具体设计和应用场景来确定。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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