一种短半径钻杆扶正器的制作方法

本实用新型涉及井下钻探领域，具体涉及一种短半径钻杆扶正器。

背景技术：

目前，大部分老油田已进入开发的中后期，面临以下问题：

1)单井产量逐年下降；

2)大量的剩余储量不能被有效开采；

3)低品位油气藏达50％以上。

径向水平井技术是近年发展起来的一项新技术；技术原理在油层部位钻孔，利用高压水力破岩作用在油层中的不同方向上钻出多个径向水平井眼，从而增大泄油面积，有效提高储层动用程度及最终采收率。

径向水平井是低成本提高单井产量有效的一种技术手段，具有以下几方面优势：

1)直井改造，节省建井成本；

2)小修作业机配合施工，成本低；

3)直井管理，生产、配套、维护成本低。

但是，径向水平钻井曲率半径一般都比较偏小，对仪器及钻杆的造斜率有特别高的要求。

现有钻井技术中采用的扶正器，多为刚性结构，其不可弯曲，造斜率较低，不适用于小曲率半径水平井钻进，若采用传动的扶正器连接方式，钻杆工作过程中扶正器无法随外部钛合金柔性钻杆变形而变化，仪器形成的曲率半径过大。对于内部设置检测仪器的钻杆装置，则会影响仪器的检测，甚至会损坏仪器。此外，具有检测仪器的钻杆装置内部通常会采用电连接的方式，用于供给电能、传递信号，现有技术中缺少对连接线路的保护，极易导致钻井中的废料进入仪器内部。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择，本实用新型提供一种短半径钻杆扶正器，在保证钻杆造斜率的前提下，适用于更小的曲率半径水平井钻进，并有效保护仪器。

本实用新型公开的一种短半径钻杆扶正器，包括第一连接段和第二连接段，第一连接段的一个端部设有容置腔；第二连接段包括连接杆和设置在连接杆端部的转动关节，转动关节与容置腔密封配合，连接杆能够以转动关节为转动中心转动，短半径钻杆扶正器设有沿轴向贯通第一连接段和第二连接段的接线通道。本实用新型在扶正器内部设置接线通道，更加便于电力供给以及检测信号的传输。当转动关节安装在容置腔内部时，转动关节外表面与容置腔内壁实现密封配合，连接杆能够以转动关节为转动中心转动，防止钻井内的杂质、废料进入仪器内部。

作为一种短半径钻杆扶正器的优选技术方案，第二连接段与第一连接段的轴线偏角最大值为2.5°，避免第二连接段与第一连接段发生过大的偏移导致仪器受损。

作为一种短半径钻杆扶正器的优选技术方案，连接杆部分伸出于第一连接段，并在伸出部分的端部设有连接头，连接杆外壁与第一连接段内壁之间具有间隙，以使连接头能够带动连接杆转动，形成轴线偏角。第二连接段通过连接头和连接杆对第一连接段形成限位结构，从而使整个短半径钻杆扶正器能够偏移的范围角度得到有效的控制。

作为一种短半径钻杆扶正器的优选技术方案，第一连接段内设有轴向限位转动关节的止挡件，止挡件套设在第一连接段内，止挡件可以将转动关节轴向固定，防止转动关节脱出。

作为一种短半径钻杆扶正器的优选技术方案，止挡件包括第一止挡件和第二止挡件，第一止挡件、第二止挡件和第一连接段内壁形成容置腔。转动关节的前端和后端分别与第一止挡件、第二止挡件配合，可以有效保证了转动关节的轴向固定。形成的球形容置腔也保证了转动关节的转动自由度。

作为一种短半径钻杆扶正器的优选技术方案，止挡件与转动关节配合的表面设有第一密封槽，止挡件与第一连接段内壁配合的表面设有第二密封槽，第一密封槽和第二密封槽内设有密封件。密封件可以避免井下环境中的杂质影响转动关节的转动，也可以避免杂质进入仪器内部，导致仪器受损。

作为一种短半径钻杆扶正器的优选技术方案，第一密封槽和第二密封槽均为以第一连接段轴线为中心设置。第一密封槽和第二密封槽形成了针对第一连接段和第二连接段轴向的密封结构，保证了止挡件内部及止挡件外部的密封，进而保证了仪器的使用寿命。

作为一种短半径钻杆扶正器的优选技术方案，第一连接段还包括锁止件，锁止件能够与第一连接段端部配合，以将止挡件轴向紧固。通过旋拧锁止件的螺纹，将螺纹部压接于第二止挡件上，从而将转动关节夹持于第一止挡件和第二止挡件之间。

作为一种短半径钻杆扶正器的优选技术方案，第一连接段外周设有若干减震垫。减震垫可以减轻短半径钻杆扶正器在工作过程中与钻井内壁发生的碰撞，更好的保护仪器，延长仪器的使用寿命。

作为一种短半径钻杆扶正器的优选技术方案，转动关节包括多对以第二连接段轴线为为中心呈中心对称的连接键，连接键具有能够与容置腔相对转动的弧面。连接键在保证密封的同时，可以承受一定扭矩。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一实施例应用于井下作业仪器的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例中钻杆扶正器的结构示意图。

图3为本实用新型一实施例中第一连接段的结构示意图。

图4为本实用新型一实施例中第二连接段的结构示意图。

图5为本实用新型一实施例中转动关节的结构示意图。

其中：

1-打捞头；

2-电池组件；

3-短半径钻杆扶正器；

31-第一连接段，311-第一止挡件，312-第二止挡件，313-第一密封槽，314-第二密封槽，315-锁止件，316-减震垫；

32-第二连接段，321-连接杆，322-转动关节，323-连接头，3221-主体，3222-连接键；

33-接线通道；

4-定向传感器；

5-脉冲器。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本实用新型的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过度结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

具体采取的方案是：

实施例1

本实施例公开的一种短半径钻杆扶正器，应用于径向水平钻井中，更准确的说，应用于有超短半径需求的水平钻井中，如图1所示，用于井下作业的整个仪器装置包括依次连接的脉冲器5、短半径钻杆扶正器3、定向传感器4、短半径钻杆扶正器3、电池组件2和打捞头1，其中，在脉冲器5、定向传感器之间4以及定向传感器4与电池组件2之间均设有短半径钻杆扶正器3，用于提高造斜率。

如图2、图3所示，具体的，本实施例公开的一种短半径钻杆扶正器3，包括第一连接段31和第二连接段32，第一连接段31和第二连接段32依次连接，第一连接段31上设有与其它部件连接的母连接端口，第二连接段32上设有与其它部件连接的公连接端口。第一连接段31与第二连接段32连接的端部设有容置腔，第二连接段32包括连接杆321和设置在连接杆321端部的转动关节322，当转动关节322安装在容置腔内部时，转动关节322外表面与容置腔内壁实现密封配合，连接杆321能够以转动关节322为转动中心转动，防止钻井内的杂质、废料进入仪器内部。为了便于电力供给以及检测信号的传输，仪器通过有线电路连接，本实施例中，短半径钻杆扶正器3设有沿轴向贯通第一连接段31和第二连接段32的接线通道33，相应的，脉冲器5、定向传感器4、电池组件2和打捞头1内部也都设有接线通道，以便于走线，同时也能保护线材，防止线材在井下环境受损。

如图2所示，本实施例中，为了避免第二连接段32与第一连接段31发生过大的偏移导致仪器受损，第二连接段32与第一连接段31的轴线偏角α的最大值为2.5°。具体的，连接杆321部分伸出于第一连接段31，并在伸出部分的端部设有连接头323，连接头323用于与电池组件2连接。连接杆321外壁与第一连接段31内壁之间具有间隙，以使连接头323能够带动连接杆321以转动关节322为中心转动，形成轴线偏角。第二连接段32通过连接头323和连接杆321对第一连接段31形成限位结构，从而使整个短半径钻杆扶正器1能够偏移的范围角度得到有效的控制，可设置连接杆321外壁与第一连接段31端部配合限位，或者连接头323端部与第一连接段31端部配合限位。虽然本实施例中限定第二连接段32与第一连接段31的轴线偏角最大值为2.5°，实际应用中，可根据需要调整配合结构，从而提高、或者降低轴线偏角，如提高第一连接段31的内径或者降低连接杆321的外径，使第一连接段31内壁和连接杆321的外壁具有更大的间隙，连接杆321的可活动范围更大，则可提高轴线偏角的大小，反之，则可以降低轴线偏角的大小。

如图3所示，本实施例中，第一连接段31内设有轴向限位转动关节322的止挡件，止挡件套设在第一连接段31内。止挡件为环形挡圈，止挡件的外壁与第一连接段31内壁配合，止挡件的内壁与转动关节322配合。具体的，止挡件包括第一止挡件311和第二止挡件312，第一止挡件311、第二止挡件312和第一连接段31内壁形成容置腔。第一连接段31内壁为阶梯状结构，第一止挡件311的端面与阶梯端面配合抵接，第一止挡件311朝向转动关节322一侧设有弧面，转动关节322前端部与第一止挡件311的弧面配合，第二止挡件312设置在转动关节322的后端部，第二止挡件312朝向转动关节322的一侧也设有弧面，同理，转动关节322后端部也与第二止挡件312的弧面配合，通过对第二止挡件312的轴向定位，可以将转动关节322夹持在第一止挡件311和第二止挡件322之间，从而可以有效保证转动关节322的定位。

进一步的，止挡件与转动关节322配合的表面设有第一密封槽313，第一密封槽313内设有密封件，如密封圈。由于转动关节322表面为球面，止挡件与转动关节322配合的表面为弧面，因此，密封件以环形结构设置在第一密封槽313内，第一止挡件311和第二止挡件312内至少设有一个第一密封槽313以实现密封，一方面防止井下环境中的杂质影响转动关节322的转动，另一方面防止杂质沿转动关节322与止挡件之间的间隙进入仪器内部损坏仪器。

止挡件与第一连接段31内壁配合的表面设有第二密封槽314，第二密封槽314内设有密封件，如密封圈。第二密封槽314设置在第一止挡件311和第二止挡件312的周向表面，可以避免井下的杂质沿止挡件与第一连接段31内壁之间的间隙进入仪器内部，第二密封槽314设置的数量可以根据止挡件与第一连接段31配合的长度来确定，如本实施例中，第一止挡件311与第一连接段31内壁配合面在轴向上较长，则在第一止挡件311上设置2个第二密封槽314，第二止挡件312与第一连接段31内壁配合面在轴向上较短，则在第二止挡件3112上设置1个第二密封槽314。

更进一步的，第一密封槽313和第二密封槽314均为以第一连接段31轴线为中心设置，第一密封槽313和第二密封槽314形成了针对第一连接段31和第二连接段32轴向的密封结构，分别对应止挡件内部及止挡件外部的密封，且第一密封槽313和第二密封槽314都不是只有一个，从而当其中一部分密封失效后，其他的密封结构依然能保护内部仪器。

为了将止挡件固定，第一连接段31还包括锁止件315，锁止件315能够与第一连接段31端部配合，以将止挡件轴向紧固。本实施例中，锁止件315的一端设有螺纹部，螺纹部设有外螺纹，用于与第一连接段31内壁螺纹连接，通过旋拧锁止件的螺纹，将螺纹部压接于第二止挡件312上，从而将转动关节322夹持于第一止挡件311和第二止挡件312之间。

本实施例中，第一连接段31外周设有若干减震垫316。减震垫316用于减轻短半径钻杆扶正器1在工作过程中与钻井内壁发生的碰撞，减震垫316可以环绕所述第一连接段31的外周设置，也可以设置为3-5个独立的部件，呈环形均布在第一连接段31的外周。减震垫316上设有沉孔，可通过螺钉穿过减震垫316与第一连接段31紧固连接。减震垫316可以采用橡胶、硅胶等一系列柔性材料，以起到较好的减震效果。为了便于与第一连接段31连接，可以设置减震垫316的外周为柔性材料，而在与第一连接段31的连接处设置为刚性材料，如钛合金或不锈钢等。

本实施例中，转动关节322包括多对以第二连接段32轴线为为中心呈中心对称的连接键3222，连接键3222具有能够与容置腔相对转动的弧面。如图5所示，连接键322包括与转动关节主体3221连接的柱状凸起部分，和设置在凸起部分上的圆弧部分，多个弧面使转动关节322与容置腔内壁形成了球面副结构，在容置腔内设置键槽，凸起部分用于固定连接键，圆弧部分则与第一连接段31内壁设置的键槽配合。本实施例中，4个连接键3222均匀分布在转动关节主体3221的周向，相对的两个连接键3222形成了供另两个连接键3222转动的旋转轴，从而保证万向转动。此外，连接键3222的侧壁形成平面，在保证密封的同时，可以承受一定扭矩。

综上所述，传统的刚性钻杆扶正器，由于刚度太大，导致弯曲应力会对仪器产生影响，扶正器与外面配合时不利于拐弯，对仪器有损伤作用。而本实用新型公开的一种短半径钻杆扶正器3则可以减少弯曲应力会对仪器产生影响，在一定的弯折度下，可以起到对弯曲应力的补偿，从而保护仪器。

需要说明的是，采用本实用新型公开的一种短半径钻杆扶正器3进行井下测斜工作时，定向传感器4所测的井斜数据与实际钻头已经钻井的井斜数据存在一定的差异，应该根据设计的曲率半径并结合一起的长度和在钻杆内的位置进行修正。

本实用新型所保护的技术方案，并不局限于上述实施例，应当指出，任意一个实施例的技术方案与其他一个或多个实施例中技术方案的结合，在本实用新型的保护范围内。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。