一種井下步進(jìn)式鉆壓加載器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油天然氣鉆井領(lǐng)域，尤指一種井下步進(jìn)式鉆壓加載器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)油氣鉆井過(guò)程中，鉆頭在鉆柱重力所形成的鉆壓作用下破碎巖石形成井眼，但在大位移井、水平井等特殊工藝井施工過(guò)程中，鉆柱重力的傳遞將由于井壁的摩阻而大打折扣，有效施加于鉆頭的鉆壓極為有限，導(dǎo)致破巖鉆進(jìn)效率降低，鉆時(shí)延長(zhǎng)，既增加了鉆井成本，也一定程度上增大了井下事故的幾率。另外，新興鉆井技術(shù)一一連續(xù)管鉆井以其快速移運(yùn)裝備、高效作業(yè)工藝、短半徑水平井鉆進(jìn)等優(yōu)勢(shì)引起業(yè)界關(guān)注，然而柔性的連續(xù)管難以為鉆頭施加鉆壓，目前只能采用連續(xù)管連接常規(guī)鉆具的方式進(jìn)行施工，限制了這一技術(shù)的發(fā)展。
[0003]為解決上述問(wèn)題，業(yè)界提出了井下加鉆壓的方法。最常見(jiàn)的是采用水力加壓器(也稱水力推進(jìn)器)加鉆壓，其基本原理是在鉆頭與鉆鋌之間增加了一個(gè)活塞缸，活塞缸的缸體與鉆鋌相連，活塞與鉆頭相連。鉆井液流經(jīng)水力加壓器時(shí)，活塞在液壓作用下伸長(zhǎng)，有望為鉆頭提供額外的鉆壓。中國(guó)專利CN 203394364中提出的一種鉆井用水力推進(jìn)器即采用了這種原理。但因鉆柱(尤其是連續(xù)管)自身的柔性，液壓產(chǎn)生的反力很可能僅僅使鉆柱發(fā)生撓曲變形，而無(wú)法形成有效的鉆壓。另一種方法是采用井下爬行器為鉆頭加鉆壓。爬行器的一部分與井壁接觸，形成摩擦力；另一部分連接鉆頭，摩擦力的反力形成鉆壓加載到鉆頭上。上世紀(jì)90年代后期，國(guó)外許多公司相繼開(kāi)發(fā)了多種規(guī)格型號(hào)的爬行器，主要包括:丹麥Welltec公司W(wǎng)ell Tractor輪式爬行器，英國(guó)Sondex有限公司的Sondex輪式爬行器，法國(guó)Schlumberger公司的MaxTRAC伸縮式爬行器、美國(guó)Omega公司的機(jī)械式爬行器，不過(guò)，上述爬行器主要用于電纜測(cè)井過(guò)程中向井底送入測(cè)井工具并牽引電纜前行，牽引力為2?5kNo 一方面這類爬行器所提供的軸向力(即牽引力)過(guò)小，不能作為鉆壓(常規(guī)鉆井一般為50?10kN)使用；另一方面這類爬行器受限于其機(jī)械結(jié)構(gòu)，僅可在套管內(nèi)使用，無(wú)法用于實(shí)際的鉆井過(guò)程。2012年，美國(guó)Western Well Tool公司推出了 CT Tractor伸縮式爬行器，最高可提供約65kN牽引力，遠(yuǎn)高于市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品。該公司主要是通過(guò)這種爬行器為連續(xù)管鉆井提供鉆壓，至今已進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，獲得了理想結(jié)果。
[0004]為了區(qū)別于常規(guī)爬行器，本實(shí)用新型中將能夠提供較大鉆壓的這類爬行器(如CTTractor)稱為井下鉆壓加載器。
[0005]國(guó)內(nèi)對(duì)井下鉆壓加載器的研宄起步較晚，目前主要集中在大直徑井眼的輪式爬行器上，且尚未形成成熟技術(shù)。2013年侯學(xué)軍等在《微小井眼電機(jī)驅(qū)動(dòng)CT牽引器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》文中提出了與Tractor相類似的爬行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)爬行器做伸縮運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)牽引力10kN，與實(shí)際需求相差較大。
[0006]近年來(lái)，隨著大位移井、水平井、連續(xù)管鉆井的推廣，油氣鉆井行業(yè)對(duì)于井下加鉆壓的技術(shù)需求呼聲越來(lái)越高。然而，國(guó)外一直處于技術(shù)壟斷狀態(tài)，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)僅做理論研宄和少量樣機(jī)試制，難以適應(yīng)鉆井技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的是提供一種井下步進(jìn)式鉆壓加載器及其控制方法，用于大位移井、水平井、連續(xù)管鉆井等過(guò)程中為鉆頭施加額外的鉆壓。
[0008]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所提供的井下步進(jìn)式鉆壓加載器具體如下:一中空管道，在所述中空管道外表面上滑動(dòng)固定有第一推力活塞和第二推力活塞；所述第一推力活塞上套設(shè)置有第一錨固缸，所述第一錨固缸連接有第五液壓管線，用于根據(jù)液壓變化釋放推靠臂，固定所述第一推力活塞；所述第二推力活塞上套設(shè)置有第二錨固缸，所述第二錨固缸連接有第六液壓管線，用于根據(jù)液壓變化釋放推靠臂，固定所述第二推力活塞；所述第一推力活塞和第二推力活塞上內(nèi)分別設(shè)置有第一液壓腔和第二液壓腔；所述第一液壓腔內(nèi)垂直于中空管道外表面的兩側(cè)壁之間設(shè)有一第一擋板，所述第一擋板固定設(shè)置在所述中空管道上，用于根據(jù)液壓腔內(nèi)液壓帶動(dòng)所述中空管道移動(dòng)；所述第二液壓腔內(nèi)垂直于中空管道外表面的兩側(cè)壁之間設(shè)有一第二擋板，所述第二擋板固定設(shè)置在所述中空管道上，用于根據(jù)液壓腔內(nèi)液壓帶動(dòng)所述中空管道移動(dòng)；所述第一液壓腔內(nèi)垂直于中空管道外表面的兩側(cè)壁上分別設(shè)置有第一液壓管線和第二液壓管線；所述第二液壓腔內(nèi)垂直于中空管道外表面的兩側(cè)壁上分別設(shè)置有第三液壓管線和第四液壓管線；所述中空管道內(nèi)部設(shè)置有液壓管線；所述第一推力活塞與第二推力活塞之間的所述中空管道外表側(cè)上設(shè)有控制中心，用于控制所述液壓管線輸入輸出液壓油；所述第一液壓管線設(shè)置于較控制中心遠(yuǎn)端的側(cè)壁上，所述第二液壓管線設(shè)置于較控制中心近端的側(cè)壁上；所述第四液壓管線設(shè)置于較控制中心遠(yuǎn)端的側(cè)壁上，所述第三液壓管線設(shè)置于較控制中心近端的側(cè)壁上；所述第二液壓管線與所述第四液壓管線相連。
[0009]在本實(shí)用新型一優(yōu)選的實(shí)施例中，還包含:所述第一錨固缸與所述第五液壓管線相接側(cè)和所述第二錨固缸與所述第六液壓管線相接側(cè)分別設(shè)置有液壓附腔，所述液壓附腔內(nèi)設(shè)置有通孔，用于與所述液壓管線相連，供液壓油流通；所述第一錨固缸和所述第二錨固缸與中空管道接觸的相對(duì)側(cè)上沿徑向均布至少兩個(gè)推靠腔，所述推靠腔用于安裝所述推靠臂。
[0010]在本實(shí)用新型一優(yōu)選的實(shí)施例中，還包含:所述第一推力活塞和第二推力活塞的外表側(cè)上還分別設(shè)置有第一位移開(kāi)關(guān)與第二位移開(kāi)關(guān)，用以檢測(cè)當(dāng)前位置。
[0011]在本實(shí)用新型一優(yōu)選的實(shí)施例中，還包含:所述控制中心包含:儲(chǔ)油腔、液壓泵、電磁閥、液壓管線；所述儲(chǔ)油腔，用于存放或輸出液壓油；所述液壓泵，用于抽取所述儲(chǔ)油腔內(nèi)液壓油至液壓管線或通過(guò)液壓管線抽取液壓油至所述儲(chǔ)油腔；所述電磁閥，用于根據(jù)指令開(kāi)通或閉合液壓管線。
[0012]在本實(shí)用新型一優(yōu)選的實(shí)施例中，還包含:所述電磁閥包含:主換向閥、推靠臂換向閥和補(bǔ)油閥；所述主換向閥為三位四通閥，用于控制液壓油進(jìn)出錨固缸；所述推靠臂換向閥為兩位四通閥，用于控制液壓油進(jìn)出所述推靠腔；所述補(bǔ)油閥為兩位兩通閥，用于控制液壓油分別輸入輸出至第一液壓腔與第二液壓腔。
[0013]在本實(shí)用新型一優(yōu)選的實(shí)施例中，還包含:所述第一液壓管線和第二液壓管線分別設(shè)置在所述第一液壓腔的兩端側(cè)壁上，用于當(dāng)?shù)谝粨醢迮c側(cè)壁相貼合時(shí)也可輸入液壓油；所述第三液壓管線和第四液壓管線分別設(shè)置在所述第二液壓腔的兩端側(cè)壁上，用于當(dāng)?shù)诙醢迮c側(cè)壁相貼合時(shí)也可輸入液壓油。
[0014]在本實(shí)用新型一優(yōu)選的實(shí)施例中，還包含:所述第一液壓腔與第二液壓腔內(nèi)設(shè)置有阻擋件，所述阻擋件固定在第一液壓腔與第二液壓腔內(nèi)壁上，用于當(dāng)防止第一擋板和第二擋板與第一液壓腔和第二液壓腔的側(cè)壁相貼合。
[0015]本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果在于:本實(shí)用新型適用大位移井、水平井和連續(xù)管鉆井作業(yè)過(guò)程中從井下為鉆頭施加額外的鉆壓。相對(duì)于常規(guī)爬行器，其優(yōu)勢(shì)在于:(I)提供約25?40kN推力，滿足鉆井過(guò)程中鉆壓需求，遠(yuǎn)高于常規(guī)爬行器；(2)采用相互獨(dú)立的推靠臂支撐井壁，更容易適應(yīng)裸眼復(fù)雜的井壁結(jié)構(gòu)，可提供有效支撐；(3)將兩個(gè)液壓腔連接，一方面可實(shí)現(xiàn)前后兩組錨固缸快速切換，為鉆頭提供近乎連續(xù)的鉆壓；另一方面保證前第一錨固缸相對(duì)推力活塞的位置始終相反，避免鉆壓加載時(shí)錨固缸的誤動(dòng)作。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型所提供的井下步進(jìn)式鉆壓加載器的截面示意圖。
[0017]圖中，1.地層，2.中空管道，3.第一錨固缸，4.推靠臂，5.推靠腔，6.第一擋板，7.控制中心，8.第二錨固缸，9.推靠臂，10.推靠腔，11.第二擋板，12.中空管道通孔，13.井筒環(huán)空
[0018]圖2是圖1中A-A斷面