專利名稱：一種井壁鉆孔裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于石油天然氣鉆井、完井和采油的配套裝置。
技術背景為保持井壁穩(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行封固。這樣就帶來一個問題，如何建立溝通井筒和地層的通道，實現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，該技術出現已有相當長的時間，具有易于實現、操作維護簡便的特點，但是其也存在射孔深度有限、對套管和水泥環(huán)產生沖擊破壞作用、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的不足，國內外工程技術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”等多種技術手段，但是所發(fā)展的技術由于存在工作穩(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。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場需求和現有技術之間的矛盾依然存在，也是油氣開發(fā)領域一個重要的技術發(fā)展方向。

發(fā)明內容
本實用新型正是為實現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計的，其原理是利用水力能量驅動轉子，帶動連接有鉆頭的中空撓性軸，經轉向器調整撓性軸前進的方向，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，本實用新型的目的就是為現場提供一種井壁鉆孔裝置。
本實用新型是這樣來實現的，它由內筒、外筒、撓性軸、定子、轉子、鉆頭和轉向器等組成，外筒的上端和下端分別與管柱和轉向器相連，外筒中段的內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，定子配裝入內筒內，轉子套裝在中空的軸上，定子和轉子間隔安裝，用壓緊螺母將轉子軸向固定，在內筒內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、內筒的內部配裝入加工有流道的節(jié)流盤，在下限位套的下端、內筒的內部順序裝入推力軸承和內筒下堵頭，軸的下部開有流入口，軸的下端與中空的撓性軸相連，內筒外壁的上端固定有內筒扶正塊，下端固定有內筒滑塊，將內筒裝在外筒內，內筒扶正塊與外筒內壁接觸，內筒滑塊與外筒內壁上的下行滑道或上行滑道配合，撓性軸向下穿過轉向器中的轉向管道，在撓性軸的末端與鉆頭相連，轉向器的轉向管道由入口直柱段、轉向圓弧段和出口校直段順序光滑連接而成，轉向管道的出口處加工有鉆頭腔，撓性軸的外徑小于轉向器中的轉向管道的內徑，轉子的外徑小于內筒的內徑，定子的內徑大于軸的外徑，定子和轉子的端面之間留有間隙，內筒下堵頭與軸、節(jié)流盤與內筒采用密封配合，鉆井液經節(jié)流盤進入內筒內，沖擊定子和轉子，驅動軸和與軸相連的撓性軸旋轉，鉆井液沿內筒向下，經軸下部的流入口進入撓性軸內，由鉆頭噴出，由于節(jié)流盤的流道的過流面積較小，鉆井液經過時產生壓降作用于節(jié)流盤上端面，形成壓力推動內筒和撓性軸下行，撓性軸經轉向器調整方向，推動鉆頭前進破碎套管、水泥環(huán)和巖石，內筒下行時，內筒下端固定的內筒滑塊與外筒內壁上的下行滑道配合，限制內筒轉動，當內筒滑塊到達下行滑道出口時，鉆頭的鉆孔過程完成，內筒滑塊轉入上行滑道，內筒沿上行滑道旋轉上行，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，直到內筒滑塊上行到下行滑道入口處，上行過程結束，又轉入下行，開始新的鉆孔過程，如此周而復始，即可在地層中鉆出多個孔眼，鉆頭的轉速通過調整鉆井液流量、定子和轉子的結構參數等獲得，鉆頭的鉆孔速度通過設計不同的鉆頭切削結構、調整節(jié)流盤的流道尺寸和轉向器的轉向管道的幾何尺寸等獲得，鉆成孔眼的深度通過調整撓性軸的長度獲得。
本實用新型基于聚能射孔等現有技術發(fā)展的綜合分析，創(chuàng)造性地利用水力能量驅動撓性軸，帶動鉆頭旋轉，經轉向器調整撓性軸前進的方向，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、結構簡單、工作可靠等優(yōu)點，具有非常廣闊的現場應用前景。


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.轉子；4.外筒；5.軸；6.下限位套；7.內筒滑塊；8.內筒下堵頭；9.撓性軸；10.轉向器；11.鉆頭腔；12.鉆頭；13.內筒扶正塊；14.上限位套；15.定子；16.流入口；17.內筒；18.推力軸承；19.入口直柱段；20.轉向管道；21.轉向圓弧段；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施方式
現結合說明書附圖對本實用新型作進一步的描述。
當采用本實用新型進行井壁鉆孔施工時，外筒[4]的上端和下端分別與管柱和轉向器[10]相連，外筒[4]中段的內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]配裝入內筒[17]內，轉子[3]套裝在中空的軸[5]上，定子[15]和轉子[3]間隔安裝，用壓緊螺母[2]將轉子[3]軸向固定，在內筒[17]內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、內筒[17]的內部配裝入加工有流道的節(jié)流盤[1]，在下限位套[6]的下端、內筒[17]的內部順序裝入推力軸承[18]和內筒下堵頭[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，內筒[17]外壁的上端固定有內筒扶正塊[13]，下端固定有內筒滑塊[7]，將內筒[17]裝在外筒[4]內，內筒扶正塊[13]與外筒[4]內壁接觸，內筒滑塊[7]與外筒[4]內壁上的下行滑道[24]或上行滑道[25]配合，撓性軸[9]向下穿過轉向器[10]中的轉向管道[20]，在撓性軸[9]的末端與鉆頭[12]相連，轉向器[10]的轉向管道[20]由入口直柱段[19]、轉向圓弧段[21]和出口校直段[22]順序光滑連接而成，轉向管道[20]的出口處加工有鉆頭腔[11]，撓性軸[9]的外徑小于轉向器[10]中的轉向管道[20]的內徑，轉子[3]的外徑小于內筒[17]的內徑，定子[15]的內徑大于軸[5]的外徑，定子[15]和轉子[3]的端面之間留有間隙，內筒下堵頭[8]與軸[5]、節(jié)流盤[1]與內筒[17]采用密封配合。
當采用本實用新型進行井壁鉆孔施工時，鉆井液經節(jié)流盤[1]進入內筒[17]內，沖擊定子[15]和轉子[3]，驅動軸[5]和與軸[5]相連的撓性軸[9]旋轉，鉆井液沿內筒[17]向下，經軸[5]下部的流入口[16]進入撓性軸[9]內，由鉆頭[12]噴出，由于節(jié)流盤[1]的流道的過流面積較小，鉆井液經過時產生壓降作用于節(jié)流盤[1]上端面，形成壓力推動內筒[17]和撓性軸[9]下行，撓性軸[9]經轉向器[10]調整方向，推動鉆頭[12]前進破碎套管、水泥環(huán)和巖石，內筒[17]下行時，內筒[17]下端固定的內筒滑塊[7]與外筒[4]內壁上的下行滑道[24]配合，限制內筒[17]轉動，當內筒滑塊[7]到達下行滑道出口[26]時，鉆頭[12]的鉆孔過程完成，內筒滑塊[7]轉入上行滑道[25]，內筒[17]沿上行滑道[25]旋轉上行，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，直到內筒滑塊[7]上行到下行滑道入口[23]處，上行過程結束，又轉入下行，開始新的鉆孔過程，如此周而復始，即可在地層中鉆出多個孔眼，鉆頭[12]的轉速通過調整鉆井液流量、定子[15]和轉子[3]的結構參數等獲得，鉆頭[12]的鉆孔速度通過設計不同的鉆頭[12]切削結構、調整節(jié)流盤[1]的流道尺寸和轉向器[10]的轉向管道[20]的幾何尺寸等獲得，鉆成孔眼的深度通過調整撓性軸[9]的長度獲得。
權利要求1.一種井壁鉆孔裝置，它由內筒、外筒、撓性軸、定子、轉子、鉆頭、轉向器等組成，其特征是外筒[4]的上端和下端分別與管柱和轉向器[10]相連，外筒[4]中段的內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]配裝入內筒[17]內，轉子[3]套裝在中空的軸[5]上，定子[15]和轉子[3]間隔安裝，用壓緊螺母[2]將轉子[3]軸向固定，在內筒[17]內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、內筒[17]的內部配裝入加工有流道的節(jié)流盤[1]，在下限位套[6]的下端、內筒[17]的內部順序裝入推力軸承[18]和內筒下堵頭[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，內筒[17]外壁的上端固定有內筒扶正塊[13]，下端固定有內筒滑塊[7]，將內筒[17]裝在外筒[4]內，內筒扶正塊[13]與外筒[4]內壁接觸，內筒滑塊[7]與外筒[4]內壁上的下行滑道[24]或上行滑道[25]配合，撓性軸[9]向下穿過轉向器[10]中的轉向管道[20]，在撓性軸[9]的末端與鉆頭[12]相連，轉向器[10]的轉向管道[20]由入口直柱段[19]、轉向圓弧段[21]和出口校直段[22]順序光滑連接而成，轉向管道[20]的出口處加工有鉆頭腔[11]。
2.根據權利要求1所述的一種井壁鉆孔裝置，其特征是撓性軸[9]的外徑小于轉向器[10]中的轉向管道[20]的內徑，轉子[3]的外徑小于內筒[17]的內徑，定子[15]的內徑大于軸[5]的外徑，定子[15]和轉子[3]的端面之間留有間隙。
3.根據權利要求1所述的一種井壁鉆孔裝置，其特征是內筒下堵頭[8]與軸[5]、節(jié)流盤[1]與內筒[17]采用密封配合。
專利摘要一種井壁鉆孔裝置，它由內筒、外筒、撓性軸、定子、轉子、鉆頭、轉向器等組成，其原理是利用水力能量驅動轉子，帶動接有鉆頭的中空撓性軸，經轉向器調整撓性軸前進的方向，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、結構簡單、工作可靠等優(yōu)點，具有非常廣闊的現場應用前景。
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)先權日2004年10月22日
發(fā)明者倪紅堅, 韓來聚, 李作會, 王敏生 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院