石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具

摘要

本发明涉及石油井下钻孔设备，具体地说是一种通过一次下井即可完成钢套管壁及水泥和岩石层开孔的石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具，执行机构分为内、中、外三层，包括了对钢套管壁钻孔的钻具及对水泥层和岩石开孔的导向器，两者通过定位液压缸驱动往复移动，使得一次下井即可完成钢套管壁及水泥和岩石层的水平钻孔，大大提高了井下水平开孔的效率，钻具中的钻头为柔性钻头，进给液压缸的进给方向为执行机构外壳的轴向，减少了钻具的占用空间，缩小了执行机构的体积，动力源通过油管向执行机构提供动力，油管与密封连接件之间密封好，不需要专门对电机和电池及电线进行密封。本发明设备结构简单，操作方便，成本低。

权利要求

1.一种石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具，其特征在于：包括执行机构及与其密封连接的动力源，其中

所述执行机构包括容置在执行机构外壳(2)内的导向器(3)、钻具(4)、钻具封装外壳(5)及定位液压缸(9)，钻具封装外壳(5)的一端安装在定位液压缸(9)上，另一端设有导向器(3)，钻具(4)容置在钻具封装外壳(5)内、与其连动，所述钻具(4)的钻头为柔性钻头；钻具封装外壳(5)在定位液压缸(6)的驱动下可在执行机构外壳(2)内往复移动；

所述动力源包括容置在动力源外壳(15)内的液压泵(12)、直流电机(14)、油箱(16)及电池(18)，电池(18)固定在动力源外壳(15)内的底部，直流电机(14)的一端通过电机安装座(17)安装在电池(18)的顶部，另一端与液压泵(12)相连接，油箱(16)位于直流电机(14)与电池(18)之间；所述液压泵(12)通过油管向执行机构提供动力。

2.按权利要求1所述的石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具，其特征在于：所述执行机构通过密封连接件(10)与动力源相连接。

3.按权利要求2所述的石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具，其特征在于：所述定位液压缸(9)固接在密封连接件(10)上，带有钻具(4)的封盖(8)安装在定位液压缸(9)上，钻具封装外壳(5)的一端与封盖(8)螺纹连接，另一端设有导向器(3)；执行机构外壳(2)上连接有输送钢管(1)。

4.按权利要求2所述的石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具，其特征在于：所述液压泵(12)的一端通过液压泵安装座(11)固接在密封连接件(10)上，另一端通过联轴器(13)与直流电机(14)相连接。

5.按权利要求1所述的石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具，其特征在于：所述钻具(4)包括钻头(19)、万向节(20)、液压马达(6)及进给液压缸(7)，进给液压缸(7)安装在封盖(8)上，液压马达(6)固定在进给液压缸(7)上，钻头(19)通过多个万向节(20)与液压马达(6)相连接。

6.按权利要求5所述的石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具，其特征在于：所述进给液压缸(7)沿执行机构外壳(2)的轴向进给。

说明书

石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具

技术领域

[0001] 本发明涉及石油井下钻孔设备，具体地说是一种通过一次下井即可完成钢套管壁及水泥和岩石层开孔的石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具。

背景技术

[0002] 为了满足石油开采工艺的要求，需要在井下套管壁上、不同深度处开钻水平孔。开孔时，需要先用钻头在钢套管壁上钻孔，然后再利用高压喷嘴在水泥层及岩石层上喷射开孔。目前，现有的开孔工艺是先在所需钻孔的位置固定导向器，然后先下一套钻具在钢套壁上钻孔，钻孔后将钻具上提，再将高压喷嘴下井对水泥及岩石等开孔。由于油田的开孔深度会达到3500m左右，这样一来，利用两套工具进行开孔，就会耗费大量的时间，增加油田工人的劳动强度，使成本提高，而且工艺复杂繁琐，带来了诸多不便。

发明内容

[0003] 为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效的石油钻井平台井下水平钻孔组合钻具，该组合钻具通过一次下井就能完成钢套管壁及水泥和岩石层的开孔。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0005] 本发明包括执行机构及与其密封连接的动力源，其中

[0006] 所述执行机构包括容置在执行机构外壳内的导向器、钻具、钻具封装外壳及定位液压缸，钻具封装外壳的一端安装在定位液压缸上，另一端设有导向器，钻具容置在钻具封装外壳内、与其连动，所述钻具的钻头为柔性钻头；钻具封装外壳在定位液压缸的驱动下可在执行机构外壳内往复移动；

[0007] 所述动力源包括容置在动力源外壳内的液压泵、直流电机、油箱及电池，电池固定在动力源外壳内的底部，直流电机的一端通过电机安装座安装在电池的顶部，另一端与液压泵相连接，油箱位于直流电机与电池之间；所述液压泵通过油管向执行机构提供动力。

[0008] 其中：所述执行机构通过密封连接件与动力源相连接；所述定位液压缸固接在密封连接件上，带有钻具的封盖安装在定位液压缸上，钻具封装外壳的一端与封盖螺纹连接，另一端设有导向器；执行机构外壳上连接有输送钢管；所述液压泵的一端通过液压泵安装座固接在密封连接件上，另一端通过联轴器与直流电机相连接；所述钻具包括钻头、万向节、液压马达及进给液压缸，进给液压缸安装在封盖上，液压马达固定在进给液压缸上，钻头通过多个万向节与液压马达相连接；进给液压缸沿执行机构外壳的轴向进给。

[0009] 本发明者的优点与积极效果为：

[0010] 1.本发明的执行机构中包括了对钢套管壁钻孔的钻具及对水泥层和岩石开孔的导向器，两者通过定位液压缸驱动往复移动，使得一次下井即可完成钢套管壁及水泥和岩石层的水平钻孔，大大提高了井下水平开孔的效率。

[0011] 2.本发明的执行机构分为内、中、外三层，在能够实现一次下井完成水平开孔的同时，设备结构简单，操作方便，成本低。

[0012] 3.本发明钻具中的钻头为柔性钻头，进给液压缸的进给方向为执行机构外壳的轴向，减少了钻具的占用空间，缩小了执行机构的体积。

[0013] 4.本发明的动力源通过油管向执行机构提供动力，油管与密封连接件之间密封好，不需要专门对电机和电池及电线进行密封。

[0014] 5.本发明可在井下较深处工作，可以在井下3500m深度处自带能源进行水平开孔工作。

[0015] 6.本发明的直流电机、油箱、电池、液压泵等动力源部件封装在动力源外壳内，可防水、防油。

附图说明

[0016] 图1为本发明的内部整体结构示意图；

[0017] 图2为图1中钻具的结构示意图；

[0018] 图3为本发明的液压回路图；

[0019] 其中：1为输送钢管，2为执行机构外壳，3为导向器，4为钻具，5为钻具封装外壳，6为液压马达，7为进给液压缸，8为封盖，9为定位液压缸，10为密封连接件，11为液压泵安装座，12为液压泵，13为联轴器，14为直流电机，15为动力源外壳，16为油箱，17为电机安装座，18为电池，19为钻头，20为万向节。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本发明作进一步详述。

[0021] 如图1所示，本发明包括执行机构及动力源，执行机构通过密封连接件10与动力源相连接。

[0022] 执行机构包括执行机构外壳2、导向器3、钻具4、钻具封装外壳5及定位液压缸9，执行机构分为三层，最外层是与动力源通过密封连接件10密封连接的执行机构外壳2；中间层是位于执行机构外壳2内的包括导向器3、钻具封装外壳5、定位液压缸9及封盖8，定位液压缸9固定在密封连接件10上，封盖8固接在定位液压缸9的输出端，钻具封装外壳5的一端与封盖8螺纹连接，另一端设有导向器3，导向器3为上、下设置的两个弯管，执行机构外壳2上连接有输送钢管1，输送钢管1通过导向器3的上弯管导向定位；最内层是容置在钻具封装外壳5内、固定于封盖8上的钻具4。导向器3、钻具4及钻具封装外壳5在定位液压缸9的驱动下可在执行机构外壳2内上下往复移动。

[0023] 动力源包括动力源外壳15及容置在其内的液压泵安装座11、液压泵12、联轴器13、直流电机14、油箱16、电机安装座17及电池18，动力源外壳15通过密封连接件10与执行机构外壳2密封连接，电池18通过螺栓固定在动力源外壳15内的底部，直流电机14的一端与电机安装座17螺纹连接后，再固接在电池18的顶部，直流电机14与电池18电连接；
液压泵安装座11通过螺栓固定在动力源外壳15顶端的密封连接件10上，液压泵12固定安装在液压泵安装座11上，直流电机14的另一端通过联轴器13与液压泵12相连接，油箱
16位于直流电机14与电池18之间；液压泵12通过油管与油箱16连接，液压泵12再通过油管分别与执行机构中的定位液压缸9、液压马达6及进给液压缸7相连接；油管与密封连接件10之间也为密封连接。

[0024] 如图2所示，钻具4包括钻头19、万向节20、液压马达6及进给液压缸7，进给液压缸7安装在封盖8上，液压马达6固定在进给液压缸7上，钻头19通过多个万向节20与液压马达6相连接，即钻头19的轴是由万向节20连接而成的柔性轴，使钻头成为柔性钻头；进给液压缸7沿执行机构外壳2的轴向进给，液压马达6的输出端也为执行机构外壳2的轴向，液压马达6、钻头19及万向节20随着进给液压缸7共同进给，钻头19在液压马达6的驱动下转动。

[0025] 本发明的工作原理为：

[0026] 在井上通过输送钢管1将组合钻具送到井下所要开孔的位置后定位，定位液压缸9工作、向上运动，驱动钻具封装外壳5及钻具4向上运动，使导向器3下弯管的钻头导向口位于水平开孔处，定位液压缸9停止工作；然后，液压马达6工作开始转动，同时进给液压缸
7也开始工作，推动液压马达6及钻头19向上进给，柔性钻头初始状态为垂直于水平孔，在进给液压缸7的进给过程中，柔性钻头沿导向器3的下弯管穿入、到达套管壁水平开孔处，对套管壁进行水平开孔。钻头19钻透套管壁后，进给液压缸7反向工作，带动液压马达6及钻头19复位。定位液压缸9向下运动，带动钻具封装外壳5及其顶端的导向器3向下运动，当导向器3上弯管的高压喷嘴导向口对准水平开孔处时，定位液压缸9停止工作，高压喷嘴穿过导向器3、利用高压水继续对岩石及泥土水平开孔。开孔完毕后，重新定位开始进行下一次工作。

[0027] 如图3所示，本发明执行机构的动力由动力源通过液压系统(本发明的液压系统为现有技术)提供，其原理为：

[0028] 直流电机14工作，驱动液压泵12给执行机构供油，油路分为三路：第一路经单向阀、换向阀和减压阀到达定位液压缸9，用来对定位液压缸9提供动力，驱动钻具封装外壳5及钻具4上下运动以及对导向器3提供定位运动；第二路经单向阀、换向阀、减压阀和调速阀到达进给液压缸7，用来对进给液压缸7提供动力，推动液压马达6和钻头19进给；第三路经换向阀到达液压马达6，用来对液压马达6提供动力，驱动钻头19旋转；液压马达6上接有蓄能器，用来补充流量，避免流量不足。