專利名稱：捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所屬領(lǐng)域本實(shí)用新型是一種有關(guān)地質(zhì)、石油鉆探、建筑與橋梁樁基孔等施工作業(yè)的工具，具體地講是一種可用于鉆大口徑井(孔)的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具。
在油氣鉆井中，這種直徑較大的井眼，一般可分為以下幾種情況①大直徑垂直井眼；②大直徑彎曲井眼；③大直徑垂直、彎曲和斜直的同種尺寸的相互銜接的同一井眼。
油氣鉆井的常規(guī)技術(shù)是鉆上部大直徑垂直井眼，一般用轉(zhuǎn)盤鉆方式帶相應(yīng)大尺寸鉆頭鉆進(jìn)；對(duì)非大直徑彎曲井眼(直徑一般在17″即φ444mm以下)，則采用相應(yīng)尺寸的直螺桿鉆具加配彎接頭或彎殼體螺桿鉆具，采用定向方式鉆進(jìn)，或起鉆換用轉(zhuǎn)盤鉆組合旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。
但是，對(duì)于大直徑的彎曲井眼(直徑一般在20″即φ508mm及其以上，如26″即φ660mm等)，若采用轉(zhuǎn)盤鉆方式則難以控制井斜及方位；若采用螺桿鉆具定向鉆進(jìn)，則因找不到與之適應(yīng)的大尺寸螺桿鉆具而無(wú)法實(shí)施。盡管這種情況在油氣鉆井作業(yè)中遇到不多(可設(shè)法從井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加以避免)，但確實(shí)存在無(wú)法避免的情況，致使施工難以進(jìn)行。
造成這種情況的根本原因在于目前的螺桿鉆具系列產(chǎn)品的最大尺寸為 (φ244mm)，其適于鉆 (φ311mm)井眼，勉強(qiáng)用于鉆17″(φ444mm)井眼，對(duì)于更大尺寸井眼則無(wú)能為力，這是由于螺桿鉆具的內(nèi)在特性所確定，一般不設(shè)計(jì)和開發(fā)更大尺寸的螺桿鉆具。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，該組合鉆具至少包含三個(gè)各自獨(dú)立的小尺寸螺桿鉆具，通過(guò)捆綁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)固定和并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)鉆具整體，由鉆柱帶動(dòng)整體旋轉(zhuǎn)；該組合鉆具的頂部為公共上聯(lián)接頭和過(guò)渡接頭，中部和下部具有捆綁環(huán)；鉆井液由鉆鋌、公共上聯(lián)接頭、過(guò)渡接頭，流至每一小尺寸螺桿的馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)并帶動(dòng)各自獨(dú)立的鉆頭旋轉(zhuǎn)。
本實(shí)用新型所述的公共上聯(lián)接頭可實(shí)現(xiàn)對(duì)組合鉆具上端的捆綁和鉆井液的分配。公共上聯(lián)接頭的上端為一錐扣，與上方鉆鋌相連，中部為空腔，下端為一組錐扣，與其下方過(guò)渡接頭相連；鉆井液由上端進(jìn)入中部空腔，經(jīng)過(guò)渡接頭，平均分配到各小螺桿鉆具。
本實(shí)用新型至少在其下端設(shè)有一個(gè)捆綁環(huán)，小螺桿鉆具穿過(guò)該捆綁環(huán)，并相對(duì)于該捆綁環(huán)固定連接。
在本實(shí)用新型中，所述的小螺桿鉆具傳動(dòng)軸的下端面分不同的層面布置，每一小螺桿鉆具獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一個(gè)鉆頭，形成分層獨(dú)立鉆頭配置；在中心位置至少有一個(gè)小尺寸螺桿鉆頭構(gòu)成下層獨(dú)立鉆頭，在周邊均布兩個(gè)或兩個(gè)以上的小尺寸螺桿鉆頭構(gòu)成上層獨(dú)立鉆頭；下層獨(dú)立鉆頭的外圓與上層每個(gè)鉆頭的外圓在平面上總存在相交的關(guān)系。
本實(shí)用新型中，構(gòu)成組合鉆具的小尺寸螺桿可采用由不同的尺寸規(guī)格。
本實(shí)用新型中的捆綁環(huán)上可對(duì)應(yīng)設(shè)有通孔，所述的螺桿鉆具穿過(guò)該通孔，并通過(guò)緊固螺釘固定。捆綁環(huán)外周設(shè)有凹槽，鉆井液由此凹槽通過(guò)。
本實(shí)用新型的工作原理及效果在現(xiàn)有的螺桿鉆具系列產(chǎn)品(因外徑相對(duì)于工作對(duì)象大井眼明顯偏小，故稱小螺桿鉆具)中，選取幾根一種直徑或兩種直徑品種，按一定的組合方式實(shí)行“捆綁”并聯(lián)，每根小螺桿鉆具各自獨(dú)立驅(qū)動(dòng)鉆頭，以增大切削力矩和鉆眼直徑；為在旋轉(zhuǎn)鉆柱的條件下能鉆出完整的圓井眼，這些鉆頭在井底面的投影應(yīng)有部分重迭；為防止鉆頭和螺桿間的運(yùn)動(dòng)干涉，采用雙層鉆頭布置，即中心鉆頭高于周邊鉆頭或低于周邊鉆頭(其他鉆頭位于同一工作平面)。
該實(shí)用新型的工作過(guò)程如下鉆柱中的鉆井液經(jīng)上方鉆鋌、公共上聯(lián)接頭和過(guò)渡接頭分別流入小螺桿鉆具，驅(qū)動(dòng)它們并帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)。在鉆柱不旋轉(zhuǎn)的情況下，中心大鉆頭鉆出領(lǐng)眼，沿周的小鉆頭鉆出獨(dú)立凹坑。但在旋轉(zhuǎn)鉆柱的情況下，沿周的三個(gè)鉆頭的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，會(huì)鉆掉凹坑之間的存巖，從而形成環(huán)狀井底。由于大鉆頭的先導(dǎo)鉆出領(lǐng)眼，耗功小，易保直；后續(xù)小鉆頭擴(kuò)眼容易實(shí)現(xiàn)，因此即可鉆出垂直井眼。
利用本實(shí)用新型在斜直井中，該鉆具可實(shí)現(xiàn)降斜鉆進(jìn)，也可再配置穩(wěn)定器鉆出斜直井眼。
圖5本實(shí)用新型的捆綁環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6本實(shí)用新型圖5的A-A剖視圖；圖7本實(shí)用新型的第一種組合方式平面示意圖；圖8本實(shí)用新型的雙層配置結(jié)構(gòu)示意圖；圖9本實(shí)用新型的第二種組合方式平面示意圖；


圖10本實(shí)用新型的第三種組合方式平面示意圖。
如
圖1、圖8所示，本實(shí)用新型中小螺桿鉆具1的傳動(dòng)軸11的下端面分不同的層面布置，每一小螺桿鉆具1獨(dú)立驅(qū)動(dòng)鉆頭自轉(zhuǎn)；組合鉆具由鉆柱帶動(dòng)整體旋轉(zhuǎn)。在該組合鉆具中至少有一個(gè)位于中心位置的小尺寸螺桿鉆頭121構(gòu)成下層獨(dú)立鉆頭，在周邊均布兩個(gè)或兩個(gè)以上的小尺寸螺桿鉆頭122構(gòu)成上層獨(dú)立鉆頭。
在本實(shí)用新型中，該組合鉆具可由鉆柱帶動(dòng)整體旋轉(zhuǎn)。在鉆柱不旋轉(zhuǎn)的情況下，位于下層的中心鉆頭121鉆出領(lǐng)眼，沿周位于上層的鉆頭122鉆出獨(dú)立凹坑。在旋轉(zhuǎn)鉆柱的情況下，沿周的鉆頭122的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，會(huì)鉆掉凹坑之間的存巖，從而形成環(huán)狀井底。為保證上層鉆頭122在公轉(zhuǎn)時(shí)能全部鉆掉上層鉆頭122鉆出的凹坑和下層鉆頭121鉆出的領(lǐng)眼之間的存巖，如圖7所示，下層鉆頭121的外圓與上層每個(gè)鉆頭122的外圓在平面上應(yīng)總存在相交關(guān)系。由于下層鉆頭122的先導(dǎo)鉆出領(lǐng)眼，耗功小，易保直；后續(xù)上層鉆頭121擴(kuò)眼容易實(shí)現(xiàn)，因此即可快速地鉆出垂直井眼。
在本實(shí)用新型中，構(gòu)成組合鉆具的小尺寸螺桿鉆具1可采用相同的尺寸規(guī)格，也可采用不同的尺寸規(guī)格，本實(shí)用新型對(duì)此不加限制。進(jìn)一步，如
圖1所示，螺桿組合鉆具的中心可具體為是一根小尺寸的螺桿鉆具1，沿圓周均布的是與之相同或不相同尺寸規(guī)格的多根螺桿鉆具1，分別配置鉆頭121和鉆頭122。中心螺桿和鉆頭121相對(duì)靠下，沿周的多根螺桿和鉆頭122相對(duì)靠上，因而形成雙層配置和領(lǐng)眼鉆進(jìn)、后續(xù)擴(kuò)眼的方式。
在本實(shí)施例中，公共上聯(lián)接頭2的結(jié)構(gòu)可如圖2、圖3所示，上端是一個(gè)錐螺紋母扣21，用于和上方鉆鋌的公扣相連；其中部為一空腔22，其下方為四個(gè)錐螺紋母扣23，用于和過(guò)渡接頭3(如圖4所示)相連，將四根螺桿鉆具1的上端并聯(lián)捆綁在一起；其外圓柱表面經(jīng)加工形成光滑吻接的凹槽24，以便鉆井液通過(guò)。鉆井液由空腔22，經(jīng)過(guò)渡接頭3被均勻分配進(jìn)入下方的各小尺寸螺桿鉆具1。
如
圖1、圖4所示，公共上聯(lián)接頭2的下方是過(guò)渡接頭3(雙公螺紋)，該過(guò)渡接頭3與其下方的螺桿鉆具1的母扣相連。由于中心螺桿鉆具1相對(duì)靠下，且鉆頭121為領(lǐng)眼方式配置，位于其他三個(gè)鉆頭122之下，所以中間過(guò)渡接頭3的長(zhǎng)度應(yīng)大于其他三個(gè)過(guò)渡接頭3，以作位置補(bǔ)償。
過(guò)渡接頭3下面連接的螺桿鉆具1，可由至少設(shè)于鉆具組合下端的捆綁環(huán)4(如圖5、圖6所示)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)固定，并按圖7所示方式布置。所述的，小螺桿鉆具1穿過(guò)該捆綁環(huán)4，并與捆綁環(huán)4固定連接。為實(shí)現(xiàn)該鉆具組合的個(gè)鉆具1的穩(wěn)固并聯(lián)，可視該鉆具組合的實(shí)際長(zhǎng)度，具體在鉆具組合的中部和下部有兩個(gè)或兩個(gè)以上的捆綁環(huán)4。如圖5、圖6所示，該捆綁環(huán)4上可對(duì)應(yīng)設(shè)有通孔41，各螺桿鉆具1穿過(guò)捆綁環(huán)4上相應(yīng)的通孔41，并通過(guò)緊釘螺釘實(shí)現(xiàn)固定并加涂防松膠；還可進(jìn)一步在捆綁環(huán)4的上、下端緣處，通過(guò)點(diǎn)焊與四根螺桿鉆具進(jìn)一步固聯(lián)。該捆綁環(huán)4的外周還可進(jìn)一步設(shè)有凹槽42，以供鉆井液由此凹槽42中通過(guò)。
為進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型，下面以鉆26″(φ660mm)井眼、4根6″(φ165mm)小尺寸螺桿鉆具的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具為例說(shuō)明其工作原理和施工方法。
如
圖1所示，四根6″螺桿按圖9所示方式配置。圖中直徑較大的圓為鉆頭121的外徑，較小者表示螺桿鉆具1的直徑(6″)。圖8為相應(yīng)的鉆頭121、122雙層配置示意圖。中心的一根小螺桿鉆具1(6″)和所帶的 鉆頭121相對(duì)靠下，而其他三根螺桿鉆具1(6″)和所帶的8″鉆頭122相對(duì)靠上，形成“一大三小”、領(lǐng)眼一擴(kuò)孔式的雙層配置。三個(gè)外圍的8″鉆頭122繞中心的 鉆頭121呈120。均布。該尺寸考慮了鉆頭工作面積間的相互復(fù)蓋和鉆頭與其他螺桿之間的間隙，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱時(shí)，即可鉆出26″(中660mm)井眼。
本實(shí)用新型的鉆頭121、122在平面關(guān)系上可采用一大幾小，即如圖9所示的中心為大鉆頭，沿周均布幾個(gè)小鉆頭的實(shí)施方式；也可采用一小幾大，即如
圖10所示的中心為小鉆頭，沿周均布幾個(gè)大鉆頭的實(shí)施方式。圖9、
圖10中的實(shí)線圓為鉆頭外徑，虛線圓為相應(yīng)的螺桿鉆具直徑；為保證上層鉆頭122在公轉(zhuǎn)時(shí)能全部鉆掉上層鉆頭122鉆出的凹坑和下層鉆頭121鉆出的領(lǐng)眼之間的存巖，下層鉆頭121的外圓與上層每個(gè)鉆頭122的外圓在平面上總存在相交的關(guān)系。
當(dāng)鉆柱中的鉆井液經(jīng)上方鉆鋌、公共上聯(lián)接頭2和各螺桿鉆具1的過(guò)渡接頭3分別流入四根螺桿鉆具1時(shí)，驅(qū)動(dòng)它們并帶動(dòng)鉆頭121、122旋轉(zhuǎn)。在鉆柱不旋轉(zhuǎn)的情況下，中心鉆頭121鉆出領(lǐng)眼，沿周的三個(gè)鉆頭122鉆出三個(gè)獨(dú)立凹坑。但在旋轉(zhuǎn)鉆柱的情況下，沿周的三個(gè)鉆頭122的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，會(huì)鉆掉凹坑之間的存巖，從而形成環(huán)狀井底。
由于鉆頭121的先導(dǎo)鉆出領(lǐng)眼，耗功小，易保直；后續(xù)三個(gè)鉆頭122擴(kuò)眼容易實(shí)現(xiàn)，因此即可鉆出垂直井眼。在斜直井中，該鉆具可實(shí)現(xiàn)降斜鉆進(jìn)，也可再配置穩(wěn)定器鉆出斜直井眼。
本實(shí)用新型除鉆油氣井外，也可用于地質(zhì)勘探、建筑及橋梁樁基孔及其他地下工程的大孔鉆進(jìn)施工。
上述實(shí)施例為本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，而非用于限制本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，該組合鉆具至少包含三個(gè)各自獨(dú)立的小尺寸螺桿鉆具，通過(guò)捆綁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)固定和并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)鉆具整體；該組合鉆具的頂部為公共上聯(lián)接頭，中部和下部具有捆綁環(huán)；鉆井液由鉆鋌進(jìn)入公共上聯(lián)接頭、過(guò)渡接頭，分別流至每一小尺寸螺桿鉆具，驅(qū)動(dòng)并帶動(dòng)各自獨(dú)立的鉆頭旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的公共上聯(lián)接頭其上端為一錐扣，與上方鉆鋌相連，其中部為空腔，下端為一組錐扣，與其下方過(guò)渡接頭的上端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的鉆具組合至少在其下端設(shè)有一個(gè)捆綁環(huán)，小螺桿鉆具穿過(guò)捆綁環(huán)，并與捆綁環(huán)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的小螺桿鉆具傳動(dòng)軸的下端面分不同的層面布置，每一小螺桿鉆具獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一個(gè)鉆頭，形成分層獨(dú)立鉆頭配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，至少有一個(gè)位于中心位置的小尺寸螺桿鉆頭構(gòu)成下層獨(dú)立鉆頭，在周邊均布兩個(gè)或兩個(gè)以上的小尺寸螺桿鉆頭構(gòu)成上層獨(dú)立鉆頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的下層獨(dú)立鉆頭的外圓與上層每個(gè)鉆頭的外圓在平面上總存在相交的關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，構(gòu)成組合鉆具的小尺寸螺桿可采用不同的尺寸規(guī)格。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的捆綁環(huán)上可對(duì)應(yīng)設(shè)有通孔，螺桿鉆具穿過(guò)此通孔，并通過(guò)緊固螺釘固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，所述的鉆具組合可于組合中部和下端部設(shè)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的捆綁環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，所述捆綁環(huán)外周設(shè)有凹槽，鉆井液由此凹槽通過(guò)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具，其特征在于，該組合鉆具由鉆柱帶動(dòng)整體旋轉(zhuǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可用于鉆大口徑井(孔)的捆綁式小尺寸螺桿組合鉆具。該組合鉆具至少包含三個(gè)各自獨(dú)立的小尺寸螺桿鉆具,通過(guò)捆綁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)固定和并聯(lián),構(gòu)成一個(gè)鉆具整體;該組合鉆具的頂部為公共上聯(lián)接頭,中部和下部具有捆綁環(huán);鉆井液由鉆鋌進(jìn)入公共上聯(lián)接頭、過(guò)渡接頭,分別流至每一小尺寸螺桿鉆具,驅(qū)動(dòng)并帶動(dòng)各自獨(dú)立的鉆頭旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型可利用現(xiàn)有的小尺寸螺桿鉆具,用于鉆大口徑井(孔),以解決現(xiàn)有鉆大口徑井(孔)的技術(shù)難題。
文檔編號(hào)E21B10/62GK2514110SQ0126036
公開日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2001年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月17日
發(fā)明者蘇義腦, 竇修榮, 張潤(rùn)香 申請(qǐng)人:石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院鉆井工藝研究所