專利名稱：一種井壁鉆孔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油天然氣鉆井、完井和采油的配套裝置。
技術(shù)背景為保持井壁穩(wěn)定、封隔不同的地層壓力體系，普遍采用的方法是在井眼中下入套管，然后在套管和地層的環(huán)空間隙中注入水泥進(jìn)行封固。這樣就帶來一個(gè)問題，如何建立溝通井筒和地層的通道，實(shí)現(xiàn)油氣等流體的采出或注入。目前解決這一問題普遍使用的是聚能射孔技術(shù)，該技術(shù)出現(xiàn)已有相當(dāng)長的時(shí)間，具有易于實(shí)現(xiàn)、操作維護(hù)簡便的特點(diǎn)，但是其也存在射孔深度有限、對套管和水泥環(huán)產(chǎn)生沖擊破壞作用、影響油井壽命、大幅降低孔壁周圍巖石滲透性等固有缺陷。為克服聚能射孔技術(shù)的不足，國內(nèi)外工程技術(shù)人員開展了大量的研究，也形成了“水射流深穿透射孔”、“噴砂射孔”、“子彈射孔”及“激光射孔”等多種技術(shù)手段，但是所發(fā)展的技術(shù)由于存在工作穩(wěn)定性差(如水射流深穿透射孔)、成本高(如激光射孔)、適應(yīng)范圍有限(如子彈射孔和噴砂射孔)等不足，一直未能真正取代聚能射孔，成為被廣泛使用的技術(shù)。因此，如何在不影響油井壽命和地層滲透率的情況下，建立溝通井筒和地層之間大深度通道的現(xiàn)場需求和現(xiàn)有技術(shù)之間的矛盾依然存在，也是油氣開發(fā)領(lǐng)域一個(gè)重要的技術(shù)發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型正是為實(shí)現(xiàn)在不影響油井壽命和地層滲透率的情況下，建立溝通井筒和地層之間大深度通道的目的而設(shè)計(jì)的，其原理是利用水力能量驅(qū)動轉(zhuǎn)子，帶動連接有鉆頭的中空撓性軸，經(jīng)轉(zhuǎn)向器調(diào)整撓性軸前進(jìn)的方向，順序直接鉆穿套管、水泥環(huán)，鉆入地層，形成可穿越污染帶的大深度孔眼，本實(shí)用新型的目的就是為現(xiàn)場提供一種井壁鉆孔裝置。
本實(shí)用新型是這樣來實(shí)現(xiàn)的，它由內(nèi)筒、外筒、撓性軸、定子、轉(zhuǎn)子、鉆頭和轉(zhuǎn)向器等組成，外筒的上端和下端分別與管柱和轉(zhuǎn)向器相連，外筒中段的內(nèi)壁上加工有下行滑道和上行滑道，下行滑道成直線形，上行滑道成螺旋形，下行滑道和上行滑道首尾光滑相連，定子配裝入內(nèi)筒內(nèi)，轉(zhuǎn)子套裝在中空的軸上，定子和轉(zhuǎn)子間隔安裝，用壓緊螺母將轉(zhuǎn)子軸向固定，在內(nèi)筒內(nèi)部的上端和下端分別裝入上限位套和下限位套，在上限位套的上端、內(nèi)筒的內(nèi)部配裝入加工有流道的節(jié)流盤，在下限位套的下端、內(nèi)筒的內(nèi)部順序裝入推力軸承和內(nèi)筒下堵頭，軸的下部開有流入口，軸的下端與中空的撓性軸相連，內(nèi)筒外壁的上端固定有內(nèi)筒扶正塊，下端固定有內(nèi)筒滑塊，將內(nèi)筒裝在外筒內(nèi)，內(nèi)筒扶正塊與外筒內(nèi)壁接觸，內(nèi)筒滑塊與外筒內(nèi)壁上的下行滑道或上行滑道配合，撓性軸向下穿過轉(zhuǎn)向器中的轉(zhuǎn)向管道，在撓性軸的末端與鉆頭相連，轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向管道由入口直柱段、轉(zhuǎn)向圓弧段和出口校直段順序光滑連接而成，轉(zhuǎn)向管道的出口處加工有鉆頭腔，撓性軸的外徑小于轉(zhuǎn)向器中的轉(zhuǎn)向管道的內(nèi)徑，轉(zhuǎn)子的外徑小于內(nèi)筒的內(nèi)徑，定子的內(nèi)徑大于軸的外徑，定子和轉(zhuǎn)子的端面之間留有間隙，內(nèi)筒下堵頭與軸、節(jié)流盤與內(nèi)筒采用密封配合，鉆井液經(jīng)節(jié)流盤進(jìn)入內(nèi)筒內(nèi)，沖擊定子和轉(zhuǎn)子，驅(qū)動軸和與軸相連的撓性軸旋轉(zhuǎn)，鉆井液沿內(nèi)筒向下，經(jīng)軸下部的流入口進(jìn)入撓性軸內(nèi)，由鉆頭噴出，由于節(jié)流盤的流道的過流面積較小，鉆井液經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生壓降作用于節(jié)流盤上端面，形成壓力推動內(nèi)筒和撓性軸下行，撓性軸經(jīng)轉(zhuǎn)向器調(diào)整方向，推動鉆頭前進(jìn)破碎套管、水泥環(huán)和巖石，內(nèi)筒下行時(shí)，內(nèi)筒下端固定的內(nèi)筒滑塊與外筒內(nèi)壁上的下行滑道配合，限制內(nèi)筒轉(zhuǎn)動，當(dāng)內(nèi)筒滑塊到達(dá)下行滑道出口時(shí)，鉆頭的鉆孔過程完成，內(nèi)筒滑塊轉(zhuǎn)入上行滑道，內(nèi)筒沿上行滑道旋轉(zhuǎn)上行，克服作用于節(jié)流盤上端面的壓力，將撓性軸從鉆成的孔眼中逐漸拉回，直到內(nèi)筒滑塊上行到下行滑道入口處，上行過程結(jié)束，又轉(zhuǎn)入下行，開始新的鉆孔過程，如此周而復(fù)始，即可在地層中鉆出多個(gè)孔眼，鉆頭的轉(zhuǎn)速通過調(diào)整鉆井液流量、定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)參數(shù)等獲得，鉆頭的鉆孔速度通過設(shè)計(jì)不同的鉆頭切削結(jié)構(gòu)、調(diào)整節(jié)流盤的流道尺寸和轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向管道的幾何尺寸等獲得，鉆成孔眼的深度通過調(diào)整撓性軸的長度獲得。
本實(shí)用新型基于聚能射孔等現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的綜合分析，創(chuàng)造性地利用水力能量驅(qū)動撓性軸，帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，經(jīng)轉(zhuǎn)向器調(diào)整撓性軸前進(jìn)的方向，直接鉆穿套管、水泥環(huán)，在地層中形成大深度的孔眼，該裝置具有不沖擊套管和水泥環(huán)、不傷害地層、鉆孔速度快、成孔深度大、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有非常廣闊的現(xiàn)場應(yīng)用前景。


圖1一種井壁鉆孔裝置示意圖圖2一種井壁鉆孔裝置的上行滑道和下行滑道示意圖1.節(jié)流盤；2.壓緊螺母；3.轉(zhuǎn)子；4.外筒；5.軸；6.下限位套；7.內(nèi)筒滑塊；8.內(nèi)筒下堵頭；9.撓性軸；10.轉(zhuǎn)向器；11.鉆頭腔；12.鉆頭；13.內(nèi)筒扶正塊；14.上限位套；15.定子；16.流入口；17.內(nèi)筒；18.推力軸承；19.入口直柱段；20.轉(zhuǎn)向管道；21.轉(zhuǎn)向圓弧段；22.出口校直段；23.下行滑道入口；24.下行滑道；25.上行滑道；26.下行滑道出口具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
當(dāng)采用本實(shí)用新型進(jìn)行井壁鉆孔施工時(shí)，外筒[4]的上端和下端分別與管柱和轉(zhuǎn)向器[10]相連，外筒[4]中段的內(nèi)壁上加工有下行滑道[24]和上行滑道[25]，下行滑道[24]成直線形，上行滑道[25]成螺旋形，下行滑道[24]和上行滑道[25]首尾光滑相連，定子[15]配裝入內(nèi)筒[17]內(nèi)，轉(zhuǎn)子[3]套裝在中空的軸[5]上，定子[15]和轉(zhuǎn)子[3]間隔安裝，用壓緊螺母[2]將轉(zhuǎn)子[3]軸向固定，在內(nèi)筒[17]內(nèi)部的上端和下端分別裝入上限位套[14]和下限位套[6]，在上限位套[14]的上端、內(nèi)筒[17]的內(nèi)部配裝入加工有流道的節(jié)流盤[1]，在下限位套[6]的下端、內(nèi)筒[17]的內(nèi)部順序裝入推力軸承[18]和內(nèi)筒下堵頭[8]，軸[5]的下部開有流入口[16]，軸[5]的下端與中空的撓性軸[9]相連，內(nèi)筒[17]外壁的上端固定有內(nèi)筒扶正塊[13]，下端固定有內(nèi)筒滑塊[7]，將內(nèi)筒[17]裝在外筒[4]內(nèi)，內(nèi)筒扶正塊[13]與外筒[4]內(nèi)壁接觸，內(nèi)筒滑塊[7]與外筒[4]內(nèi)壁上的下行滑道[24]或上行滑道[25]配合，撓性軸[9]向下穿過轉(zhuǎn)向器[10]中的轉(zhuǎn)向管道[20]，在撓性軸[9]的末端與鉆頭[12]相連，轉(zhuǎn)向器[10]的轉(zhuǎn)向管道[20]由入口直柱段[19]、轉(zhuǎn)向圓弧段[21]和出口校直段[22]順序光滑連接而成，轉(zhuǎn)向管道[20]的出口處加工有鉆頭腔[11]，撓性軸[9]的外徑小于轉(zhuǎn)向器[10]中的轉(zhuǎn)向管道[20]的內(nèi)徑，轉(zhuǎn)子[3]的外徑小于內(nèi)筒[17]的內(nèi)徑，定子[15]的內(nèi)徑大于軸[5]的外徑，定子[15]和轉(zhuǎn)子[3]的端面之間留有間隙，內(nèi)筒下堵頭[8]與軸[5]、節(jié)流盤[1]與內(nèi)筒[17]采用密封配合。
當(dāng)采用本實(shí)用新型進(jìn)行井壁鉆孔施工時(shí)，鉆井液經(jīng)節(jié)流盤[1]進(jìn)入內(nèi)筒[17]內(nèi)，沖擊定子[15]和轉(zhuǎn)子[3]，驅(qū)動軸[5]和與軸[5]相連的撓性軸[9]旋轉(zhuǎn)，鉆井液沿內(nèi)筒[17]向下，經(jīng)軸[5]下部的流入口[16]進(jìn)入撓性軸[9]內(nèi)，由鉆頭[12]噴出，由于節(jié)流盤[1]的流道的過流面積較小，鉆井液經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生壓降作用于節(jié)流盤[1]上端面，形成壓力推動內(nèi)筒[17]和撓性軸[9]下行，撓性軸[9]經(jīng)轉(zhuǎn)向器[10]調(diào)整方向，推動鉆頭[12]前進(jìn)破碎套管、水泥環(huán)和巖石，內(nèi)筒[17]下行時(shí)，內(nèi)筒[17]下端固定的內(nèi)筒滑塊[7]與外筒[4]內(nèi)壁上的下行滑道[24]配合，限制內(nèi)筒[17]轉(zhuǎn)動，當(dāng)內(nèi)筒滑塊[7]到達(dá)下行滑道出口[26]時(shí)，鉆頭[12]的鉆孔過程完成，內(nèi)筒滑塊[7]轉(zhuǎn)入上行滑道[25]，內(nèi)筒[17]沿上行滑道[25]旋轉(zhuǎn)上行，克服作用于節(jié)流盤[1]上端面的壓力，將撓性軸[9]從鉆成的孔眼中逐漸拉回，直到內(nèi)筒滑塊[7]上行到下行滑道入口[23]處，上行過程結(jié)束，又轉(zhuǎn)入下行，開始新的鉆孔過程，如此周而復(fù)始，即可在地層中鉆出多個(gè)孔眼，鉆頭[12]的轉(zhuǎn)速通過調(diào)整鉆井液流量、定子[15]和轉(zhuǎn)子[3]的結(jié)構(gòu)參數(shù)等獲得，鉆頭[12]的鉆孔速度通過設(shè)計(jì)不同的鉆頭[12]切削結(jié)構(gòu)、調(diào)整節(jié)流盤[1]的流道尺寸和轉(zhuǎn)向器[10]的轉(zhuǎn)向管道[20]的幾何尺寸等獲得，鉆成孔眼的深度通過調(diào)整撓性軸[9]的長度獲得。
權(quán)利要求1.一種井壁鉆孔裝置，它由內(nèi)筒、外筒、撓性軸、定子、轉(zhuǎn)子、鉆頭、轉(zhuǎn)向器等組成，其特征是外筒[4]的上端和下端分別與管柱和轉(zhuǎn)向器[10]相連，外筒[4]中段的內(nèi)壁上加工有下行滑道[24]和上行滑道[25]，下行滑道[24]成直線形，上行滑道[25]成螺旋形，下行滑道[24]和上行滑道[25]首尾光滑相連，定子[15]配裝入內(nèi)筒[17]內(nèi)，轉(zhuǎn)子[3]套裝在中空的軸[5]上，定子[15]和轉(zhuǎn)子[3]間隔安裝，用壓緊螺母[2]將轉(zhuǎn)子[3]軸向固定，在內(nèi)筒[17]內(nèi)部的上端和下端分別裝入上限位套[14]和下限位套[6]，在上限位套[14]的上端、內(nèi)筒[17]的內(nèi)部配裝入加工有流道的節(jié)流盤[1]，在下限位套[6]的下端、內(nèi)筒[17]的內(nèi)部順序裝入推力軸承[18]和內(nèi)筒下堵頭[8]，軸[5]的下部開有流入口[16]，軸[5]的下端與中空的撓性軸[9]相連，內(nèi)筒[17]外壁的上端固定有內(nèi)筒扶正塊[13]，下端固定有內(nèi)筒滑塊[7]，將內(nèi)筒[17]裝在外筒[4]內(nèi)，內(nèi)筒扶正塊[13]與外筒[4]內(nèi)壁接觸，內(nèi)筒滑塊[7]與外筒[4]內(nèi)壁上的下行滑道[24]或上行滑道[25]配合，撓性軸[9]向下穿過轉(zhuǎn)向器[10]中的轉(zhuǎn)向管道[20]，在撓性軸[9]的末端與鉆頭[12]相連，轉(zhuǎn)向器[10]的轉(zhuǎn)向管道[20]由入口直柱段[19]、轉(zhuǎn)向圓弧段[21]和出口校直段[22]順序光滑連接而成，轉(zhuǎn)向管道[20]的出口處加工有鉆頭腔[11]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井壁鉆孔裝置，其特征是撓性軸[9]的外徑小于轉(zhuǎn)向器[10]中的轉(zhuǎn)向管道[20]的內(nèi)徑，轉(zhuǎn)子[3]的外徑小于內(nèi)筒[17]的內(nèi)徑，定子[15]的內(nèi)徑大于軸[5]的外徑，定子[15]和轉(zhuǎn)子[3]的端面之間留有間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井壁鉆孔裝置，其特征是內(nèi)筒下堵頭[8]與軸[5]、節(jié)流盤[1]與內(nèi)筒[17]采用密封配合。
專利摘要一種井壁鉆孔裝置，它由內(nèi)筒、外筒、撓性軸、定子、轉(zhuǎn)子、鉆頭、轉(zhuǎn)向器等組成，其原理是利用水力能量驅(qū)動轉(zhuǎn)子，帶動接有鉆頭的中空撓性軸，經(jīng)轉(zhuǎn)向器調(diào)整撓性軸前進(jìn)的方向，順序直接鉆穿套管、水泥環(huán)，鉆入地層，形成可穿地層越污染帶的大深度孔眼，該裝置具有不沖擊套管和水泥環(huán)、不傷害地層、鉆孔速度快、成孔深度大、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有非常廣闊的現(xiàn)場應(yīng)用前景。
文檔編號E21B43/00GK2747355SQ200420096900
公開日2005年12月21日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者倪紅堅(jiān), 韓來聚, 李作會, 王敏生 申請人:中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院