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专利号: 2017111149579
申请人: 长江大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水平钻井复合造斜导向钻具,它由支撑装置和造斜导向装置构成,支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接,其特征在于:支撑装置包括壳体(1)、套筒(2)、下芯轴(3)、上芯轴(4)、上支撑块(5)和下支撑块(6),壳体(1)内通过推力轴承A(7)和推力轴承B(8)安装有上芯轴(4),上芯轴(4)一侧的壳体(1)内通过对称设置的推力轴承C(9)和推力轴承D(10)安装有下芯轴(3),下芯轴(3)与上芯轴(4)之间螺纹连接;上芯轴(4)对应的壳体(1)圆周上均布有多个上装配孔,上装配孔内装有上支撑块(5),上支撑块(5)一侧的壳体(1)圆周上均布有多个下装配孔,下装配孔内装有下支撑块(6),上支撑块(5)和下支撑块(6)对应的上芯轴(4)上设置有上凸台(12)和下凸台(13),上凸台(12)和下凸台(13)分别呈锥形,上支撑块(5)和下支撑块(6)的底部分别为与上凸台(12)和下凸台(13)对应的坡面;上支撑块(5)和下支撑块(6)通过与上凸台(12)和下凸台(13)的配合与上芯轴(4)滑动连接;推力轴承C(9)和推力轴承D(10)之间的下芯轴(3)上装有上限位套(17),推力轴承C(9)一侧的下芯轴(3)上固装有旋转套(16),旋转套(16)一侧的下芯轴(3)上装有下限位套(15);所述的下限位套(15)一端的端面上设置有多个下坡面凸台(20);所述的上限位套(17)一端的端面上设置有多个V型定位槽(22),各V型定位槽(22)一侧的槽壁上分别呈阶梯状设置有多个定位齿(21);各V型定位槽(22)另一侧的槽壁为光滑面;上限位套(17)与旋转套(16)相互间歇活动卡接;所述的上限位套(17)、推力轴承C(9)和推力轴承D(10)分别与壳体(1)固定连接,上限位套(17)、推力轴承C(9)和推力轴承D(10)分别与下芯轴(3)滑动连接,所述的下芯轴(3)端头的壳体(1)内通过套筒(2)安装有梭型头(18),下芯轴(3)与套筒(2)滑动连接;所述的推力轴承A(7)和推力轴承B(8)之间的上芯轴(4)上套装有上弹簧(11);所述的推力轴承A(7)与壳体(1)固定连接,推力轴承A(7)与上芯轴(4)滑动连接,所述的推力轴承B(8)与壳体(1)滑动连接;推力轴承B(8)与上芯轴(4)固定连接;所述的上芯轴(4)端头螺纹安装有节流套(14),节流套(14)与推力轴承B(8)接触连接;旋转套(16)一端的端面上设置有与下坡面凸台(20)对应的上坡面凸台(23),旋转套(16)另一端的端面上设置有与V型定位槽(22)对应的定位杆(24);

所述的造斜导向装置包括上壳体(25)、下壳体(26)、调整套(27)和中间轴管(28),中间轴管(28)的一端螺纹安装有上壳体(25),中间轴管(28)的另一端螺纹安装有下壳体(26),上壳体(25)和下壳体(26)之间的中间轴管(28)上活动安装有调整套(27),调整套(27)与上壳体(25)和下壳体(26)接触连接;所述的中间轴管(28)两端的外螺纹和与其对应的上壳体(25)和下壳体(26)的内螺纹分别与其中心轴线具有1.5°的夹角;所述的中间轴管(28)两端的外螺纹中间部位分别设置有密封槽(29),密封槽(29)内设置有密封圈;所述的调整套(27)的一端端面圆周上均布有多个调节齿(31),与调节齿(31)对应的上壳体(25)端面圆周上均布有多个调节槽(19),调整套(27)与上壳体(25)之间通过调节齿(31)和调节槽(19)的配合相互嵌合接触连接;所述的调节齿(31)的长度不等,所述的调节槽(19)的深度不等;

该水平钻井复合造斜导向钻具工作步骤为:

1)、首先在地面调整好造斜角度;即:首先旋松上壳体(25)与中间轴管(28)的连接螺纹,使得调整套(27)的调节齿(31)与调节槽(19)脱离即可;

2)、再旋转上壳体(25)到需要的斜度,然后旋紧上壳体(25)与中间轴管(28)的连接螺纹,使调节齿(31)和调节槽(19)相互嵌合,

3)、旋紧下壳体(26)使其抵触调整套(27),斜度的调整既告完成,调节齿(31)每旋转一个调节槽(19)位置,上壳体(25)相对中间轴管(28)斜度可变化1—3°;

4)、上述调整完成与管柱连接后,即可整体入井,入井工作时,在泵压作用下洗井液通过节流套(14)推动上芯轴(4)和下芯轴(3)整体下行,

5)、上芯轴(4)和下芯轴(3)整体下行过程中,下限位套(15)上的下坡面凸台(20)与旋转套(16)上的上坡面凸台(23)接触,在压力的作用下,下坡面凸台(20)与上坡面凸台(23)之间由最高点向下滑行,

6)、滑行过程中,旋转套(16)带动下芯轴(3)转动,泵压停止后,在上弹簧(11)和下弹簧的作用下,上芯轴(4)和下芯轴(3)整体复位,由此使旋转套(16)上的定位杆(24)插入至V型定位槽(22)其中一个的定位齿(21)内;

7)、由于泵压不同,下限位套(15)上的下坡面凸台(20)与旋转套(16)上的上坡面凸台(23)接触压力不同,从而两者之间由最高点向下滑行的行程不同,即上芯轴(4)和下芯轴(3)整体转动的角度不同,上芯轴(4)和下芯轴(3)整体复位时,致使旋转套(16)上的定位杆(24)可插入至不同的V型定位槽(22)中,由此可控制支撑块径向向外延伸的高度,实现相对井壁的固定;

8)、当泵压继续加大,下坡面凸台(20)与上坡面凸台(23)之间由最高点向下滑行至最低点时,泵压停止后,在上弹簧(11)的作用下,上芯轴(4)和下芯轴(3)整体复位,这一过程中,定位杆(24)端头与V型定位槽(22)另一侧的光滑面槽壁接触,由此使旋转套(16)在复位过程中继续旋转,从而使下坡面凸台(20)与上坡面凸台(23)回复至原始起点位置,再次打压后,即可循环工作;通过定位杆(24)与深度不等的定位齿(21)的配合,可控制上支撑块(5)和下支撑块(6)径向伸出的高度,以适应不同直径的井眼,定位完成后,可防止管柱和钻头紧贴井壁,使其端头上扬,从而顺利造斜钻井。

2.一种水平钻井复合造斜导向钻具,它由支撑装置和造斜导向装置构成,支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接,其特征在于:支撑装置包括壳体(1)、套筒(2)、下芯轴(3)、上芯轴(4)、上支撑块(5)和下支撑块(6),壳体(1)内通过推力轴承A(7)和推力轴承B(8)安装有上芯轴(4),上芯轴(4)一侧的壳体(1)内通过对称设置的推力轴承C(9)和推力轴承D(10)安装有下芯轴(3),下芯轴(3)与上芯轴(4)之间螺纹连接;上芯轴(4)对应的壳体(1)圆周上均布有多个上装配孔,上装配孔内装有上支撑块(5),上支撑块(5)一侧的壳体(1)圆周上均布有多个下装配孔,下装配孔内装有下支撑块(6),上支撑块(5)和下支撑块(6)对应的上芯轴(4)上设置有上凸台(12)和下凸台(13),上凸台(12)和下凸台(13)分别呈锥形,上支撑块(5)和下支撑块(6)的底部分别为与上凸台(12)和下凸台(13)对应的坡面;上支撑块(5)和下支撑块(6)通过与上凸台(12)和下凸台(13)的配合与上芯轴(4)滑动连接;推力轴承C(9)和推力轴承D(10)之间的下芯轴(3)上装有上限位套(17),推力轴承C(9)一侧的下芯轴(3)上固装有旋转套(16),旋转套(16)一侧的下芯轴(3)上装有下限位套(15);所述的下限位套(15)一端的端面上设置有多个下坡面凸台(20);所述的上限位套(17)一端的端面上设置有多个V型定位槽(22),各V型定位槽(22)一侧的槽壁上分别呈阶梯状设置有多个定位齿(21);各V型定位槽(22)另一侧的槽壁为光滑面;上限位套(17)与旋转套(16)相互间歇活动卡接;所述的上限位套(17)、推力轴承C(9)和推力轴承D(10)分别与壳体(1)固定连接,上限位套(17)、推力轴承C(9)和推力轴承D(10)分别与下芯轴(3)滑动连接,所述的下芯轴(3)端头的壳体(1)内通过套筒(2)安装有梭型头(18),下芯轴(3)与套筒(2)滑动连接;所述的推力轴承A(7)和推力轴承B(8)之间的上芯轴(4)上套装有上弹簧(11);所述的推力轴承A(7)与壳体(1)固定连接,推力轴承A(7)与上芯轴(4)滑动连接,所述的推力轴承B(8)与壳体(1)滑动连接;推力轴承B(8)与上芯轴(4)固定连接;所述的上芯轴(4)端头螺纹安装有节流套(14),节流套(14)与推力轴承B(8)接触连接;旋转套(16)一端的端面上设置有与下坡面凸台(20)对应的上坡面凸台(23),旋转套(16)另一端的端面上设置有与V型定位槽(22)对应的定位杆(24);

所述的造斜导向装置包括上壳体(25)、装配套(30)、下壳体(26)、调整套(27)和中间轴管(28),中间轴管(28)的一端螺纹安装有下壳体(26),中间轴管(28)的另一端端头设置有球形凸起(35),上壳体(25)的一端螺纹安装有装配套(30),上壳体(25)和装配套(30)的内壁上设置有与球形凸起(35)对应的球形凹,上壳体(25)和装配套(30)通过球形凹与球形凸起(35)的配合滑动密封安装在中间轴管(28)上,装配套(30)和下壳体(26)之间的中间轴管(28)上设置有调整套(27),调整套(27)分别与装配套(30)和下壳体(26)接触连接;调整套(27)一端端面圆周上设置有环状的调整凸起(32),与调整凸起(32)对应的装配套(30)圆周上设置有环状的调整槽,调整槽的底部和调整凸起(32)的顶部分别呈斜形坡面设置,调整套(27)与装配套(30)之间通过调整凸起(32)与调整槽的配合滑动接触连接;

该水平钻井复合造斜导向钻具工作步骤为:

1)、首先在地面调整好造斜角度;具体为:首先旋松下壳体(26)与中间轴管(28)的连接螺纹,使得调整凸起(32)与调整槽出现松动即可;

2)、旋转调整套(27),使调整套(27)的斜形坡面设置的调整凸起(32)在调整槽的坡面由低向高滑行,从而挤压上壳体(25)和装配套(30)相对中间轴管(28)以球形凸起(35)为轴心转动至设计角度,然后旋紧下壳体(26)使其抵紧调整套(27),以固定住所调整的斜度;斜度的调整既告完成;

3)、上述调整完成与管柱连接后,即可整体入井,入井工作时,在泵压作用下洗井液通过节流套(14)推动上芯轴(4)和下芯轴(3)整体下行,

4)、上芯轴(4)和下芯轴(3)整体下行过程中,下限位套(15)上的下坡面凸台(20)与旋转套(16)上的上坡面凸台(23)接触,在压力的作用下,下坡面凸台(20)与上坡面凸台(23)之间由最高点向下滑行,

5)、向下滑行过程中,旋转套(16)带动下芯轴(3)转动,泵压停止后,在上弹簧(11)和下弹簧的作用下,上芯轴(4)和下芯轴(3)整体复位,由此使旋转套(16)上的定位杆(24)插入至V型定位槽(22)其中一个的定位齿(21)内;

6)、由于泵压不同,下限位套(15)上的下坡面凸台(20)与旋转套(16)上的上坡面凸台(23)接触压力不同,从而两者之间由最高点向下滑行的行程不同,即上芯轴(4)和下芯轴(3)整体转动的角度不同,上芯轴(4)和下芯轴(3)整体复位时,致使旋转套(16)上的定位杆(24)可插入至不同的V型定位槽(22)中,由此可控制支撑块径向向外延伸的高度,实现相对井壁的固定;

7)、当泵压继续加大,下坡面凸台(20)与上坡面凸台(23)之间由最高点向下滑行至最低点时,泵压停止后,在上弹簧(11)的作用下,上芯轴(4)和下芯轴(3)整体复位,这一过程中,定位杆(24)端头与V型定位槽(22)另一侧的光滑面槽壁接触,由此使旋转套(16)在复位过程中继续旋转,从而使下坡面凸台(20)与上坡面凸台(23)回复至原始起点位置,再次打压后,即可循环工作;

8)、通过定位杆(24)与深度不等的定位齿(21)的配合,可控制上支撑块(5)和下支撑块(6)径向伸出的高度,从而可适应不同直径的井眼,定位完成后,即可防止管柱和钻头紧贴井壁,使其端头上扬,从而顺利造斜钻井。

3.一种水平钻井复合造斜导向钻具,它由支撑装置和造斜导向装置构成,支撑装置和造斜导向装置相互螺纹连接,其特征在于:支撑装置包括壳体(1)、套筒(2)、下芯轴(3)、上芯轴(4)、上支撑块(5)和下支撑块(6),壳体(1)内通过推力轴承A(7)和推力轴承B(8)安装有上芯轴(4),上芯轴(4)一侧的壳体(1)内通过对称设置的推力轴承C(9)和推力轴承D(10)安装有下芯轴(3),下芯轴(3)与上芯轴(4)之间螺纹连接;上芯轴(4)对应的壳体(1)圆周上均布有多个上装配孔,上装配孔内装有上支撑块(5),上支撑块(5)一侧的壳体(1)圆周上均布有多个下装配孔,下装配孔内装有下支撑块(6),上支撑块(5)和下支撑块(6)对应的上芯轴(4)上设置有上凸台(12)和下凸台(13),上凸台(12)和下凸台(13)分别呈锥形,上支撑块(5)和下支撑块(6)的底部分别为与上凸台(12)和下凸台(13)对应的坡面;上支撑块(5)和下支撑块(6)通过与上凸台(12)和下凸台(13)的配合与上芯轴(4)滑动连接;推力轴承C(9)和推力轴承D(10)之间的下芯轴(3)上装有上限位套(17),推力轴承C(9)一侧的下芯轴(3)上固装有旋转套(16),旋转套(16)一侧的下芯轴(3)上装有下限位套(15);所述的下限位套(15)一端的端面上设置有多个下坡面凸台(20);所述的上限位套(17)一端的端面上设置有多个V型定位槽(22),各V型定位槽(22)一侧的槽壁上分别呈阶梯状设置有多个定位齿(21);各V型定位槽(22)另一侧的槽壁为光滑面;上限位套(17)与旋转套(16)相互间歇活动卡接;所述的上限位套(17)、推力轴承C(9)和推力轴承D(10)分别与壳体(1)固定连接,上限位套(17)、推力轴承C(9)和推力轴承D(10)分别与下芯轴(3)滑动连接,所述的下芯轴(3)端头的壳体(1)内通过套筒(2)安装有梭型头(18),下芯轴(3)与套筒(2)滑动连接;所述的推力轴承A(7)和推力轴承B(8)之间的上芯轴(4)上套装有上弹簧(11);所述的推力轴承A(7)与壳体(1)固定连接,推力轴承A(7)与上芯轴(4)滑动连接,所述的推力轴承B(8)与壳体(1)滑动连接;推力轴承B(8)与上芯轴(4)固定连接;所述的上芯轴(4)端头螺纹安装有节流套(14),节流套(14)与推力轴承B(8)接触连接;旋转套(16)一端的端面上设置有与下坡面凸台(20)对应的上坡面凸台(23),旋转套(16)另一端的端面上设置有与V型定位槽(22)对应的定位杆(24);

所述的造斜导向装置包括上壳体(25)、装配套(30)、下壳体(26)、调整套(27)和中间轴管(28),中间轴管(28)的一端螺纹安装有下壳体(26),中间轴管(28)的另一端设置有球形凸起(35),上壳体(25)的一端螺纹安装有装配套(30),上壳体(25)和装配套(30)的内壁上设置有与球形凸起(35)对应的球形凹,上壳体(25)和装配套(30)通过球形凹与球形凸起(35)的配合滑动密封安装在中间轴管(28)上,装配套(30)和下壳体(26)之间的中间轴管(28)上设置有调整套(27),调整套(27)一端端面圆周上设置有环状的凸缘(33),凸缘(33)上均布有调整栓(34),调整套(27)通过调整栓(34)与装配套(30)抵触连接;

该水平钻井复合造斜导向钻具工作步骤为:

 1)、首先在地面调整好造斜角度;具体为:通过对调整栓(34)旋进的不同,挤压上壳体(25)和装配套(30)相对中间轴管(28)以球形凸起(35)为轴心转动至设计角度,既告完成斜度的调整;

2)、上述调整完成与管柱连接后,即可整体入井,入井工作时,在泵压作用下洗井液通过节流套(14)推动上芯轴(4)和下芯轴(3)整体下行,

3)、上芯轴(4)和下芯轴(3)整体下行过程中,下限位套(15)上的下坡面凸台(20)与旋转套(16)上的上坡面凸台(23)接触,在压力的作用下,下坡面凸台(20)与上坡面凸台(23)之间由最高点向下滑行,

4)、向下滑行过程中,旋转套(16)带动下芯轴(3)转动,泵压停止后,在上弹簧(11)和下弹簧的作用下,上芯轴(4)和下芯轴(3)整体复位,由此使旋转套(16)上的定位杆(24)插入至V型定位槽(22)其中一个的定位齿(21)内;

5)、由于泵压不同,下限位套(15)上的下坡面凸台(20)与旋转套(16)上的上坡面凸台(23)接触压力不同,从而两者之间由最高点向下滑行的行程不同,即上芯轴(4)和下芯轴(3)整体转动的角度不同,上芯轴(4)和下芯轴(3)整体复位时,致使旋转套(16)上的定位杆(24)可插入至不同的V型定位槽(22)中,由此可控制支撑块径向向外延伸的高度,实现相对井壁的固定;

6)、当泵压继续加大,下坡面凸台(20)与上坡面凸台(23)之间由最高点向下滑行至最低点时,泵压停止后,在上弹簧(11)的作用下,上芯轴(4)和下芯轴(3)整体复位,这一过程中,定位杆(24)端头与V型定位槽(22)另一侧的光滑面槽壁接触,由此使旋转套(16)在复位过程中继续旋转,从而使下坡面凸台(20)与上坡面凸台(23)回复至原始起点位置,再次打压后,即可循环工作;

7)、通过定位杆(24)与深度不等的定位齿(21)的配合,可控制上支撑块(5)和下支撑块(6)径向伸出的高度,从而可适应不同直径的井眼,定位完成后,即可防止管柱和钻头紧贴井壁,使其端头上扬,从而顺利造斜钻井。