[发明专利]用于径向水平井钻井的柔性钻杆

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等工具领域中的一种用于径向水平井钻井的柔性钻杆。

背景技术

随着油气田开发逐步进入后期，老井多、油水井井况差，薄油气层、低渗油气层、稠油油层、剩余油气开采难度大等因素严重制约油气田后期采收率的提高，再打加密井、更新井的成本高、增产不显著，煤层气的开发需要最大限度的暴露储层面积，同时降级钻井综合成本。为此，国内外相继开展了径向水平井钻井技术研究，并取得了部分研究成果。目前国内外主要采用水力喷射破岩的方式钻进，其中柔性钻杆采用橡胶软管，以便能够顺利通过井下转向器，即在套管内完成垂向到水平向的过渡，然后沿水平方向滑动钻进，前进动力主要依靠喷嘴反向射流的推力。国内外公司采用软管+水力喷射工艺已经开展了现场应用，但仍存在钻进速度慢，坚硬地层水力破岩效果差，井眼轨迹难以控制，地面机泵性能要求严，施工成本高等问题。因此有必要研发新型柔性钻杆，不仅能顺利通过井下转向器，同时能够提高钻进速度，降低地面机泵压力，减小施工成本，对于发挥径向水平井技术优势具有重要意义。国内发明专利球齿式万向轴（200710114769.6）为本发明提供了借鉴，通过将球齿式万向轴进行改进，根据实际需要设计精确尺寸，然后多组连接在一起，即可用于径向水平井钻井作业。

发明内容

针对现有软管+水力喷射工艺技术中，铣穿套管、水泥环作业与下入软管作业不能同时完成，软管滑动钻进速度慢，不能传递扭矩，且对于坚硬地层水力破岩效率低，滑动钻进时管柱稳定性较差等问题，本发明的目的是石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探等施工现场提供一种用于径向水平井钻井的柔性钻杆。

本发明的技术方案包括：两个端部接头和连接在接头之间的连接轴，连接轴与接头之间通过内球齿、外球齿啮合的万向轴连接，并且由球头帽锁紧内、外球齿，其特征是：接头、内球齿、外球齿和连接轴具有共同的轴向贯通孔，贯通孔内套有高压软管，高压软管两端由轴承和密封圈与接头内壁形成动密封，球头帽与外球齿之间安装密封圈。

上述方案进一步包括：连接在两端接头之间的连接轴为多级连接轴，相邻连接轴之间同样采用内球齿、外球齿啮合的万向轴连接，并且由球头帽锁紧内、外球齿。

所述接头与连接轴的连接方式采用上端接头内设内球齿，连接轴上端外设外球齿、连接轴下端内设内球齿，下端接头外设外球齿依次连接方式，是或者反向。

其应用原理：径向水平井钻进时，柔性钻杆上端接头连接常规钻井管柱，下端接头连接专用钻头，进入井下转向器后，柔性钻杆会随着转向器轨道的变化发生弯曲，即每组万向轴发生弯曲，当钻头接触套管时，地面开泵并施加扭矩和钻压，柔性钻杆将地面扭矩和钻压传递至钻头进行磨铣套管作业，同时钻井液通过柔性钻杆内部高压软管到达钻头进行清洗和冷却作业；完成套管和水泥环磨铣作业后，继续施加扭矩和钻压，推动钻头进入地层并开始机械破岩作业，随着钻进的继续，水平段逐渐延长，柔性钻杆内部高压软管在高压钻井液的作用下膨胀，并尽力保持笔直，从而确保柔性钻杆不易发生弯曲，同时由于柔性钻杆在水平段内仍是旋转钻进状态，也有利于水平段柔性钻杆水平状态的稳定。

本发明提供的柔性钻杆不仅能够传递扭矩和钻压驱动钻头进行机械破岩，同时还能够传递高压钻井液，在钻头形成高压水力喷射辅助破岩，进一步提高径向水平井的钻井速度，而且水平段旋转钻进，有利于柔性钻杆水平状态的稳定，确保了径向水平井的平直规则。同时，一种用于径向水平井钻井的柔性钻杆还具有结构设计简单可靠、加工方便、传递扭矩大、运行平稳等特点。

附图说明

图1是依据本发明所提出的一种用于径向水平井钻井的柔性钻杆半剖结构示意图。

图中1-接头、2-密封圈、3-轴承、4-内球齿、5-外球齿、6-密封圈、7-球头帽、8-连接轴、9-高压软管

具体实施方式

下面结合附图来详细描述本发明。

如图1，一种用于径向水平井钻井的柔性钻杆由多组改进后的球齿万向轴连接而成，柔性钻杆内部安装高压软管9，高压软管9两端与柔性钻杆内壁之间安装轴承3和密封圈2，内球齿4与外球齿5啮合，球头帽7用于锁紧内球齿4，球头帽7与内球齿4之间安装密封圈6，柔性钻杆除接头外的中间每组万向轴中，外球齿5加工在连接轴内8，并与下一组内球齿4啮合。