專利名稱：油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是油田井下打井鉆孔裝置，具體涉及的是油田井下氣液馬達 打井鉆孔裝置及其應用。
二背景技術：
在石油勘探開發中，目前油田上使用的鉆井機配套動力大，結構復雜，作 業時間長。無論是利用沖擊原理的鉆井機，還是利用旋轉原理的鉆井機，其都 是靠鉆桿傳遞能量進行鉆井作業的。高大的井架，諸多的鉆桿，往往連、拆鉆 桿就是一項繁重的勞動，而將井架支撐起來，更需要兩個油缸才能完成，工作 時還需要二次提升主體設備來完成打井狀態，且在打井過程中多數采用水泵往 井中注水的辦法，利用泥漿泵將泥石抽出。整個過程勞動量非常大，降低了工 作效率，另外，打完井后鉆井機移動相當困難。
三
發明內容
本發明的一個目的是提供一種油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置，本發明的 另一個目的是提供這種油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置的應用，這種油田井下 氣液馬達打井鉆孔裝置取消了傳統打井鉆孔裝置中的鉆桿，用于解決傳統打井 鉆孔裝置效率低、勞動量大的問題。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是 一種油田井下氣液馬達打井 鉆孔裝置由動力輸送系統和鉆采切割系統組成，動力輸送系統在地面上，動力 輸送系統由兩個無級調速巻桶組成，巻桶由電機或液壓馬達驅動，其中一個巻 桶上纏繞軟管，另一個巻桶上纏繞電纜和視頻管；鉆采切割系統設置在井底鉆 采切割系統包括電磁閥、軟管推進機構及切割機構，切割機構由氣液壓馬達與 鉆頭連接構成；巻桶上的軟管向下伸入井內并與井底的氣液馬達連接，軟管充 壓成為高壓軟管，把地面上的電機或液壓馬達的動力提供給井底的鉆頭。
上述方案中的電機連接減速器，減速器連接巻桶。
上述方案中液壓馬達連接巻桶。上述方案中軟管推進機構由軟管推進缸、燕尾槽活動座、燕尾槽固定座、
卡緊缸、卡緊頭、卡緊缸支架組成，軟管推進缸的推進桿連接燕尾槽活動座； 燕尾槽固定座有條形錐齒，燕尾槽活動座有槽，燕尾槽活動座與燕尾槽固定座 滑動連接；燕尾槽活動座與卡緊缸支架固定在一起，卡緊缸支架上固定卡緊缸， 卡緊缸連接卡緊頭。
上述方案中動力輸送系統安裝在車上，車上同時還裝有配電柜、電腦、熒 光屏。
上述油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置用于打水平井和垂直井。 有益效果
本發明可用高壓水(或氣)，分別在水平和垂直兩個方向上進行油田打井， 特別是水平打井，可在多個方向(4~6)上進行鉆采和延伸，極大地提高了采油 效率和產量，是國內外最先進的采油方法之一。 四
圖1是本發明實施例1的結構示意圖； 圖2是圖1中A-A剖視圖； 圖3是圖1中B-B剖視圖； 圖4是圖1中C-C剖視圖5是圖1所示的實施例1打出的水平井方位圖6是圖1所示的實施例1打出的另一種水平井方位圖7是本發明實施例2的結構示意圖8是圖7中D-D剖視圖9是圖7井下部分的放大圖。
1電機2巻桶3軟管4拉力彈簧5齒條6齒輪7橡膠輪8液壓 缸支架9液壓缸IO油缸架底座 11橡膠輪12液壓缸 13電磁闊14視 頻頭15鉆頭16氣液馬達17卡緊缸18卡緊頭19卡緊缸支架20減速 器21燕尾槽固定座22燕尾槽活動座23軟管推進缸24金屬彎管25鉆頭26氣液馬達27卡緊缸28卡緊缸支架29卡緊頭30燕尾槽活動座 31燕尾槽固定座32配電柜33軟管推進缸34電纜35視頻線36滑動脹 塊總成37熒光屏38輸水泵39水箱40進水口 五具體實施方式
-
下面結合附圖對本發明做進一步的說明 實施例1 :
如圖1所示，這種油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置用于打水平井，它由動 力輸送系統和鉆采切割系統組成，動力輸送系統在地面上，鉆采切割系統設置 在井底桶室內，動力輸送系統通過巻桶2上纏繞的軟管3向下伸入井內并與井 底的氣液馬達16連接，把地面上的電機1的動力提供給井底的鉆頭15，軟管3 在井底由一個金屬彎管24固定。動力輸送系統由兩個無級調速巻桶2組成，兩 個電機1分別連接一個減速器20，兩個減速器20分別連接一個巻桶2，兩個巻 桶2均由電機驅動，其中一個巻桶2上纏繞軟管3，為軟管3提供動力，另一個 巻桶2上纏繞電纜34和視頻管35，為電纜34和視頻管35提供動力；上述動力 輸送系統安裝在車上，車上同時還裝有配電柜32、電腦、熒光屏37，工作人員 通過按扭，可手動或自動的完成水平打井任務，自動操作是由熒光屏37和電腦 聯機工作完成的。鉆采切割系統包括電磁閥13、桶室旋轉機構、桶室鎖定機構、 軟管推進機構及切割機構，它們分別安裝在井底三個桶室內，桶壁上開有工藝 孔，以便安裝元部件，本發明中元件的所有電接點均防水處理，可全天候的長 期在水中工作；電磁閥13安裝在一個桶室內，桶室旋轉機構和桶室鎖定機構安 裝在一個桶室內，軟管推進機構和切割機構安裝在一個桶室內，這三個桶室分 別由內部的螺栓連接，便于拆卸維修，設置桶室旋轉機構和桶室鎖定機構，以 及將各機構都安裝在桶內是為了桶室及其內的設備在水平面上轉動一個角度， 以完成在同一水平面的不同角度進行鉆孔；電磁閥13與纏繞在另一個巻桶2上 的電纜34連接，電磁閥13為電磁換向閥；桶室旋轉機構用于將整個桶室及其 內設備旋轉方向，使鉆頭15能夠完成在水平方向上沿不同的方向進行鉆孔；桶 室鎖定機構用于將桶室鎖緊在井管的內壁上，使鉆頭15能夠在一個水平方向上鉆孔時，整個桶室保持固定不動，當鉆頭15完成一個水平方向上鉆孔任務后， 便由桶室旋轉機構將整個桶室及其內設備旋轉至下一個方向，進行下一次鉆孔; 切割機構由氣液馬達16與鉆頭15連接構成，鉆頭15為旋轉鉆頭，鉆頭15上 鑲有金剛石，與切割機構同桶室還安裝有紅外線視頻頭14,視頻頭14與纏繞在 另一個巻桶2上的視頻管35連接，通過該視頻頭14將鉆頭15的工作情況輸出 到熒光屏37中，以供工作人員掌握井下工作情況。巻桶2纏繞的軟管3向下伸 入井內并在井內充壓成為高壓軟管，軟管3的充壓是通過一個輸水泵38將水箱 39內的水打入軟管3內完成的，水箱39有一進水口 40，輸水泵38通過連接管 與軟管3連接。
圖2提供了桶室旋轉機構的結構示意圖，如圖所示，桶室旋轉機構由液壓 缸9、齒輪6、齒條5、橡膠輪7、拉力彈簧4構成，液壓缸9通過轉動軸同軸 并列安裝齒輪6和橡膠輪7，齒輪6與齒條5嚙合，齒條5連接拉力彈簧4，橡 膠輪7嵌入桶室的工藝孔與井壁擠壓在一起，液壓缸9固定在液壓缸支架8上， 液壓缸支架8通過油缸架底座10與桶壁固定，油缸架底座10為鉸軸形式的支 座；在液壓缸9的相反方向上同樣安裝一套由液壓缸9、齒輪6、齒條5、橡膠 輪7、拉力彈簧4構成的旋轉結構，兩個液壓缸9方向相反，兩個拉力彈簧4的 另一端通過鋼絲繩連接。
圖3提供了桶室鎖定機構的結構示意圖，如圖所示，桶室鎖定機構由液壓 缸12連接杠桿，杠桿頭上固定橡膠輪11構成，橡膠輪11與桶室的工藝孔相對 應。
圖4提供了軟管推進機構的結構示意圖，如圖所示，軟管推進機構由軟管 推進缸23、燕尾槽活動座22、燕尾槽固定座2K卡緊缸17、卡緊頭18、卡緊 缸支架19組成，軟管推進缸23水平安裝在燕尾槽固定座21的通孔內，軟管推 進缸23的推進桿連接燕尾槽活動座22，推進桿可以推動燕尾槽活動座22前進 或后退；燕尾槽固定座21上端有條形錐齒，燕尾槽活動座22下端有槽，燕尾 槽活動座22與燕尾槽固定座21滑動連接，燕尾槽活動座22可以在燕尾槽固定 座21上來回水平滑動；燕尾槽活動座22與卡緊缸支架19固定在一起，卡緊缸
7支架19為倒置的直角架，卡緊缸支架19上端的橫梁垂直固定卡緊缸17，卡緊缸17向下，卡緊缸17連接半圓形卡緊頭18，燕尾槽活動座22前進或后退時，卡緊頭18跟隨著前進或后退，前進時，卡緊頭18向下運行至燕尾槽活動座22時，將高壓軟管3卡住，帶動高壓軟管3前進，后退時，卡緊頭18上升，放開高壓軟管3。
本實施例的工作程序如下當巻桶2把切割系統送到井下指定位置后，首先啟動桶室鎖定機構的液壓缸12，然后杠桿伸出并推動固定在桿頭上的橡膠輪11，在橡膠輪ll的壓力下，桶室被鎖緊在井管的內壁上，下步啟動軟管推進機構的卡緊缸17，接著啟動氣液馬達16，稍后啟動軟管推進缸23，在軟管推進缸23的作用下，燕尾槽活動座22被緩緩推向前進，同時卡住軟管3，連同切割機構的氣液馬達16和旋轉鉆頭15—起前進，開始對井管內壁進行切削，此時系統進入初始工作狀態。當缸推進達到行程終點時，卡緊缸17及軟管推進缸23的杠桿均回縮，當這兩杠桿回縮到初始位置時，又開始第二個動作打井工作程序。就這樣周而復始的循環工作，突破井金屬套管再穿入巖層(每次推進38mm)直至達到所規定的距離。井內的工作狀態，由紅外線視頻頭14傳輸到地面的電腦熒光屏37上，操作人員隨時監測工作，調整設備的最佳狀態。
當水平打井推進到規定距離(10~20米)后，卡緊缸17、軟管推進缸23的杠桿回縮，通過地面上的PLC自動控制，(或手動控制)車上的電動巻桶2把軟管3緩緩的抽出到初始位置，然后桶室鎖定機構的液壓缸12回縮，同時桶室旋轉機構的液壓缸9的杠桿伸出，并推動橡膠輪7沿井壁內側使整個設備桶室旋轉一個角度(約60度)。(因為橡膠輪7和液壓缸9桿頭是轉動連接，再加上拉力彈簧4和鉸軸支座的綜合力作用，必然使整個桶室旋轉)。當桶室轉動一角度完成之后，再啟動桶室鎖定機構的液壓缸12，此缸桿伸出，并通過橡膠輪ll把整個桶室鎖緊在井管的內壁上。其后，按以上所述動作程序，依次完成2 6個水平孔的打井任務。圖5提供了本實施例1打出的水平井方位圖，如圖所示，在同一水平位置上，共打出了6個水平孔。
圖6是提供了實施例1打出的另一種水平井方位圖，如圖所示，在一個水
平位置上打出水平孔后，本發明可通過巻桶2及軟管3把切割系統繼續向下送
到井下另一個指定位置，并在該位置打出水平孔，即在不同的層段上打出水平
孔，具體需要在幾個層段上打出水平井，視工作需要而定。
實施例2:
圖7是本發明實施例2的結構示意圖，結合圖9所示，這種油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置用于打垂直井，本實施例的動力輸送系統與實施例1相同，本實施例的鉆采切割系統與實施例1的鉆采切割系統不同，本實施例用于垂直打井，不需要旋轉，故本實施例中取消了桶室旋轉機構、桶室鎖定機構以及安裝各機構設備的桶，而將電磁閥13、軟管推進機構及切割機構直接安裝在井壁上，另外，本實施例中的軟管推進機構及切割機構也有不同之處，圖8提供了本實施例中軟管推進機構的結構示意圖，同時結合圖1所示，這種軟管推進機構由軟管推進缸33、燕尾槽活動座30、燕尾槽固定座31、卡緊缸27、卡緊頭29、卡緊缸支架28組成，軟管推進缸33垂直安裝，軟管推進缸33的推進桿向下，軟管推進缸33的推進桿連接燕尾槽活動座30;燕尾槽固定座31有條形錐齒，燕尾槽活動座30有槽，燕尾槽活動座30與燕尾槽固定座31滑動連接，燕尾槽活動座30可以在燕尾槽固定座31上來回上下滑動；燕尾槽活動座30上端水平固定卡緊缸支架28，卡緊缸支架28左右兩端各有一水平孔，卡緊缸27安放在水平孔中，每個卡緊缸27連接一個半圓形的卡緊頭29，兩個卡緊頭29相對運行時至扣合時，將高壓軟管3卡在其中。當軟管推進缸33向下運動時，卡緊頭29將高壓軟管3卡在其中，燕尾槽活動座30隨著軟管推進缸33向下運行時，帶動卡緊頭29向下運行，從而高壓軟管3也跟著向下運行，切割機構的氣液馬達26和旋轉鉆頭25—起前進，開始對進行切削。切割機構的氣液馬達26的體積和扭矩比實施例1的大，旋轉刀具上也有所變化，鉆頭25有錐形齒和圓周均布的排霄孔，其上鑲有硬質合金。再者，由于該實施例用于打垂直井，所以為了將高壓軟管3、電纜34、視頻管35固定住，及防止將井打斜，在電磁閥13上端至地面的井內空間，安裝了滑動脹塊總成36，其通過螺栓固定在井壁上。其它結構與實施例l相同。
本實施例的工作程序如下當巻桶2把切割系統送到井下指定位置后，啟動軟管推進機構的卡緊缸27，接著啟動氣液馬達26，稍后啟動軟管推進缸33，在軟管推進缸33的作用下，燕尾槽活動座30被緩緩推著向下運行，同時卡住卡緊頭29上的軟管3，連同切割機構的氣液馬達26和旋轉鉆頭25 —起向下運行，開始穿入巖層進行切削，此時系統進入初始工作狀態。當缸推進達到行程終點時，卡緊缸27及軟管推進缸33的杠桿均回縮，當這兩杠桿回縮到初始位置時，又開始第二個動作打井工作程序。就這樣周而復始的循環工作，穿入巖層(每次推進38mm)直至達到所規定的距離。
實施例3:
本實施例用于打水平井，本實施例中動力輸送系統中液壓馬達連接巻桶2，由液壓馬達驅動巻桶2轉動；另外，本實施方式向軟管3中充入氣體形成高壓軟管，充入的氣體為氮氣。其他結構與實施例l相同。
在上述各實施例工作過程中，隨著液壓水往井內的注入，井內會有存水不斷上升，當升到一定位置后，由真空泵和壓力管抽到地面。另外，本發明中切割機構的氣液馬達(16、 26)上均設置排氣或排液孔，鉆孔時產生的熱量即通過該孔隨著氣體或液體的排出而散發出去，這樣可以為鉆頭(15、 25)降溫。還有在鉆孔過程中產生的巖削會沿打出的孔道返排到井底漏斗中。
權利要求
1、一種油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置，其特征在于它由動力輸送系統和鉆采切割系統組成，動力輸送系統在地面上，動力輸送系統由兩個無級調速卷桶(2)組成，卷桶(2)由電機或液壓馬達驅動，其中一個卷桶(2)上纏繞軟管，另一個卷桶(2)上纏繞電纜(34)和視頻管(35)；鉆采切割系統設置在井底，它包括電磁閥(13)、軟管推進機構及切割機構，切割機構由氣液馬達(16)與鉆頭(15)連接構成；卷桶(2)上的軟管(3)向下伸入井內并與井底的氣液馬達(16)連接，軟管(3)充壓成為高壓軟管，把地面上的電機(1)或液壓馬達的動力提供給井底的鉆頭(15)。
2、 根據權利要求l所述的油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置，其特征在于 所述的電機(1)連接減速器(20)，減速器(20)連接巻桶(2)。
3、 根據權利要求l所述的油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置，其特征在于 所述的液壓馬達連接巻桶(2)。
4、 根據權利要求l所述的油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置，其特征在于 所述的軟管推進機構由軟管推進缸(23)、燕尾槽活動座(22)、燕尾槽固定座(21)、卡緊缸(17)、卡緊頭(18)、卡緊缸支架(19)組成，軟管推進缸(23) 的推進桿連接燕尾槽活動座(22);燕尾槽固定座(21)有條形錐齒，燕尾槽活 動座(22)有槽，燕尾槽活動座(22)與燕尾槽固定座(21)滑動連接；燕尾 槽活動座(22)與卡緊缸支架(19)固定在一起，卡緊缸支架(19)上固定卡 緊缸(17)，卡緊缸(17)連接卡緊頭(18)。
5、 根據權利要求l所述的油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置，其特征在于-所述的電磁閥(13)與軟管推進機構之間安裝桶室旋轉機構、桶室鎖定機構， 電磁閥(13)、桶室旋轉機構和桶室鎖定機構、軟管推進機構分別安裝在井底三 個桶室內，三個桶室分別由內部的螺栓連接；桶室旋轉機構由液壓缸(9)、齒 輪(6)、齒條(5)、橡膠輪(7)、拉力彈簧(4)構成，液壓缸(9)通過轉動 軸同軸并列安裝齒輪(6)和橡膠輪(7)，齒輪(6)與齒條(5)嚙合，齒條(5) 連接拉力彈簧(4)，橡膠輪(7)嵌入桶室的工藝孔與井壁擠壓在一起，液壓缸(9)固定在液壓缸支架(8)上，液壓缸支架(8)通過油缸架底座(10)與桶 壁固定，油缸架底座(10)為鉸軸形式的支座；在液壓缸(9)的相反方向上同 樣安裝一套由液壓缸(9)、齒輪(6)、齒條(5)、橡膠輪(7)、拉力彈簧(4)構成的旋轉結構，兩個液壓缸(9)方向相反，兩個拉力彈簧(4)的另一端通過鋼絲繩連接；桶室鎖定機構由液壓缸(12)連接杠桿，杠桿頭上固定橡膠輪 (11)構成，橡膠輪(11)與桶室的工藝孔相對應。
6、 根據權利要求l所述的油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置，其特征在于所述的動力輸送系統安裝在車上，車上同時還裝有配電柜(32)、電腦、熒光屏 (37)。
7、 根據權利要求l所述的油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置，其特征在于 在所述的電磁閥(13)上端至地面的井內空間，安裝滑動脹塊總成(36)，滑動 脹塊總成(36)通過螺栓固定在井壁上。
8、 一種權利要求1或2或3或4或6或7所述的油田井下氣液馬達打井鉆 孔裝置的應用，其特征在于所述的油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置用于打垂 直井。
9、 一種權利要求1或2或3或4或5或6所述的油田井下氣液馬達打井鉆 孔裝置的應用，其特征在于所述的油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置用于打水 平井，它可在同一水平位置上完成2 6個水平孔。
10、 一種權利要求1或2或3或4或5或6所述的油田井下氣液馬達打井 鉆孔裝置的應用，其特征在于所述的油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置用于打 水平井，它可在不同的層段上打出水平孔，每個層段上打出2 6個水平孔。
全文摘要
本發明涉及的是油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置及其應用，這種油田井下氣液馬達打井鉆孔裝置由動力輸送系統和鉆采切割系統組成，動力輸送系統在地面上，動力輸送系統由兩個無級調速卷桶組成，卷桶由電機或液壓馬達驅動，其中一個卷桶上纏繞軟管，另一個卷桶上纏繞電纜和視頻管；鉆采切割系統設置在井底鉆采切割系統包括電磁閥、軟管推進機構及切割機構，切割機構由氣液壓馬達與鉆頭連接構成；卷桶上的軟管向下伸入井內并與井底的氣液馬達連接，軟管充壓成為高壓軟管，把地面上的電機或液壓馬達的動力提供給井底的鉆頭。本發明可用高壓水(或氣)，分別在水平和垂直兩個方向上進行油田打井，特別是水平打井，可在多個方向(4～6)上進行鉆采和延伸，極大地提高了采油效率和產量。
文檔編號E21B21/14GK101672157SQ20081013707
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月9日 優先權日2008年9月9日
發明者龔智勇 申請人:龔智勇