本發(fā)明涉及鉆井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鉆桿及鉆井系統(tǒng)工具。

背景技術(shù)：

近些年來為提高油氣采收率，降低鉆井成本，廢舊老井的重新開采成為突破方向，其中側(cè)鉆開窗市場尤為火爆。，很多油田都在現(xiàn)場應(yīng)用了套管開窗側(cè)鉆技術(shù)。但由于用于小井眼側(cè)鉆的鉆桿尺寸小、剛度低、抗扭能力差，加之高曲率影響，導(dǎo)致鉆柱所處載荷環(huán)境極為惡劣，鉆井過程中時常發(fā)生鉆桿螺紋失效事故，影響作業(yè)安全。

為防止鉆桿兩端的連接處的螺紋失效，鉆桿之間的連接均采用錐螺紋，且采用牙型為三角形的螺紋，然而，牙型為三角形的錐螺紋使得鉆桿的壁厚較大，這勢必增大了外徑和/或減小了內(nèi)徑。從而使得井眼的環(huán)空較小(即鉆桿與井眼之間的環(huán)形間隙)增大了泥漿的反流阻力，且鉆桿較小的內(nèi)徑使得泥漿排量過小。從而造成鉆井過程中泵壓過高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施例提供了一種用于開窗的鉆桿。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施例采用的技術(shù)方案是：

一種用于開窗的鉆桿，包括具有內(nèi)孔的鉆桿本體以及形成在所述鉆桿本體一端的錐形的連接頭，所述鉆桿本體的另一端沿其軸向形成錐形的連接孔，所述連接孔與所述內(nèi)孔連通；所述連接頭的外周面形成有外螺紋，所述連接孔的孔壁形成有內(nèi)螺紋，所述外螺紋和所述內(nèi)螺紋的螺牙均設(shè)置成梯形牙。

優(yōu)選地，所述連接頭與所述連接孔匹配，以使其中一個所述用于開窗的鉆桿的連接頭能夠旋入另一個所述用于開窗的鉆桿的連接孔中。

優(yōu)選地，所述連接孔與所述內(nèi)孔之間通過第一光孔連通，所述第一光孔與所述內(nèi)孔的連接處形成有第一臺階面；所述連接頭的端部形成有第一光軸，當(dāng)其中一個所述用于開窗的鉆桿的連接頭旋入另一個所述用于開窗的鉆桿的連接孔中時，所述第一光軸的頭部抵靠在所述第一臺階面上。

優(yōu)選地，所述連接頭與所述鉆桿本體之間形成有第二光軸，所述第二光軸與所述鉆桿本體的連接處形成有第二臺階面，所述連接孔遠離所述第一光孔的一端形成第二光孔，當(dāng)其中一個所述用于開窗的鉆桿的連接頭旋入另一個所述用于開窗的鉆桿的連接孔中后，所述第二光軸穿設(shè)所述第二光孔且所述鉆桿本體抵靠在所述第二臺階面上。

優(yōu)選地，所述鉆桿本體的外徑最大處的外徑為98mm-107mm。

優(yōu)選地，所述外螺紋和所述內(nèi)螺紋的錐度均為1：6-1：28。

優(yōu)選地，所述外螺紋的牙型角和所述內(nèi)螺紋的牙型角均為15°-80°。

優(yōu)選地，所述外螺紋和所述內(nèi)螺紋均為單頂螺紋或均為雙頂螺紋。

本發(fā)明還公開了一種鉆井系統(tǒng)工具，包括：

上述的用于開窗的鉆桿；

加重鉆桿，其上端與所述用于開窗的鉆桿連接；

定位短接，其上端與所述加重鉆桿的下端連接；

無磁加重鉆桿，其上端與所述定位短接的下端連接；

螺桿鉆具總成，其包括馬達總成，所述馬達總成包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子固定于所述無磁加重鉆桿的內(nèi)壁，所述轉(zhuǎn)子穿設(shè)所述定子；以及

鉆頭，其與所述轉(zhuǎn)子連接并由所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動。

優(yōu)選地，所述鉆井系統(tǒng)工具還包括能夠進行無線通訊的測量傳輸裝置和無線接收裝置；所述測量傳輸裝置用于獲取所述鉆頭周圍的地層數(shù)據(jù)并將所述地層數(shù)據(jù)發(fā)送給所述無線接收裝置，所述無線接收裝置用于處理接收的所述地層數(shù)據(jù)，并將處理后的所述地層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為壓力信號以發(fā)送給地面上的顯示設(shè)備。

優(yōu)選地，所述測量傳輸裝置包括測量模塊、第一電池模塊以及無線輸出模塊，所述第一電池模塊用于為所述測量模塊以及所述無線輸出模塊供電，所述測量模塊用于獲取所述鉆頭周圍的所述地層數(shù)據(jù)；所述無線輸出模塊用于將所述地層數(shù)據(jù)發(fā)送給所述無線接收裝置；

所述無線接收裝置包括無線接收模塊、處理模塊、脈沖器以及第二電池模塊；所述第二電池模塊用于為所述無線接收模塊、所述處理模塊以及所述脈沖器供電，所述無線接收模塊用于接收所述無線輸出模塊所發(fā)送的所述地層數(shù)據(jù)；所述處理模塊用于處理所述地層數(shù)據(jù)并將所述地層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為壓力信號，所述脈沖器用于接收所述壓力信號并將所述壓力信號發(fā)送給地面上的顯示設(shè)備。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的實施例所提供的用于開窗的鉆桿的有益效果是：本發(fā)明的用于開窗的鉆桿的連接螺紋為梯形螺紋，在相同連接剛度和強度的情況下，梯形螺紋相對三角形螺紋的徑向尺寸小，在鉆桿上設(shè)置梯形螺紋可以減小甚至避免螺紋牙形對鉆桿的壁厚的影響，從而能夠?qū)@桿的壁厚設(shè)計的更薄。如此，在與現(xiàn)有技術(shù)中的鉆桿相同外徑的情況下，可以將本發(fā)明的鉆桿的內(nèi)徑設(shè)計的更大；在與現(xiàn)有技術(shù)中的鉆桿相同內(nèi)徑的情況下，可以將本發(fā)明的鉆桿的外徑設(shè)計的更小，從而在利用本發(fā)明的鉆桿進行鉆井時，可以使井眼的環(huán)空增大以減小泥漿的反流阻力，并同時可以使泥漿排量增大以降低泵壓。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施例提供的用于開窗的鉆桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的實施例提供的用于開窗的鉆桿的設(shè)置有連接頭的一端的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的實施例提供的用于開窗的鉆桿的開設(shè)有連接孔的一端的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的實施例提供的用于開窗的鉆桿中的連接頭以及連接孔上的螺牙的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的實施例提供的鉆井系統(tǒng)工具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

10-鉆桿本體；11-內(nèi)孔；20-連接頭；21-錐外螺紋；22-第一光軸；23-第二光軸；24-第二臺階面；30-連接孔；31-錐內(nèi)螺紋；32-第一光孔；33-第一臺階面；34-第二光孔；40-螺牙；1-鉆頭；211-傳動軸；212-下徑向軸承；213-軸向軸承；214-上徑向軸承；215-傳動軸殼體；221-水帽；222-連接桿；223-彎殼體；231-定子；232-轉(zhuǎn)子；233-防掉接頭；234-防掉壓緊帽；3-無磁加重鉆桿；4-定位短接；5-加重鉆桿；61-測量模塊；611-傳輸線；62-第一電池模塊；63-無線輸出模塊；71-無線接收模塊；72-處理模塊；73-第二電池模塊；74-脈沖器；8-鉆桿。

具體實施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作詳細說明。

如圖1至圖4所示，本發(fā)明的實施例公開了一種用于開窗的鉆桿，包括具有內(nèi)孔11的鉆桿本體10以及形成在鉆桿本體10一端的錐形的連接頭20，鉆桿本體10的另一端沿其軸向開設(shè)有錐形的連接孔30，連接頭20、連接孔30以及內(nèi)孔均同軸，且連接孔30與內(nèi)孔11連通；連接頭20的外周面形成有外螺紋21，連接孔30的孔壁形成有內(nèi)螺紋31，本發(fā)明的關(guān)鍵是將外螺紋21和內(nèi)螺紋31的螺牙40均設(shè)置成梯形牙。

本發(fā)明的用于開窗的鉆桿的連接螺紋為梯形螺紋，在相同連接剛度和強度的情況下，梯形螺紋相對三角形螺紋的徑向尺寸小，在鉆桿上設(shè)置梯形螺紋可以減小甚至避免螺紋牙形對鉆桿的壁厚的影響，從而能夠?qū)@桿的壁厚設(shè)計的更薄。如此，在與現(xiàn)有技術(shù)中的鉆桿相同外徑的情況下，可以將本發(fā)明的鉆桿的內(nèi)徑設(shè)計的更大；在與現(xiàn)有技術(shù)中的鉆桿相同內(nèi)徑的情況下，可以將本發(fā)明的鉆桿的外徑設(shè)計的更小，從而在利用本發(fā)明的鉆桿進行鉆井時，可以使井眼的環(huán)空增大以減小泥漿的反流阻力，并同時可以使泥漿排量增大以降低泵壓。優(yōu)選地，外螺紋和內(nèi)螺紋的錐度均為1：6-1：28，外螺紋的牙型角和內(nèi)螺紋的牙型角均為15°-80°，外螺紋和內(nèi)螺紋均為單頂螺紋或均為雙頂螺紋。鉆桿本體10的外徑最大處的外徑為98mm-107mm。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，連接頭20與連接孔30匹配，以使本發(fā)明的其中一個鉆桿的連接頭20能夠旋入另一個鉆桿的連接孔30中。如此，可以將本發(fā)明的多個鉆桿依次進行螺紋連接以增大鉆桿的長度。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，連接孔30與內(nèi)孔11之間通過第一光孔32連通，第一光孔32與內(nèi)孔11的連接處形成有第一臺階面33；連接頭20的端部形成有第一光軸22，當(dāng)其中一個鉆桿的連接頭20旋入另一個鉆桿的連接孔30中時，第一光軸22的頭部抵靠在第一臺階面33上。連接頭20與鉆桿本體10之間形成有第二光軸23，第二光軸23與鉆桿本體10連接處形成有第二臺階面24，連接孔30遠離第一光孔32的一端形成第二光孔34，以當(dāng)其中一個鉆桿的連接頭20旋入另一個鉆桿的連接孔30中后，第二光軸23穿設(shè)第二光孔34且鉆桿本體10抵靠在第二臺階面24上。本發(fā)明采用雙臺肩設(shè)計(第一臺階面和第二臺階面為鉆桿的兩個臺肩)，從而增大了鉆桿的連接強度和剛度。

根據(jù)上述可知，本發(fā)明的鉆桿采用梯形牙的螺紋設(shè)計以及雙臺肩設(shè)計，從而降低了鉆桿的壁厚需求，增大內(nèi)外環(huán)空，減少循環(huán)壓耗，提高循環(huán)排量。從而能增加內(nèi)外環(huán)空，降低循環(huán)壓耗，提高循環(huán)排量，增加攜砂能力，同時雙臺肩螺紋設(shè)計，同時接觸增加了螺紋抗扭、抗彎強度，改善了螺紋受力情況，降低了螺紋根部應(yīng)力，提高了安全系數(shù)和抗疲勞能力。

為進一步增大鉆桿的剛性，降低作業(yè)風(fēng)險，提高鉆壓，以滿足開窗側(cè)鉆工況使用要求，鉆桿本體10由三段桿體對焊形成。中間桿體由s135或g105制成，兩側(cè)桿體由4137h或4330合金鋼制成。

本發(fā)明還公開了一種鉆井系統(tǒng)工具，如圖5所示，該鉆井系統(tǒng)工具包括上述的用于開窗的鉆桿8、測量傳輸裝置、無線接收裝置、加重鉆桿5、定位短接4、無磁加重鉆桿3、螺桿鉆具總成以及鉆頭1。其中，加重鉆桿5的上端與鉆桿8連接，定位短接4的上端與加重鉆桿5的下端連接，無磁加重鉆桿3的上端與定位短接4的下端連接。螺桿鉆具總成包括馬達總成，馬達總成包括轉(zhuǎn)子232和定子231，定子231形成在無磁加重鉆桿3的內(nèi)壁上，轉(zhuǎn)子232穿設(shè)定子231，該轉(zhuǎn)子232用于驅(qū)動鉆頭1。

本發(fā)明的鉆井系統(tǒng)工具由于裝設(shè)了上述的用于開窗的鉆桿8，使得鉆井系統(tǒng)工具能夠鉆更小的井眼，并能夠減小在鉆井過程中的阻力，提高鉆井剛度。

螺桿鉆具總成除包括馬達總成外，還包括傳動軸總成以及萬向軸總成。

傳動軸總成包括傳動軸211、下徑向軸承212、軸向軸承213、上徑向軸承214和傳動軸殼體215；萬向軸總成包括水帽221、連接桿222、彎殼體223及轉(zhuǎn)子接頭224；馬達總成還包括防掉接頭233和防掉壓緊帽234。其中，傳動軸殼體215的上端通過彎殼體223與加重鉆桿3連接，轉(zhuǎn)子232的下端穿設(shè)彎殼體223后伸入至傳動軸殼體215中，傳動軸211的上端從傳動軸殼體215的下端伸入至傳動軸殼體215后與轉(zhuǎn)子232連接；下徑向軸承212、軸向軸承213以及上徑向軸承214自下至上依次套設(shè)在傳動軸211位于傳動軸殼體215內(nèi)的一段，以使傳動軸211承受鉆頭1工作時所產(chǎn)生的軸向力和徑向力。連接桿222設(shè)置于彎殼體223內(nèi)并套設(shè)在轉(zhuǎn)子232外，連接桿222的上端設(shè)置有轉(zhuǎn)子接頭224，該轉(zhuǎn)子接頭224套設(shè)于轉(zhuǎn)子232上，連接桿222的下端連接水帽221；加重鉆桿3的上端通過防掉接頭233與定位短接4連接，轉(zhuǎn)子232的上端穿過防掉接頭233后伸入至定位短接4內(nèi)并設(shè)置防掉帽234以使轉(zhuǎn)子232在發(fā)生鉆具斷裂時能夠卡在防掉接頭233上部。

為探測井下的地層情況以根據(jù)地層情況指導(dǎo)鉆井，鉆井系統(tǒng)工具還包括測量傳輸裝置和無線接收裝置。測量傳輸裝置具體包括測量模塊61、第一電池模塊62以及無線輸出模塊63，無線接收裝置包括無線接收模塊71、處理模塊72、第二電池模塊73以及脈沖器74。具體地，測量模塊61設(shè)置于傳動軸211內(nèi)靠近鉆頭1的位置，無線輸出模塊63設(shè)置于定位短接4中，第二電池模塊713設(shè)置于加重鉆桿3內(nèi)，測量模塊61與無線輸出模塊63通過傳輸線611進行傳輸信號，第一電池模塊62用于為測量模塊61以及無線輸出模塊63供電，測量模塊61用于獲取鉆頭1周圍的地層數(shù)據(jù)；無線輸出模塊63用于將地層數(shù)據(jù)發(fā)送給無線接收裝置的無線接收模塊71。無線接收模塊71設(shè)置于定位短接4內(nèi)并與無線輸出模塊63相對設(shè)置，處理模塊72設(shè)置于無線輸出模塊63內(nèi)，第二電池模塊73設(shè)置于定位短接4內(nèi)，脈沖器74設(shè)置于加重鉆桿5內(nèi)并靠近鉆桿8；第二電池模塊72用于為無線接收模塊71、處理模塊72以及脈沖器74供電，無線接收模塊71用于接收無線輸出模塊63發(fā)送的地層數(shù)據(jù)；處理模塊72用于處理地層數(shù)據(jù)并將地層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為壓力信號，脈沖器74用于接收壓力信號并將壓力信號傳送至設(shè)置于地面上的顯示設(shè)備，工程技術(shù)人員通過顯示設(shè)備獲知壓力信號，并通過該壓力信號了解鉆頭周圍的地層的情況，如獲知地層的硬度等。

根據(jù)上述可知，利用測量傳輸裝置和無線接收裝置可將鉆頭周圍的地層情況傳送至地面，從而使操作者清楚了解地層的具體情況，并根據(jù)地層的變化采取不同的鉆井策略。

以上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)和保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。