一种水平井旋转自导式浮鞋

摘要

本发明公开了一种水平井旋转自导式浮鞋，涉及水平井钻井设备技术领域，本发明是利用主体筒和定位锥体之间设置的流槽腔作为灌入水泥浆的主要结构，通过注浆管注入水泥浆的同时，以定位锥体作为静态结构，注入水泥浆时的压力为动力源，结合主体筒内部的限向螺旋流条和弧形流条，使主体筒可以适当性旋转，形成静态－动态相结合的旋转结构，其旋转速度与水泥浆的注入速度成正比，从而在下入套管时，保证水平井钻井设备以动态形式下井，水平井钻井设备在以动态旋转形式下井时，利用第一摆球和第二摆球记进行适当性旋转，产生配合主体筒或定位锥体的离心力，其目的是对定位锥体和主体筒进行外向稳定。

权利要求

1.一种水平井旋转自导式浮鞋，包括主体筒（1）和出浆帽（5），其特征在于，所述出浆帽（5）设置在主体筒（1）的下侧位置上，且主体筒（1）内部中心位置上设置有呈竖向设置的定位锥体（9），所述主体筒（1）内壁与定位锥体（9）外壁之间设置有流槽腔（10），所述定位锥体（9）内部下端位置上安装有上托块（8），所述上托块（8）内部中心点位置开设有空腔（22），所述定位锥体（9）中心点位置设置有呈竖向设置的双头球帽杆（17），所述双头球帽杆（17）位于定位锥体（9）内壁和外壁的两端位置上均安装有堵球，所述空腔（22）的内部滑动安装有定位板（23），所述定位板（23）下端中心点位置与双头球帽杆（17）上端位置之间相连接，所述空腔（22）内壁底端和定位板（23）之间设置有顶位弹簧（24），所述双头球帽杆（17）的中端部分安装有滑动块（16），所述滑动块（16）与定位锥体（9）的中心点位置为滑动连接；

所述定位锥体（9）上端部分呈圆筒状，且定位锥体（9）下端部分呈倒圆锥状，所述主体筒（1）对应定位锥体（9）上端部分的内壁位置上安装有限向螺旋流条（18），且主体筒（1）对应定位锥体（9）下端部分的内壁位置上安装有多条弧形流条（19），多条所述弧形流条（19）沿定位锥体（9）的中心点呈环形阵列设置，所述限向螺旋流条（18）、弧形流条（19）与流槽腔（10）之间相匹配；

所述定位锥体（9）内部设置有注浆管（4），所述注浆管（4）与流槽腔（10）内部连通，所述流槽腔（10）对应双头球帽杆（17）下端堵球位置的外壁位置上开设有多个出浆口（21）。

2.根据权利要求1所述的一种水平井旋转自导式浮鞋，其特征在于，所述定位锥体（9）内壁顶端位置上安装有连接塞（6），所述注浆管（4）固定在连接塞（6）中。

3.根据权利要求1所述的一种水平井旋转自导式浮鞋，其特征在于，所述主体筒（1）上端位置上转动安装有连接箍（2），所述连接箍（2）与定位锥体（9）外壁之间为螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种水平井旋转自导式浮鞋，其特征在于，所述定位锥体（9）顶端外壁位置上螺纹连接有止退帽（3），所述止退帽（3）、连接箍（2）与定位锥体（9）外壁的螺旋方向之间相反。

5.根据权利要求1所述的一种水平井旋转自导式浮鞋，其特征在于，所述上托块（8）上端位置安装有上压块（7），所述上压块（7）下表面中心点位置安装有塞块（28），所述塞块（28）上端位置上安装有感应片（11），所述感应片（11）的横截面呈内凹圆弧状，所述上压块（7）内部顶端中心点位置安装有定位信号球（26），所述定位信号球（26）下端连接有电源信号线（25），所述电源信号线（25）下端连接有第二摆球（27）。

6.根据权利要求5所述的一种水平井旋转自导式浮鞋，其特征在于，所述感应片（11）中设置有一个环位点（15）和多个侧位点（14），所述环位点（15）设置在感应片（11）内侧外缘边上，多个所述侧位点（14）设置在感应片（11）内壁位置上，且侧位点（14）沿感应片（11）的中心点位置呈环形阵列设置。

7.根据权利要求1所述的一种水平井旋转自导式浮鞋，其特征在于，所述主体筒（1）中开设有呈环形的活动腔（20），所述活动腔（20）中设置有活动环（13），所述活动环（13）外壁位置上连接有多个第一摆球（12），多个所述第一摆球（12）沿活动环（13）的中心点呈环形阵列设置，所述活动腔（20）对应活动环（13）外壁位置上开设有与第一摆球（12）匹配的球槽（2001）。

说明书

一种水平井旋转自导式浮鞋

技术领域

[0001] 本发明涉及水平井钻井设备技术领域，具体涉及一种水平井旋转自导式浮鞋。

背景技术

[0002] 水平井主要用于碳酸盐岩裂缝油藏、带气顶或底水的油藏、薄层油藏、低渗透油藏、稠油油藏和高含水人工注水油藏等的开发，在钻孔过程中主要包括一次开钻、二次开钻、钻进、起钻、换钻头、下钻、完井、电测、下套管、固井作业等操作；

[0003] 对其中的固井作业来说，其目的保护和支撑油气井内的套管，封隔油、气和水等地层，其本质是在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，其中需要使用到水平井钻井设备这一结构，水平井钻井设备作为灌入水泥浆的辅助结构，避免水泥浆回流，也作为下入套管的辅助结构，避免套管插入到井壁中；

[0004] 而在钻井、固井的实际过程中，水平井实际井长可达上千米，并且井道并非呈现完全竖直的状态，而是呈现多重弯曲状，所以在下入套管时，水平井钻井设备以相对静态下井的方式为主，水平井钻井设备受到弯曲状的井壁，导致水平井钻井设备下井难度增加，甚至会剐蹭井壁而增大破坏井道，对当前的水平井钻井设备下入井道内部时，主要以相对静态下井的方式为主，难以满足弯曲程度复杂的井道内壁，增大水平井钻井设备刮蹭井壁的可能性；

[0005] 针对上述技术问题，本申请提出了一种解决方案。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种水平井旋转自导式浮鞋，用于解决当前水平井钻井设备在下井动作中，因为其运动形态以静态方式为主，难以满足弯曲程度复杂的井道内壁，增大水平井钻井设备剐蹭井壁而破坏井道的可能性。

[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

[0008] 一种水平井旋转自导式浮鞋，包括主体筒和出浆帽，所述出浆帽设置在主体筒的下侧位置上，且主体筒内部中心位置上设置有呈竖向设置的定位锥体，所述主体筒内壁与定位锥体外壁之间设置有流槽腔，所述定位锥体内部下端位置上安装有上托块，所述上托块内部中心点位置开设有空腔，所述定位锥体中心点位置设置有呈竖向设置的双头球帽杆，所述双头球帽杆位于定位锥体内壁和外壁的两端位置上均安装有堵球，所述空腔的内部滑动安装有定位板，所述定位板下端中心点位置与双头球帽杆上端位置之间相连接，所述空腔内壁底端和定位板之间设置有顶位弹簧，所述双头球帽杆的中端部分安装有滑动块，所述滑动块与定位锥体的中心点位置为滑动连接；

[0009] 所述定位锥体上端部分呈圆筒状，且定位锥体下端部分呈倒圆锥状，所述主体筒对应定位锥体上端部分的内壁位置上安装有限向螺旋流条，且主体筒对应定位锥体下端部分的内壁位置上安装有多条弧形流条，多条所述弧形流条沿定位锥体的中心点呈环形阵列设置，所述限向螺旋流条、弧形流条与流槽腔之间相匹配；

[0010] 所述定位锥体内部设置有注浆管，所述注浆管与流槽腔内部连通，所述流槽腔对应双头球帽杆下端堵球位置的外壁位置上开设有多个出浆口。

[0011] 进一步设置为：所述定位锥体内壁顶端位置上安装有连接塞，所述注浆管固定在连接塞中。

[0012] 进一步设置为：所述主体筒上端位置上转动安装有连接箍，所述连接箍与定位锥体外壁之间为螺纹连接。

[0013] 进一步设置为：所述定位锥体顶端外壁位置上螺纹连接有止退帽，所述止退帽、连接箍与定位锥体外壁的螺旋方向之间相反。

[0014] 进一步设置为：所述上托块上端位置安装有上压块，所述上压块下表面中心点位置安装有塞块，所述塞块上端位置上安装有感应片，所述感应片的横截面呈内凹圆弧状，所述上压块内部顶端中心点位置安装有定位信号球，所述定位信号球下端连接有电源信号线，所述电源信号线下端连接有第二摆球。

[0015] 进一步设置为：所述感应片中设置有一个环位点和多个侧位点，所述环位点设置在感应片内侧外缘边上，多个所述侧位点设置在感应片内壁位置上，且侧位点沿感应片的中心点位置呈环形阵列设置。

[0016] 进一步设置为：所述主体筒中开设有呈环形的活动腔，所述活动腔中设置有活动环，所述活动环外壁位置上连接有多个第一摆球，多个所述第一摆球沿活动环的中心点呈环形阵列设置，所述活动腔对应活动环外壁位置上开设有与第一摆球匹配的球槽。

[0017] 本发明具备下述有益效果：

[0018] 1、本发明中的主体筒与定位锥体之间形成流槽腔，用于固井的水泥浆通过注浆管注入到流槽腔，使流槽腔作为水泥浆流道，继而水泥浆在流动过程中，结合限向螺旋流条和流条，以定位锥体作为静态结构，水泥浆流经流槽腔时，通过水泥浆流道时产生的内力，主体筒相对于定位锥体形成动态旋转结构，主体筒可以围绕定位锥体进行适当性旋转，继而在下井过程中，整体水平井钻井设备结构形成自导式旋转结构，其目的是便于水平井钻井设备带动套管下井；

[0019] 2、配合主体筒的动态旋转形式，在定位锥体和主体筒中均设置有两组自由摆结构，两组自由摆结构中由第一摆球和第二摆球在地心引力的作用下产生的自由运动来配合动态旋转，其中定位锥体中的自由摆结构的设置目的是配合初步检测整体水平井钻井设备结构的下井角度，其中主体筒中的自由摆结构中的第一摆球“跟随”动态旋转而有序摆动，通过多个第一摆球的旋转动作产生离心力，对主体筒产生侧向力，对主体筒起到初步稳定的作用。

附图说明

[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0021] 图1为本发明提出的一种水平井旋转自导式浮鞋的结构示意图；

[0022] 图2为本发明提出的一种水平井旋转自导式浮鞋中图1的剖视图；

[0023] 图3为本发明提出的一种水平井旋转自导式浮鞋中图1的拆分图；

[0024] 图4为本发明提出的一种水平井旋转自导式浮鞋中止退帽、连接箍、主体筒部件的剖切图；

[0025] 图5为本发明提出的一种水平井旋转自导式浮鞋中定位锥体部件的剖切图；

[0026] 图6为本发明提出的一种水平井旋转自导式浮鞋中主体筒部件的剖切图；

[0027] 图7为本发明提出的一种水平井旋转自导式浮鞋中双头球帽杆部件的结构示意图；

[0028] 图8为本发明提出的一种水平井旋转自导式浮鞋中上压块部件的剖切图；

[0029] 图9为本发明提出的一种水平井旋转自导式浮鞋中A部分的结构示意图。

[0030] 图中：1、主体筒；2、连接箍；3、止退帽；4、注浆管；5、出浆帽；6、连接塞；7、上压块；8、上托块；9、定位锥体；10、流槽腔；11、感应片；12、第一摆球；13、活动环；14、侧位点；15、环位点；16、滑动块；17、双头球帽杆；18、限向螺旋流条；19、弧形流条；20、活动腔；2001、球槽；
21、出浆口；22、空腔；23、定位板；24、顶位弹簧；25、电源信号线；26、定位信号球；27、第二摆球；28、塞块。

具体实施方式

[0031] 下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0032] 实施例一

[0033] 在水平井钻孔作业中，形成的井道并非为完全垂直或完全水平，实际井道呈现多重弯曲状，所以在水平井的固井作业中，需要以水平井钻井设备等结构作为引鞋或灌入水泥浆的结构，水平井钻井设备以静态方式下井的难度较大，为此提出了如下的技术方案：

[0034] 参照图1 9，本实施例中的一种水平井旋转自导式浮鞋，包括主体筒1和出浆帽5，~出浆帽5设置在主体筒1的下侧位置上，且主体筒1内部中心位置上设置有呈竖向设置的定位锥体9，主体筒1内壁与定位锥体9外壁之间设置有流槽腔10，定位锥体9内部下端位置上安装有上托块8，上托块8内部中心点位置开设有空腔22，定位锥体9中心点位置设置有呈竖向设置的双头球帽杆17，双头球帽杆17位于定位锥体9内壁和外壁的两端位置上均安装有堵球，空腔22的内部滑动安装有定位板23，定位板23下端中心点位置与双头球帽杆17上端位置之间相连接，空腔22内壁底端和定位板23之间设置有顶位弹簧24，双头球帽杆17的中端部分安装有滑动块16，滑动块16与定位锥体9的中心点位置为滑动连接；

[0035] 定位锥体9上端部分呈圆筒状，且定位锥体9下端部分呈倒圆锥状，主体筒1对应定位锥体9上端部分的内壁位置上安装有限向螺旋流条18，且主体筒1对应定位锥体9下端部分的内壁位置上安装有多条弧形流条19，多条弧形流条19沿定位锥体9的中心点呈环形阵列设置，限向螺旋流条18、弧形流条19与流槽腔10之间相匹配；

[0036] 定位锥体9内部设置有注浆管4，注浆管4与流槽腔10内部连通，流槽腔10对应双头球帽杆17下端堵球位置的外壁位置上开设有多个出浆口21。

[0037] 在使用过程中，将本发明中的水平井钻井设备结构连接在下井时所使用的套管结构，下井过程在此处不多做赘述，特别需要说明的是：需要将注浆管4的一端连接在注浆结构；

[0038] 在实际使用过程中，包含如下步骤：

[0039] 步骤一：其中的主体筒1作为下井中的主要结构，即主体筒1作为接触井壁的直接结构，在下井过程中，其中的定位锥体9相对于主体筒1为静态结构，而主体筒1相对于定位锥体9为动态结构，二者之间存在一定的关联性，通过注浆管4向动态结构和静态结构之间形成的流槽腔10注入水泥浆，水泥浆流入到流槽腔10中时，首先沿着限向螺旋流条18流动，参考图6中限向螺旋流条18的外形，使流入到流槽腔10内部的水泥浆在限向螺旋流条18的作用下，呈现螺旋向下的方向进行流动；

[0040] 步骤二：水泥浆从限向螺旋流条18最下侧流出时，再次进入到弧形流条19的区域，使水泥浆的流动方向再次受到弧形流条19的“干涉”；

[0041] 步骤三：最后水泥浆流入到流槽腔10的最下侧，参考图2和图9，随着水泥浆的持续灌入，其内部水泥浆压力升高，直至压力超过顶位弹簧24的弹力，从而带动双头球帽杆17向下移动，继而露出出浆口21，水泥浆沿着出浆口21排出，最后沿着出浆帽5排出，在停止灌入水泥浆时，在顶位弹簧24的回弹力作用下，带动双头球帽杆17复位而堵住出浆口21。

[0042] 结合上述内部的步骤一、步骤二和步骤三，水泥浆的流动过程中受到限向螺旋流条18和弧形流条19的“干涉”，此状态下，定位锥体9处于相对静止的状态，水泥浆受到“干涉”时产生的力以反作用力的方式传递到主体筒1中，继而以水泥浆的流动方向可以带动主体筒1进行自导式的动态旋转方式，其目的是以动态方式便于下井过程。

[0043] 实施例二

[0044] 本实施例是配合实施例的动态旋转方式，优化了整体结构的安装方式，具体如下：

[0045] 定位锥体9内壁顶端位置上安装有连接塞6，注浆管4固定在连接塞6中，主体筒1上端位置上转动安装有连接箍2，连接箍2与定位锥体9外壁之间为螺纹连接，定位锥体9顶端外壁位置上螺纹连接有止退帽3，止退帽3、连接箍2与定位锥体9外壁的螺旋方向之间相反。

[0046] 工作原理：如实施例一所示的内容，定位锥体9为静态结构，主体筒1为动态结构，但是在实际安装过程中，还需要保证各部件之间的安装稳定性，为此提出了如下安装方式：

[0047] A‑1：其中在定位锥体9上连接连接箍2，连接箍2与主体筒1之间为转动连接，从而使主体筒1与定位锥体9之间形成一体式结构，但是不会影响到主体筒1的自导式旋转过程；

[0048] A‑2：再次以止退帽3连接在定位锥体9上，其目的是对连接箍2进行二次加固，确保整体结构的连接稳定性，也兼具作为连接塞6的安装结构；

[0049] 结合A‑1和A‑2的内部，需要保证连接箍2和止退帽3与定位锥体9之间的螺纹方向相反，其目的是在持续自导式旋转过程中，止退帽3相对于连接箍2出现松脱而导致各部件之间的连接稳定性受到影响。

[0050] 实施例三

[0051] 本实施例以实施例一的动态旋转方式为基础，增设了如下内容：

[0052] 上托块8上端位置安装有上压块7，上压块7下表面中心点位置安装有塞块28，塞块28上端位置上安装有感应片11，感应片11的横截面呈内凹圆弧状，上压块7内部顶端中心点位置安装有定位信号球26，定位信号球26下端连接有电源信号线25，电源信号线25下端连接有第二摆球27，感应片11中设置有一个环位点15和多个侧位点14，环位点15设置在感应片11内侧外缘边上，多个侧位点14设置在感应片11内壁位置上，且侧位点14沿感应片11的中心点位置呈环形阵列设置，主体筒1中开设有呈环形的活动腔20，活动腔20中设置有活动环13，活动环13外壁位置上连接有多个第一摆球12，多个第一摆球12沿活动环13的中心点呈环形阵列设置，活动腔20对应活动环13外壁位置上开设有与第一摆球12匹配的球槽
2001。

[0053] 其优点在于：参照当前水平井的井道，并非呈现完全垂直或完全水平的状态，为此增设了如下两种方式：

[0054] B‑1：结合实施例一中的动态旋转方式，以其中的相对垂直状态的井道来说，在地心引力的作用下，理论上第二摆球27始终保持与引力方向一致，参照图8，第二摆球27初始状态下，不与侧位点14或环位点15接触，第二摆球27、电源信号线25和定位信号球26之间并未形成闭合电路，但是实际井道呈现多重弯曲状，所以实际情况下，第二摆球27随着井道进行角度切换而碰触到对应位置上的侧位点14上，第二摆球27、电源信号线25和定位信号球26之间形成闭合电路，从而反馈出水平井钻井设备的实际角度；

[0055] 对B‑1进行描述，其中的第二摆球27、电源信号线25和定位信号球26之间的电路，可以参考当前的电信号转换原理，其原理是电力转换为数字信号，以数字信号反馈出对应形象，在此处不多做赘述，本段内容仅仅作为整体水平井钻井设备结构中的辅助结构；

[0056] B‑2：参照B‑1，在第二摆球27接触到环位点15时，可以侧面反馈此时的水平井钻井设备处于相对水平的状态，结合实施例一中的动态旋转过程，并参考图4，随着主体筒1的自导式旋转，也可以间接带动活动环13进行旋转，继而带动多个第一摆球12进行环形运动，以多个第一摆球12的环形运动产生向外侧的离心力，在理论上，在主体筒1外壁位置上形成均匀向外的外力，其目的是用来稳固实施例一中的动态旋转过程。

[0057] 综上所述：利用主体筒和定位锥体之间设置的流槽腔作为灌入水泥浆的主要结构，通过注浆管注入水泥浆的同时，以定位锥体作为静态结构，注入水泥浆时的压力为动力源，结合主体筒内部的限向螺旋流条和弧形流条，使主体筒可以适当性旋转，形成静态－动态相结合的旋转结构，其旋转速度与水泥浆的注入速度成正比，从而在下入套管时，保证水平井钻井设备以动态形式下井，水平井钻井设备在以动态旋转形式下井时，利用第一摆球和第二摆球记进行适当性旋转，产生配合主体筒或定位锥体的离心力，其目的是对定位锥体和主体筒进行外向稳定。

[0058] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可做很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。