专利名称：一种柔性钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开采地下流体的钻井钻具领域。特别是一种转盘法钻超短半径水平井的柔性钻具。
现有的水平井钻井工具，由于其刚性大，柔性差，从垂直段到水平产层段，需钻进几百米至较少的几十米，因而成本高，进入产层的准确性差。“九五”中国石油天然气总公司已对超短半径水平井进行攻关，打成一批半径30米以上的水平井，多用引进铰接螺杆钻，成本高达数十万元。美国地球物理公司拥有高压旋转射流破岩的超短半径水平井配套技术，服务价格每井二百多万，且井深只限2000米以内。
本实用新型的目的在于针对现有技术中成本高，进入产层准确性差等缺陷，设计出一种曲率半径小于3米的转盘法钻超短半径水平井的柔性钻具。
本实用新型目的是这样实现的弯曲成90度的弹性管式导向筒，里面装着较长的带有滚动扶正轴承的球键式大扭矩柔性钻杆，二者构成造斜装置。导向筒的特点是能弯会直，有足够的弹力，促使钻头转向，导向筒外壁上有多组导向扶正条和更多组防扭限位片，确保整个导向筒定向弯曲，方位稳定而不偏扭，柔性钻杆靠多个内外球形键的特殊设计，可作圆周转动，以传递扭矩给钻头，每组内外球形键结构都可周向弯曲一定角度，多组连接即可弯90度周向转动。每组球形键上组装有滚珠扶正轴承，使得旋转的球形键钻具根本不接触导向筒，水平钻进时不接触井壁，只有轴承的滚珠在导向筒内壁上滚动，磨擦力很小不足造成导向筒方位的变化，因此，可以定向造斜。组成柔性钻杆的各球形键为空心，里面穿着输送钻井液的耐压胶管或复合材料管。带有滚珠轴承的柔性钻杆装接在导向筒内完成造斜后，还可将其下端与钻头连接，再接到普通钻杆钻铤下面，下入造斜段产层内继续进行水平钻进。
本实用新型具有以下优点1、造斜装置和柔性钻杆适用于各型钻机，适用性强，便于推广。
2、造斜曲率半径仅2.5-3m，可以在产层内造斜和打水平井眼，可充分利用老井眼对产层重钻，消除老井产层污染，100％为有效进尺，最大程度的增加产层裸露面，不仅使产量提高，也使钻井成本因钻井周期的缩短而降低，提高油田最终采收率。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详述
图1为本实用新型整体结构示意图，图2为本实用新型导向筒示意图，图3为图2的A-A剖面图，图4为图2的B-B剖面图，图5为防扭限位机构4的局部放大图，图6为本实用新型柔性钻杆示意图，图7为图6的C-C剖面图，图8为图6的D-D剖面图。
图1是本实用新型的整体结构示意，它由不转动的导向筒和内部转动的柔性钻杆所组成。导向筒上有扶正导向条1、割缝2、小孔3和防扭限位机构4；柔性钻杆分别由螺纹5，内卡瓦6，外卡瓦7，高压胶管8，内球形键9，外球形键10，轴承架11，钢球12以及螺纹13组成。螺纹5接普通钻杆，螺纹13接钻头，导向筒和柔性钻杆联合使用便可造斜，单独使用柔性钻杆完成水平井钻进。
如图2所示，导向筒遍体有两排小孔3和割缝2，小孔3的作用是减少应力集中，割缝2的作用是使导向筒能弯会直，便于起下作业。导向筒在常态下80％的部分是弯曲成90度的，20％的部分是呈直线状的。90度弯曲是造斜的需要，可以为钻头提供足够的侧向力，而直段的20％是为了补足实际造斜率小于设计造斜率而准备的。从图可看到导向筒是偏心的，也就是说一边厚，一边薄，最厚的部分约占周长的五分之一到三分之一，是连续的，起着大弹簧的作用，而其余部分被分别割断，这样取直就容易了，弹力也大了。多组扶正导向条1分布在筒体外表面，每组有三条周向均布，它们的作用是在弹力作用下支撑在井壁上，只能沿井眼轴向滑移，而不能周向转动，确保朝一个方位造斜。另外，导向筒上还有一排防扭限位机构4，它们位于筒体的最内侧，每三个同样的丁字空心片组成一组防扭限位机构4，起防扭限位的作用。
如图3、图4所示从A-A、B-B两个断面图可看到导向筒是偏心的，也就是说一边厚，一边薄，最厚的部分约占周长的五分之一到三分之一。
如图5所示防扭限位机构4由三个同样的丁字空心片组成，按放大图焊接在每条横割缝两侧，起防扭限位的作用，确保钻成曲率半径2.5--3米的井眼。
图6是带有滚珠轴承的球形键十齿大扭矩柔性钻杆示意图，它的下端螺纹13与钻头连接，上端螺纹5与常规钢性钻杆连接，柔性钻杆长度与造斜以后的井眼长度相匹配，可由多根柔性钻杆组成。钻杆的中心部位穿着高压胶管8，两端分别由内卡瓦6、外卡瓦7锁固后又与两端的螺纹13、螺纹5焊接，以此输送高压钻井液，钻井液经地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、常规钻杆、柔性钻杆，从钻头喷嘴中喷出，用以携屑、润滑、冷却、护壁、防喷等等，完成造斜钻进。柔性钻杆所以会传递拉压和扭矩是内球形键9和外球形键10的作用，它们分别首尾焊接，并有十个球形键齿相啮合，由于是球形键齿所以会沿圆周方向弯曲一定角度，多个组合就可以周向弯曲大于等于90度。滚珠扶正轴承由轴承架11和钢球12所组成，它们分别安装在各外球形键10小直径处，其直径大于外球形键10，当柔性钻杆转动时，只有滚动着的钢球12与导向筒(造斜时)或井壁(水平钻进时)接触，这样，柔性钻杆与外壁磨擦力小，也使钻进时扭矩较小，有利于造斜和水平钻进的有效进展。
如图7所示为滚珠扶正轴承由轴承架11和钢球12所组成，其直径大于外球形键10。
如图8所示，柔性钻杆由内球形键9和外球形键10的组成，它们分别首尾焊接，并有十个球形键齿相啮合。
权利要求1.一种柔性钻具，由管式弯外壳导向筒和带有滚动轴承的柔性钻杆两部分组成，柔性钻杆位于导向筒内，上接钻杆，下接钻头。其特征在于带有滚动轴承的柔性钻杆的螺纹(5)与普通钻杆旋接、螺纹(13)与钻头旋接，内卡瓦(6)，外卡瓦(7)，锁固内部高压胶管(8)，并与螺纹(5)、螺纹(13)焊接，内球形键(9)和外球形键(10)有十个齿相啮合，各球键相互焊接，并与螺纹(5)、螺纹(13)焊接，传递扭矩，轴承架(11)和钢球(12)组成滚动扶正轴承，直径最大，安装在各外球形键(10)上。
2.根据权利要求1所述的柔性钻具，其特征在于管式弯外壳导向筒遍体有割缝(2)和小孔(3)，它们使筒体能弯会直，直时有弹性，筒体外焊接有多组导向扶正条(1)和防扭限位机构(4)。
专利摘要一种用于石油勘探开发生产中的转盘法钻超短半径水平井柔性钻具,主要由有管式弹性弯外壳导向筒和带有滚动轴承的柔性钻杆两部分组成。将柔性钻杆装入弹性外壳导向筒内,柔性钻杆下端接钻头,上端接普通钻杆,可实施90度造斜钻进,只用柔性钻杆接钻头可水平延伸,钻成水平井眼。
文档编号E21B7/04GK2466335SQ00258470
公开日2001年12月19日 申请日期2000年10月15日 优先权日2000年10月15日
发明者张书明, 吴淑芳 申请人:张书明