專(zhuān)利名稱(chēng)：智能井下多分支水平鉆孔完井系統(tǒng)的井下鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源開(kāi)采裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及石油、天然氣以及原地浸出采鈾的開(kāi)采裝備。
背景技術(shù)：
全球采油、采氣井應(yīng)用最多的完井方法是一鉆開(kāi)油、氣層后下入套管或尾管，注入 水泥漿后，通過(guò)射孔彈射孔方式，使射孔彈穿過(guò)套管、水泥固井層、礦層并留下孔道，完成完 井作業(yè)。其原理是在井下引爆射孔彈內(nèi)火藥使其爆炸，產(chǎn)生高溫高壓金屬氣流射出礦藏流 體通道。此種完井方法主要存在以下幾點(diǎn)缺點(diǎn)1、射孔在井下礦層形成的孔道是靠擠壓 成形的，且孔壁有殘流金屬成份，因此礦層孔道周?chē)鷤Τ潭容^大，滲透率傷害度達(dá)60 80%。2、由于射孔的深度與射孔彈的火藥量成正比，而地層套管強(qiáng)度、固井水泥的強(qiáng)度制約 了射孔彈的火藥用量，因此射出的孔道短，通常孔深是300 800mm。3、受地層條件影響，射 孔形成的孔深淺不一，且無(wú)法在井下測(cè)量其射入深度。4、射孔彈在裝彈、運(yùn)輸和作業(yè)過(guò)程中 中存在一定的危險(xiǎn)性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，必須有一套智能井下多分支水平鉆孔完井系統(tǒng)，由地面控 制系統(tǒng)、連接總成和井下鉆具組成，通過(guò)連接總成將地面控制系統(tǒng)與井下鉆具連接在一起， 通過(guò)地面控制系統(tǒng)控制井下鉆具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能克服現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題的智能井下多分支水平鉆孔完 井系統(tǒng)的井下鉆具。本發(fā)明由上端膨脹固定組、相位角控制轉(zhuǎn)向器和旋轉(zhuǎn)軟軸鉆具組成，所述相位角 控制轉(zhuǎn)向器的上下兩端分別連接上端膨脹固定組和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸鉆具。所述上端膨脹固定組包括上壓板、下壓板、環(huán)狀多孔中空腔體和耐油膠套，所述環(huán) 狀多孔中空腔體的軸向豎向設(shè)置，環(huán)狀多孔中空腔體的外表面設(shè)置與內(nèi)腔連通的通孔，所 述上壓板、下壓板分別與環(huán)狀多孔中空腔體的上、下兩端固定連接，所述耐油膠套套置于環(huán) 狀多孔中空腔體的外側(cè)，地面引入的高壓細(xì)長(zhǎng)毛細(xì)管的下端與環(huán)狀多孔中空腔體的內(nèi)腔連
通ο所述相位角控制轉(zhuǎn)向器包括電機(jī)固定座、調(diào)速電機(jī)、電機(jī)輸出軸、外筒體和轉(zhuǎn)向筒 體，所述外筒體與上端膨脹固定組的下壓板固接，所述外筒體的軸向豎向布置，在所述外筒體 上部的內(nèi)壁設(shè)置1/4圈內(nèi)齒輪，所述轉(zhuǎn)向筒體軸向呈豎向布置，轉(zhuǎn)向筒體固定在電機(jī)固定座 外側(cè)，所述調(diào)速電機(jī)豎向固定在所述電機(jī)固定座上，在所述調(diào)速電機(jī)的輸出端連接電機(jī)輸出 軸，于所述電機(jī)輸出軸的另一端固定連接外齒輪，所述外齒輪與所述1/4圈內(nèi)齒輪相嚙合，所 述外筒體的外壁設(shè)置橫向的半圓形凹槽，所述在外筒體和轉(zhuǎn)動(dòng)筒體相對(duì)的表面橫向分別設(shè)置 相對(duì)的半圓形凹槽，在所述兩組半圓形凹槽組成的圓環(huán)腔體內(nèi)設(shè)置滾動(dòng)球體。所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸鉆具包括與轉(zhuǎn)向筒體下方固接的下筒體，在所述下筒體內(nèi)設(shè)有調(diào)速電機(jī)、中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸，在所述下筒體上部?jī)?nèi)側(cè)通過(guò)支架固定設(shè)置豎向布置、輸出端朝下的所述調(diào)速電機(jī)，所述支架固定連接在一升降軸上，所述調(diào)速電機(jī)的輸出端連接電機(jī)輸出軸，在 所述電機(jī)輸出軸的外側(cè)通過(guò)支架支撐四根中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸，各中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸分別與電機(jī)輸出 軸相嚙合，各中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸的下端分別連接中空軟軸，所述中空軟軸穿置在所述下筒體側(cè) 壁上，所述中空軟軸的另一端分別連接鉆頭；在四根中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置高壓水流分配 器，所述高壓水流分配器支撐在支架上，所述高壓水流分配器設(shè)有四個(gè)出水口，各出水口分 別與四根中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸的上端連接。在所述各中空軟軸外套置金屬轉(zhuǎn)向器，所述各金屬轉(zhuǎn) 向器的上端分別固定在設(shè)置在下筒體內(nèi)、于中空軟軸下方的法蘭上。當(dāng)從地面通過(guò)高壓細(xì)長(zhǎng)毛細(xì)管引入的高壓膨脹液注入環(huán)狀多孔中空腔體內(nèi)，再滲 入耐油膠套中，耐油膠套膨脹，使耐油膠套擠壓于井壁中，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置在井下固定。相位角控制轉(zhuǎn)向器的調(diào)速電機(jī)通過(guò)電機(jī)輸出軸帶動(dòng)外齒輪低速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)齒圈 只有1/4圈，因此在不偏心的情況下使內(nèi)齒輪和外齒輪產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于外筒體固結(jié)在 上端膨脹固定組上，且內(nèi)嚙合齒輪與外筒體固定連接，因此，調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向筒體和外筒 體產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)軟軸鉆具中從地面引入的高壓水經(jīng)高壓水流分配器分配至四個(gè)中空從動(dòng)轉(zhuǎn) 軸，再經(jīng)中空軟軸，使中空軟軸端的四個(gè)鉆頭在高壓水的噴射下方便操作。升降軸通過(guò)支架 帶動(dòng)調(diào)速電機(jī)及四根從動(dòng)轉(zhuǎn)軸、中空軟軸在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下向下運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)轉(zhuǎn)軸進(jìn)入金屬轉(zhuǎn) 向器的垂直扶正段，而四根中空軟軸分別通過(guò)四組金屬轉(zhuǎn)向器的彎曲段改變方向，水平鉆 入礦層。形成的礦層孔道又對(duì)中空軟軸起到扶正的作用，因此四個(gè)鉆頭得以鉆入礦層。到 達(dá)預(yù)定深度后，在中空軟軸旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，升降軸向上運(yùn)動(dòng)，使從動(dòng)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)中空軟軸縮入金 屬轉(zhuǎn)向器中，使各鉆頭回縮入下筒體內(nèi)，操作步驟完畢，鉆具處于待機(jī)狀態(tài)。本發(fā)明在井下通過(guò)鉆頭鉆入礦層，并將鉆碎的巖土碎屑從鉆孔中帶出，解決了射 孔引起的孔道周?chē)慕饘贇埩艏皦簩?shí)帶等對(duì)滲透性的影響，有利于流體從礦層流入井道。 本發(fā)明在礦層的鉆入深度達(dá)1. 2 1. 5米，是普通射孔深度的2 4倍。通過(guò)控制可以根據(jù) 礦層的地質(zhì)情況，控制鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆速，以及鉆頭挺進(jìn)速度、鉆孔深度?？梢栽诖怪本胁煌?的油、氣、鈾礦層進(jìn)行與垂直井呈90°水平方向的鉆孔完井作業(yè)，每個(gè)層面一次作業(yè)可同時(shí) 鉆入四個(gè)均布的水平孔，每個(gè)層位可以多次作業(yè)鉆出多個(gè)均布的呈輻射狀的徑向水平孔， 改善油氣礦藏與垂直井之間的滲流效果，可用于針對(duì)性的分層開(kāi)采，提高油、氣藏以及原地 浸出采鈾的開(kāi)采效率。本發(fā)明在完全垂直于垂直井的水平方向的鉆孔，用來(lái)在井下一次性完成多孔作業(yè) 的特殊工具和作業(yè)工藝，帶有高壓水流的鉆頭從四個(gè)均布的水平方向鉆入地層，并將鉆碎 后的巖屑從完成的孔中帶出，實(shí)現(xiàn)水平多分支鉆孔作業(yè)，從而達(dá)到增大流體裸露面積，可實(shí) 現(xiàn)高效開(kāi)采地下能源的目的。


圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式智能井下多分支水平鉆孔完井系統(tǒng)主要由地面控制系統(tǒng)、井上吊裝系統(tǒng)和本發(fā)明的井下鉆具組成，地面控制系統(tǒng)通過(guò)井上吊裝系統(tǒng)與井下鉆具連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制， 井上吊裝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)井下鉆具的升降。井下鉆具由上端膨脹固定組I、相位角控制轉(zhuǎn)向器II和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸鉆具III組成。上端膨脹固定組I包括上壓板101、下壓板102、環(huán)狀多孔中空腔體103和耐油膠 套104，環(huán)狀多孔中空腔體103的軸向豎向設(shè)置，環(huán)狀多孔中空腔體103的外表面設(shè)置與內(nèi) 腔連通的通孔，上壓板101、下壓板102分別與環(huán)狀多孔中空腔體103上、下兩端固接，耐油 膠套104套置于環(huán)狀多孔中空腔體103的外側(cè)，地面引入的高壓細(xì)長(zhǎng)毛細(xì)管105與環(huán)狀多 孔中空腔體103的內(nèi)腔聯(lián) 通，當(dāng)從地面通過(guò)高壓細(xì)長(zhǎng)毛細(xì)管105引入的高壓膨脹液注入環(huán) 狀多孔中空腔體103內(nèi)，滲入耐油膠套104中使耐油膠套104膨脹，耐油膠套104擠壓于井 壁中，實(shí)現(xiàn)井下鉆具在井下的固定。相位角控制轉(zhuǎn)向器II包括電機(jī)固定座201、調(diào)速電機(jī)202、減速機(jī)輸出軸203、外 筒體204、轉(zhuǎn)向筒體205，所述外筒體204與上端膨脹固定組I的下壓板102固接，外筒體204 的軸向豎向布置，在外筒體204上部的內(nèi)壁固定設(shè)置1/4圈內(nèi)齒輪207，轉(zhuǎn)向筒體205軸向 呈豎向布置，轉(zhuǎn)向筒體205固定在電機(jī)固定座201外側(cè)，與減速機(jī)輸出軸203輸出端連接外 齒輪206與內(nèi)齒輪207相嚙合，在外筒體204和轉(zhuǎn)動(dòng)筒體205相對(duì)的表面分別橫向設(shè)置相 對(duì)的半圓形凹槽，在所述兩組半圓形凹槽組成的圓環(huán)腔體208內(nèi)設(shè)置滾動(dòng)球體209，使轉(zhuǎn)向 筒體205與外筒體204之間可以產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)速電機(jī)202通過(guò)電機(jī)輸出軸203帶動(dòng)外 齒輪206低速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)齒圈207只有1/4圈，因此在不偏心的情況下使內(nèi)齒輪207和外 齒輪206產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于外筒體204固結(jié)在上端膨脹固定組I上，且內(nèi)齒輪207和外筒體204也固結(jié)， 因此，調(diào)速電機(jī)202帶動(dòng)轉(zhuǎn)向筒體205和外筒體204產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)球體209和 圓形環(huán)腔體208相互作用使固結(jié)在一起的上端膨脹固定組I、相位角控制轉(zhuǎn)向器II承受旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸鉆具III的重力，并且能產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸鉆具III包括與轉(zhuǎn)向筒體205下方固接的下筒體311，在下筒體311內(nèi)設(shè) 有調(diào)速電機(jī)302和四根中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸304，在下筒體311上部?jī)?nèi)側(cè)通過(guò)支架301固定設(shè)置 豎向布置、輸出端朝下的調(diào)速電機(jī)302，支架301固定連接在一升降軸309上，調(diào)速電機(jī)302 的輸出端連接電機(jī)輸出軸303，在電機(jī)輸出軸303的外側(cè)通過(guò)支架301和軸承支撐四根中空 從動(dòng)轉(zhuǎn)軸304，各中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸304分別與電機(jī)輸出軸303相嚙合，各中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸304的 下端分別連接中空軟軸305，四根中空軟軸305分別穿置在下筒體311側(cè)壁的通孔上，各中 空軟軸305的另一端分別連接鉆頭306。在四根中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸305之間設(shè)置高壓水流分配 器308，高壓水流分配器308支撐在支架301上，高壓水流分配器308設(shè)有四個(gè)出水口，各出 水口分別與四根中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸304的上端連接。在各中空軟軸304外分別套置金屬轉(zhuǎn)向器 307，各金屬轉(zhuǎn)向器307的上端分別固定在設(shè)置在下筒體311內(nèi)、于中空軟軸305下方的法 蘭310上。
權(quán)利要求
智能井下多分支水平鉆孔完井系統(tǒng)的井下鉆具，其特征在于由上端膨脹固定組、相位角控制轉(zhuǎn)向器和旋轉(zhuǎn)軟軸鉆具組成，所述相位角控制轉(zhuǎn)向器的上下兩端分別連接上端膨脹固定組和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸鉆具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能井下多分支水平鉆孔完井系統(tǒng)的井下鉆具，其特征在于所 述上端膨脹固定組包括上壓板、下壓板、環(huán)狀多孔中空腔體和耐油膠套，所述環(huán)狀多孔中空 腔體的軸向豎向設(shè)置，環(huán)狀多孔中空腔體的外表面設(shè)置與內(nèi)腔連通的通孔，所述上壓板、下 壓板分別與環(huán)狀多孔中空腔體的上、下兩端固定連接，所述耐油膠套套置于環(huán)狀多孔中空 腔體的外側(cè)，地面引入的高壓細(xì)長(zhǎng)毛細(xì)管的下端與環(huán)狀多孔中空腔體的內(nèi)腔連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述智能井下多分支水平鉆孔完井系統(tǒng)的井下鉆具，其特征在于所 述相位角控制轉(zhuǎn)向器包括電機(jī)固定座、調(diào)速電機(jī)、電機(jī)輸出軸、外筒體和轉(zhuǎn)向筒體，所述外 筒體與上端膨脹固定組的下壓板固接，所述外筒體的軸向豎向布置，在所述外筒體上部的 內(nèi)壁設(shè)置1/4圈內(nèi)齒輪，所述轉(zhuǎn)向筒體軸向呈豎向布置，轉(zhuǎn)向筒體固定在電機(jī)固定座外側(cè)， 所述調(diào)速電機(jī)豎向固定在所述電機(jī)固定座上，在所述調(diào)速電機(jī)的輸出端連接電機(jī)輸出軸， 于所述電機(jī)輸出軸的另一端固定連接外齒輪，所述外齒輪與所述1/4圈內(nèi)齒輪相嚙合，所 述外筒體的外壁設(shè)置橫向的半圓形凹槽，所述在外筒體和轉(zhuǎn)動(dòng)筒體相對(duì)的表面分別橫向設(shè) 置相對(duì)的半圓形凹槽，在所述兩組半圓形凹槽組成的圓環(huán)腔體內(nèi)設(shè)置滾動(dòng)球體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述智能井下多分支水平鉆孔完井系統(tǒng)的井下鉆具，其特征在于 所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸鉆具包括與轉(zhuǎn)向筒體下方固接的下筒體，在所述下筒體內(nèi)設(shè)有調(diào)速電機(jī)、中 空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸，在所述下筒體上部?jī)?nèi)側(cè)通過(guò)支架固定設(shè)置豎向布置、輸出端朝下的所述調(diào)速 電機(jī)，所述支架固定連接在一升降軸上，所述調(diào)速電機(jī)的輸出端連接電機(jī)輸出軸，在所述電 機(jī)輸出軸的外側(cè)通過(guò)支架支撐四根中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸，各中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸分別與電機(jī)輸出軸相嚙 合，各中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸的下端分別連接中空軟軸，所述中空軟軸穿置在所述下筒體側(cè)壁上，所 述中空軟軸的另一端分別連接鉆頭；在四根中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置高壓水流分配器，所述 高壓水流分配器支撐在支架上，所述高壓水流分配器設(shè)有四個(gè)出水口，各出水口分別與四 根中空從動(dòng)轉(zhuǎn)軸的上端連接；在所述各中空軟軸外套置金屬轉(zhuǎn)向器，所述各金屬轉(zhuǎn)向器的 上端分別固定在設(shè)置在下筒體內(nèi)、于中空軟軸下方的法蘭上。
全文摘要
智能井下多分支水平鉆孔完井系統(tǒng)的井下鉆具，涉及能源開(kāi)采裝備技術(shù)領(lǐng)域，由上端膨脹固定組、相位角控制轉(zhuǎn)向器和旋轉(zhuǎn)軟軸鉆具組成，所述相位角控制轉(zhuǎn)向器的上下兩端分別連接上端膨脹固定組和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸鉆具。在完全垂直于垂直井的水平方向的鉆孔，用來(lái)在井下一次性完成多孔作業(yè)的特殊工具和作業(yè)工藝，帶有高壓水流的鉆頭從四個(gè)均布的水平方向鉆入地層，并將鉆碎后的巖屑從完成的孔中帶出，實(shí)現(xiàn)水平多分支鉆孔作業(yè)，從而達(dá)到增大流體裸露面積，可實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)采地下能源的目的。
文檔編號(hào)E21B4/04GK101824964SQ201010149819
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者張建華 申請(qǐng)人:張建華