全液压驱动井下管柱的加压装置及其推进方法

申请号 CN201410775595.8 申请日 2014-12-15 公开(公告)号 CN104533315A 公开(公告)日 2015-04-22
申请人 中国石油天然气集团公司; 中国石油集团钻井工程技术研究院; 发明人 侯福祥; 马汝涛; 彭嵩; 徐丙贵;
摘要 本 发明 的一种全液压驱动井 下管 柱的加压装置及其推进方法,加压装置包括依次连接的第二作动机构、液控中心和第一作动机构;第一、第二作动机构均包括锚固组件、 液压缸 和推进 活塞 ,推进活塞固定中心管;推进活塞在液压缸中滑动,锚固组件一端滑动密封地置于液压缸内且其外露部分能沿径向张缩;在锚固组件和推进活塞之间形成锚固端环形空腔,在推进活塞和推进端端盖之间形成推进端环形空腔;第二作动机构的锚固端环形空腔和推进端环形空腔分别与第一作动机构的锚固端环形空腔和推进端环形空腔连接;通过锚固端环形空腔的进油和泄压分别依次控制第一、第二作动机构各自的锚固组件张缩;液控中心驱动推进活塞向推进端端盖一侧移动,使管柱持续下入。
权利要求

1.一种全液压驱动井下管柱的加压装置,其特征在于,所述全液压驱动井下管柱加压装置包括依次连接的第二作动机构、液控中心和第一作动机构;
所述第一作动机构和所述第二作动机构均包括依次设置的锚固组件、液压缸和推进活塞,所述推进活塞固定连接一中心管,所述中心管贯穿所述锚固组件和所述液压缸;所述液压缸的两端分别通过锚固端端盖和推进端端盖密封,所述推进活塞能在所述液压缸的推进活塞行程腔中滑动,所述锚固组件的一端滑动密封地置于所述液压缸内,所述锚固组件外露于所述液压缸的部分能沿径向扩张或收缩;
所述中心管的外壁与所述液压缸的内壁的环形间隙在所述锚固组件和所述推进活塞之间形成锚固端环形空腔,所述中心管的外壁与所述液压缸的内壁的环形间隙在所述推进活塞和所述推进端端盖之间形成推进端环形空腔;所述第二作动机构的锚固端环形空腔和推进端环形空腔分别通过所述液控中心的管线与所述第一作动机构中对应的锚固端环形空腔和推进端环形空腔连接;
通过所述锚固端环形空腔的进油所述液控中心依次控制所述第一作动机构的锚固组件和所述第二作动机构的锚固组件扩张,通过所述锚固端环形空腔的泄压所述液控中心依次控制所述第一作动机构的锚固组件和所述第二作动机构的锚固组件收缩;通过所述液控中心向所述锚固端环形空腔内进油,驱动所述推进活塞和所述中心管朝向所述推进端端盖一侧移动。
2.根据权利要求1所述的全液压驱动井下管柱的加压装置,其特征在于,所述液控中心包括第一行程、第二行程阀、主换向阀和顺序阀;所述第一行程阀与所述第一作动机构的推进端端盖连接,所述第二行程阀与所述第二作动机构的推进端端盖连接;
所述主换向阀通过主进油管路与所述液控中心的进油口连接,所述主换向阀分别通过第一进油管路、第二进油管路与所述第一作动机构的锚固端环形空腔、所述第二作动机构的锚固端环形空腔连接;所述顺序阀与所述主进油管路连接,所述顺序阀通过所述主进油管路的压强信号控制所述主换向阀与所述液控中心的回油口之间的导通;通过所述推进活塞与所述推进端端盖的接触所述液控中心控制所述第一行程阀或所述第二行程阀的触发。
3.根据权利要求1所述的全液压驱动井下管柱的加压装置,其特征在于,所述锚固组件包括滑动套装在所述中心管上的锚固臂支撑环、能沿径向扩张或收缩的至少三根锚固臂、滑和锚固活塞;所述锚固臂支撑环位于所述锚固组件外露于所述液压缸的部分的端部,所述锚固臂的一端固定到所述锚固臂支撑环上,其另一端固定到所述锚固端端盖上;
所述锚固活塞套装在所述中心管上,所述锚固活塞的一端滑动密封地置于所述液压缸内;所述锚固臂沿所述中心管的圆周均匀分布,所述滑块位于所述锚固臂包围的空腔内,所述滑块套装在所述锚固活塞上;通过所述锚固端环形空腔的进油推动所述锚固活塞朝向所述锚固端端盖运动,所述锚固活塞推动所述滑块,所述滑块的外周挤压所述锚固臂沿径向扩张。
4.根据权利要求3所述的全液压驱动井下管柱的加压装置,其特征在于,所述锚固活塞包括套筒部和固定套装在所述套筒部一端的活塞部,所述活塞部滑动密封地置于所述液压缸内;所述套筒部的外壁上设置台阶,所述滑块能沿所述套筒部的外壁滑动直至与所述台阶的平面抵靠。
5.根据权利要求4所述的全液压驱动井下管柱的加压装置,其特征在于,所述锚固活塞上套装弹簧,所述弹簧的两端分别抵靠在所述活塞部和所述锚固端端盖的内侧。
6.根据权利要求3所述的全液压驱动井下管柱的加压装置,其特征在于,所述滑块的外壁上设置至少一个斜面体,所述斜面体包括沿所述滑块的圆周均匀分布的多个斜面,所述斜面朝向所述锚固臂支撑环的一端向所述滑块的中心轴倾斜;所述斜面朝向所述锚固臂支撑环的运动挤压所述锚固臂,所述锚固臂沿径向扩张并与外界的井壁锚固。
7.根据权利要求6所述的全液压驱动井下管柱的加压装置,其特征在于,所述斜面体的数量为至少一个,所述斜面体上具有三个所述斜面,所述斜面沿所述滑块的圆周的分布位置与所述锚固臂沿所述中心管的圆周的分布位置相对应。
8.根据权利要求6所述的全液压驱动井下管柱的加压装置,其特征在于,所述锚固臂上设置滚轮,所述滚轮能在所述斜面上滚动。
9.根据权利要求1至8任一项所述的全液压驱动井下管柱的加压装置,其特征在于,所述中心管包括由所述第二作动机构的推进活塞、所述液控中心和所述第一作动机构的推进活塞分隔形成的第一段、第二段、第三段和第四段;
所述推进活塞的两端分别设置第一凹槽和第二凹槽,所述第一凹槽朝向所述锚固端端盖,所述第二凹槽朝向所述推进端端盖;所述第二作动机构的第一凹槽和第二凹槽内分别固定连接所述第一段和所述第二段,所述第一作动机构的第一凹槽和第二凹槽内分别固定连接所述第三段和所述第四段;
所述第一凹槽的槽底与所述第二凹槽的槽底之间设置贯通的管路通道,一锚固端液压通道从所述第一凹槽的槽底贯通到所述推进活塞的第一凹槽所在端的端面,一推进端液压通道从所述第二凹槽的槽底贯通到所述推进活塞的第二凹槽所在端的端面;
所述第二作动机构的锚固端液压通道在所述第一凹槽槽底上的一端通过第一管线与所述第一作动机构的锚固端液压通道在所述第一凹槽槽底上的一端连通;所述第二作动机构的推进端液压通道在所述第二凹槽槽底上的一端通过第二管线与所述第一作动机构的推进端液压通道在所述第二凹槽槽底上的一端连通;所述第一管线和所述第二管线均置于所述管路通道和所述中心管内。
10.根据权利要求9所述的全液压驱动井下管柱的加压装置,其特征在于,在所述第四段外露于所述第二作动机构的液压缸的部分的外壁上或所述液压缸的内壁上设置限位件,所述限位件限定所述第二作动机构的推进活塞在相应的所述液压缸内移动的位置。
11.一种全液压驱动井下管柱的推进方法,其特征在于,采用权利要求1至10任一项所述的全液压驱动井下管柱加压装置,其工作过程如下:
S10,所述全液压驱动井下管柱加压装置入井前,向第一作动机构的推进端环形空腔和第二作动机构的推进端环形空腔充入液压油;将所述全液压驱动井下管柱加压装置和中心管一起下入到井下;
S20,液控中心控制液压油进入所述第一作动机构的锚固端环形空腔,所述第一作动机构的锚固组件张紧锚固,所述第一作动机构的锚固端环形空腔的压强达到限定值,所述第一作动机构的锚固端环形空腔推动对应的推进活塞带动其上固定连接的所述中心管朝向所述第一作动机构的推进端端盖运动;
所述第一作动机构的推进端环形空腔中的液压油通过管线流入所述第二作动机构的推进端环形空腔,所述第二作动机构的液压缸相对于所述中心管朝向所述第一作动机构运动;
S30,所述液控中心控制液压油进入所述第二作动机构的锚固端环形空腔,所述第二作动机构的锚固组件张紧锚固,所述第二作动机构的锚固端环形空腔的压强达到限定值;同时,所述第一作动机构的锚固端环形空腔卸压,所述第一作动机构的锚固组件收缩复位;所述第二作动机构的锚固端环形空腔推动对应的推进活塞带动其上固定连接的所述中心管朝向所述第二作动机构的推进端端盖运动;
S40,依次重复上述的S20和S30,所述中心管持续朝向所述推进端端盖推进。
12.根据权利要求11所述的全液压驱动井下管柱的推进方法,其特征在于,所述S20中,所述第一作动机构的锚固端环形空腔的压强达到所述液控中心的顺序阀设定的限定值,所述顺序阀导通;所述第一作动机构的推进活塞运动至与所述第一作动机构的推进端端盖接触,触发所述液控中心的与所述第一作动机构的推进端端盖连接的第一行程阀,所述液控中心的主换向阀换向,所述主换向阀控制液压油的流向,所述顺序阀复位;
所述S30中,所述第二作动机构的锚固端环形空腔的压强达到所述顺序阀设定的限定值,所述顺序阀导通;所述第二作动机构的推进活塞运动至与所述第二作动机构的推进端端盖接触,触发所述液控中心的与所述第二作动机构的推进端端盖连接的第二行程阀,所述主换向阀换向,所述顺序阀复位。

说明书全文

全液压驱动井下管柱的加压装置及其推进方法

技术领域

[0001] 本发明涉及油气钻采技术领域,特别涉及一种能为井下管柱施加推的全液压的加压工具,以及为井下管柱提供推力,实现加载钻压,辅助下入管柱的方法。

背景技术

[0002] 随着油气资源勘探开发向着更深、更复杂的地层拓展,平井、大位移井等特殊井型的应用越来越广泛。在处于开发后期的老油田中,套管开窗侧钻或裸眼侧钻水平井是挖潜产能的重要手段。
[0003] 钻井过程中,钻头上的钻压一般由钻柱的重量加载。但在水平井、大位移井中,由于大部分钻柱与井壁贴合,产生较大的摩擦阻力,妨碍了钻压的有效传递,可能导致机械钻速大幅降低,钻井成本随之提高;严重时,甚至无法钻达设计深度。另外,连续管钻修井、钻井是一项有广阔应用前景的新兴技术,具有常规钻井不具备的多项优点,同时也面临着一系列新的技术难题,其中钻压的加载和连续管的下入是当前面临的主要问题。
[0004] 连续管由于受刚度的限制和井壁摩擦阻力的影响,在长距离下入时容易在井下形成弹簧状弯曲、缠绕,进而形成自,从而无法下入到目的层。连续管钻井时无法依靠自身重量和自身强度提供有效的钻压,需要提供单独的钻压设备。通常使用水力加压器进行连续管钻井的钻压加载,但效果不够理想,难以满足复杂现场工况的需求。

发明内容

[0005] 为解决上述的技术问题,本发明提出一种全液压驱动井下管柱的加压装置来实现钻压的加载和连续管的持续下入,本发明还提出一种全液压驱动井下管柱的推进方法,所述方法为所述加压装置的工作步骤,该方法为所述加压装置上连接的中心管加载持续的钻压。
[0006] 本发明的一种全液压驱动井下管柱的加压装置,包括依次连接的第二作动机构、液控中心和第一作动机构;
[0007] 所述第一作动机构和所述第二作动机构均包括依次设置的锚固组件、液压缸和推进活塞,所述推进活塞固定连接一中心管,所述中心管贯穿所述锚固组件和所述液压缸;所述液压缸的两端分别通过锚固端端盖和推进端端盖密封,所述推进活塞能在所述液压缸的推进活塞行程腔中滑动,所述锚固组件的一端滑动密封地置于所述液压缸内,所述锚固组件外露于所述液压缸的部分能沿径向扩张或收缩;
[0008] 所述中心管的外壁与所述液压缸的内壁的环形间隙在所述锚固组件和所述推进活塞之间形成锚固端环形空腔,所述中心管的外壁与所述液压缸的内壁的环形间隙在所述推进活塞和所述推进端端盖之间形成推进端环形空腔;所述第二作动机构的锚固端环形空腔和推进端环形空腔分别通过所述液控中心的管线与所述第一作动机构中对应的锚固端环形空腔和推进端环形空腔连接;
[0009] 通过所述锚固端环形空腔的进油所述液控中心依次控制所述第一作动机构的锚固组件和所述第二作动机构的锚固组件扩张,通过所述锚固端环形空腔的泄压所述液控中心依次控制所述第一作动机构的锚固组件和所述第二作动机构的锚固组件收缩;通过所述液控中心向所述锚固端环形空腔内进油,驱动所述推进活塞和所述中心管朝向所述推进端端盖一侧移动。
[0010] 作为一种可实施的方式,所述液控中心包括第一行程、第二行程阀、主换向阀和顺序阀;所述第一行程阀与所述第一作动机构的推进端端盖连接,所述第二行程阀与所述第二作动机构的推进端端盖连接;
[0011] 所述主换向阀通过主进油管路与所述液控中心的进油口连接,所述主换向阀分别通过第一进油管路、第二进油管路与所述第一作动机构的锚固端环形空腔、所述第二作动机构的锚固端环形空腔连接;所述顺序阀与所述主进油管路连接,所述顺序阀通过所述主进油管路的压强信号控制所述主换向阀与所述液控中心的回油口之间的导通;通过所述推进活塞与所述推进端端盖的接触所述液控中心控制所述第一行程阀或所述第二行程阀的触发。
[0012] 进一步地,所述锚固组件包括滑动套装在所述中心管上的锚固臂支撑环、能沿径向扩张或收缩的至少三根锚固臂、滑和锚固活塞;所述锚固臂支撑环位于所述锚固组件外露于所述液压缸的部分的端部,所述锚固臂的一端固定到所述锚固臂支撑环上,其另一端固定到所述锚固端端盖上;
[0013] 所述锚固活塞套装在所述中心管上,所述锚固活塞的一端滑动密封地置于所述液压缸内;所述锚固臂沿所述中心管的圆周均匀分布,所述滑块位于所述锚固臂包围的空腔内,所述滑块套装在所述锚固活塞上;通过所述锚固端环形空腔的进油推动所述锚固活塞朝向所述锚固端端盖运动,所述锚固活塞推动所述滑块,所述滑块的外周挤压所述锚固臂沿径向扩张。
[0014] 进一步地,所述锚固活塞包括套筒部和固定套装在所述套筒部一端的活塞部,所述活塞部滑动密封地置于所述液压缸内;所述套筒部的外壁上设置台阶,所述滑块能沿所述套筒部的外壁滑动直至与所述台阶的水平面抵靠。
[0015] 作为一种可实施的方式,所述锚固活塞上套装弹簧,所述弹簧的两端分别抵靠在所述活塞部和所述锚固端端盖的内侧。
[0016] 作为一种可实施的方式,所述滑块的外壁上设置至少一个斜面体,所述斜面体包括沿所述滑块的圆周均匀分布的多个斜面,所述斜面朝向所述锚固臂支撑环的一端向所述滑块的中心轴倾斜;所述斜面朝向所述锚固臂支撑环的运动挤压所述锚固臂,所述锚固臂沿径向扩张并与外界的井壁锚固。
[0017] 进一步地,所述斜面体的数量为至少一个,所述斜面体上具有三个所述斜面,所述斜面沿所述滑块的圆周的分布位置与所述锚固臂沿所述中心管的圆周的分布位置相对应。
[0018] 作为一种可实施的方式,所述锚固臂上设置滚轮,所述滚轮能在所述斜面上滚动。
[0019] 进一步地,所述中心管包括由所述第二作动机构的推进活塞、所述液控中心和所述第一作动机构的推进活塞分隔形成的第一段、第二段、第三段和第四段;
[0020] 所述推进活塞的两端分别设置第一凹槽和第二凹槽,所述第一凹槽朝向所述锚固端端盖,所述第二凹槽朝向所述推进端端盖;所述第二作动机构的第一凹槽和第二凹槽内分别固定连接所述第一段和所述第二段,所述第一作动机构的第一凹槽和第二凹槽内分别固定连接所述第三段和所述第四段;
[0021] 所述第一凹槽的槽底与所述第二凹槽的槽底之间设置贯通的管路通道,一锚固端液压通道从所述第一凹槽的槽底贯通到所述推进活塞的第一凹槽所在端的端面,一推进端液压通道从所述第二凹槽的槽底贯通到所述推进活塞的第二凹槽所在端的端面;
[0022] 所述第二作动机构的锚固端液压通道在所述第一凹槽槽底上的一端通过第一管线与所述第一作动机构的锚固端液压通道在所述第一凹槽槽底上的一端连通;所述第二作动机构的推进端液压通道在所述第二凹槽槽底上的一端通过第二管线与所述第一作动机构的推进端液压通道在所述第二凹槽槽底上的一端连通;所述第一管线和所述第二管线均置于所述管路通道和所述中心管内。
[0023] 作为一种可实施的方式,在所述第四段外露于所述第二作动机构的液压缸的部分的外壁上或所述液压缸的内壁上设置限位件,所述限位件限定所述第二作动机构的推进活塞在相应的所述液压缸内移动的位置。
[0024] 本发明的一种全液压驱动井下管柱的推进方法,采用所述的全液压驱动井下管柱加压装置,其工作过程如下:
[0025] S10,所述全液压驱动井下管柱加压装置入井前,向第一作动机构的推进端环形空腔和第二作动机构的推进端环形空腔充入液压油;将所述全液压驱动井下管柱加压装置和中心管一起下入到井下;
[0026] S20,液控中心控制液压油进入所述第一作动机构的锚固端环形空腔,所述第一作动机构的锚固组件张紧锚固,所述第一作动机构的锚固端环形空腔的压强达到限定值,所述第一作动机构的锚固端环形空腔推动对应的推进活塞带动其上固定连接的所述中心管朝向所述第一作动机构的推进端端盖运动;
[0027] 所述第一作动机构的推进端环形空腔中的液压油通过管线流入所述第二作动机构的推进端环形空腔,所述第二作动机构的液压缸相对于所述中心管朝向所述第一作动机构运动;
[0028] S30,所述液控中心控制液压油进入所述第二作动机构的锚固端环形空腔,所述第二作动机构的锚固组件张紧锚固,所述第二作动机构的锚固端环形空腔的压强达到限定值;同时,所述第一作动机构的锚固端环形空腔卸压,所述第一作动机构的锚固组件收缩复位;所述第二作动机构的锚固端环形空腔推动对应的推进活塞带动其上固定连接的所述中心管朝向所述第二作动机构的推进端端盖运动;
[0029] S40,依次重复上述的S20和S30,所述中心管持续朝向所述推进端端盖推进。
[0030] 进一步地,所述S20中,所述第一作动机构的锚固端环形空腔的压强达到所述液控中心的顺序阀设定的限定值,所述顺序阀导通;所述第一作动机构的推进活塞运动至与所述第一作动机构的推进端端盖接触,触发所述液控中心的与所述第一作动机构的推进端端盖连接的第一行程阀,所述液控中心的主换向阀换向,所述主换向阀控制液压油的流向,所述顺序阀复位;
[0031] 所述S30中,所述第二作动机构的锚固端环形空腔的压强达到所述顺序阀设定的限定值,所述顺序阀导通;所述第二作动机构的推进活塞运动至与所述第二作动机构的推进端端盖接触,触发所述液控中心的与所述第二作动机构的推进端端盖连接的第二行程阀,所述主换向阀换向,所述顺序阀复位。
[0032] 本发明相比于现有技术的有益效果在于:全液压驱动井下管柱的加压装置采用全液压驱动的方式,对中心管施加轴向压力,持续地在井底推进中心管。在钻井时有效地提供钻压加载,将连续管等其他井下管柱的辅助下入。全液压驱动井下管柱的加压装置能将中心管下入较长距离,中心管持续推进直至到达目的层,解决了连续管或其他井下管柱作业时下入困难的问题。使用全液压驱动井下管柱的推进方法为上述的加压装置有效地加压,保证了钻井的效率,提高了油田产能。附图说明
[0033] 图1为本发明的全液压驱动井下管柱的加压装置在初始状态的结构示意图;
[0034] 图2为第一作动机构在初始状态的主视示意图;
[0035] 图3为第一作动机构中液压缸的主视剖面示意图;
[0036] 图4为本发明的全液压驱动井下管柱的加压装置的液控中心在初始状态的原理示意图;
[0037] 图5为第一作动机构中锚固臂的主视示意图;
[0038] 图6为第一作动机构中锚固臂的俯视示意图;
[0039] 图7为第一作动机构中滑块的主视示意图;
[0040] 图8为第一作动机构中滑块的左视示意图;
[0041] 图9为第一作动机构中锚固活塞的主视示意图;
[0042] 图10为第一作动机构中推进活塞的主视剖面示意图;
[0043] 图11为第一作动机构中推进活塞的左视示意图。
[0044] 附图标记:
[0045] 1-第一作动机构;
[0046] 11-中心管;112-第一段;114-第二段;116-第三段;118-第四段;
[0047] 12-锚固臂支撑环;13-锚固臂;131-锚固臂本体;132-销轴;133-滚轮;
[0048] 14-滑块;142-斜面;15-锚固端端盖;
[0049] 16-液压缸;
[0050] 161-锚固端环形空腔;162-锚固活塞行程腔;
[0051] 163-推进端环形空腔;164-推进活塞行程腔;
[0052] 17-弹簧;18-锚固活塞;181-套筒部;182-台阶;183-活塞部;
[0053] 19-推进活塞;
[0054] 191-第一凹槽;192-锚固端液压通道;193-第二凹槽;
[0055] 194-推进端液压通道;196-管路通道;
[0056] 110-推进端端盖;
[0057] 2-液控中心;
[0058] 21-第二行程阀;22-第一行程阀;23-主换向阀;24-顺序阀;
[0059] 3-第二作动机构。

具体实施方式

[0060] 以下结合附图,对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例,而不是全部实施例。
[0061] 请参阅图1所示,本发明的一种全液压驱动井下管柱的加压装置,包括依次连接的第二作动机构3、液控中心2和第一作动机构1。
[0062] 请参阅图2所示,第一作动机构1和第二作动机构3均包括依次设置的锚固组件、液压缸16和推进活塞19;推进活塞19固定连接一中心管11,中心管11贯穿锚固组件和液压缸16,本实施例中,中心管11伸出锚固组件和液压缸16。液压缸16的两端分别通过锚固端端盖15和推进端端盖110密封。请结合图3所示,推进活塞19能在液压缸16的推进活塞行程腔164中滑动,锚固组件的一端滑动密封地置于液压缸16内,在锚固活塞行程腔162中滑动;锚固组件外露于液压缸16的部分能沿径向扩张或收缩。
[0063] 如图2所示,中心管11的外壁与液压缸16的内壁之间具有的环形间隙,环形间隙在锚固组件和推进活塞19之间围成锚固端环形空腔161,环形间隙在推进活塞19和推进端端盖110之间围成推进端环形空腔163。第二作动机构3的锚固端环形空腔161通过液控中心2的管线与第一作动机构1的锚固端环形空腔161连接,第二作动机构3的推进端环形空腔163通过液控中心2的管线与第一作动机构1的锚固端环形空腔161和推进端环形空腔163连接。
[0064] 通过锚固端环形空腔161的进油,液控中心2依次控制第一作动机构1的锚固组件和第二作动机构3的锚固组件扩张;同理,通过锚固端环形空腔161的泄压,液控中心2依次控制第一作动机构1的锚固组件和第二作动机构3的锚固组件收缩。通过液控中心2向第一作动机构1的锚固端环形空腔161和第二作动机构3的锚固端环形空腔161内进油,液控中心2驱动推进活塞19和推进活塞19上连接的中心管11朝向推进端端盖110所在的一侧移动。
[0065] 全液压驱动井下管柱的加压装置采用全液压驱动的方式,对中心管11施加轴向压力,持续地在井底推进中心管。在钻井时有效地提供钻压加载,将连续管等其他井下管柱的辅助下入。另外,全液压驱动井下管柱的加压装置能将中心管11下入较长距离,中心管11持续推进直至到达目的层,解决了连续管或其他井下管柱作业时下入困难的问题。
[0066] 作为一种可实施的方式,请参阅图4所示,液控中心2包括第一行程阀22、第二行程阀21、主换向阀23和顺序阀24;第一行程阀22与第一作动机构1的推进端端盖110连接,第二行程阀21与第二作动机构3的推进端端盖110连接。
[0067] 主换向阀23通过主进油管路与液控中心2的进油口(图中P口)连接,主换向阀23分别通过第一进油管路、第二进油管路与第一作动机构1的锚固端环形空腔161、第二作动机构3的锚固端环形空腔161连接。顺序阀24与主进油管路连接,顺序阀24通过主进油管路的压强信号控制主换向阀23与液控中心2的回油口(图中T口)之间的导通;通过推进活塞19与推进端端盖110的接触液控中心2控制第一行程阀22或第二行程阀21的触发。
[0068] 进一步地,如图2所示,锚固组件包括锚固臂支撑环12、至少三根锚固臂13、滑块14和锚固活塞18。锚固臂支撑环12滑动套装在中心管11上,且锚固臂支撑环12位于锚固组件外露于液压缸16的部分的端部,锚固臂13的一端固定到锚固臂支撑环12上,其另一端固定到锚固端端盖15上;锚固臂13能沿径向扩张或收缩,锚固臂13扩张,锚固臂支撑环12在中心管11上受力滑移。
[0069] 锚固活塞18套装在中心管11上,锚固活塞18的一端滑动密封地置于液压缸16内;锚固臂13沿中心管11的圆周均匀分布,滑块14位于锚固臂13包围的空腔内,滑块14套装在锚固活塞18上。通过锚固端环形空腔161的进油,锚固端环形空腔161推动锚固活塞18朝向锚固端端盖15运动,锚固活塞18推动套装其上的滑块14,继而滑块14的外周挤压锚固臂13沿径向扩张。
[0070] 较优地,请参阅图5和图6所示,锚固臂13包括具有弹性且呈条状的锚固臂本体131,锚固臂本体131的两端分别设置销孔,销孔中安装销,将锚固臂本体131的两端固定安装到锚固臂支撑环12和锚固端端盖15上,在锚固臂13发生径向扩张变形时锚固臂本体
131可绕销转动,避免锚固臂13端部受力过大而折断。
[0071] 进一步地,请参阅图7和图8所示,滑块14的外壁上设置至少一个斜面体,斜面体包括沿滑块14的圆周均匀分布的多个斜面142,斜面142朝向锚固臂支撑环12的一端向滑块14的中心轴倾斜。斜面142朝向锚固臂支撑环12的运动挤压锚固臂13,锚固臂13沿径向扩张并与外界的井壁锚固。
[0072] 进一步地,斜面体的数量为至少一个,斜面体上具有三个斜面142,斜面142沿滑块14的圆周的分布位置与锚固臂13沿中心管11的圆周的分布位置相对应。
[0073] 作为一种可实施的方式,锚固臂13上还可以设置滚轮133和销轴132,滚轮133通过销轴132横向活动地安装于所述锚固臂本体131上。滑块14朝向锚固臂支撑环12的运动挤压锚固臂13时,滚轮133能在滑块14的斜面142上滚动,避免锚固臂13与滑块14之间的摩擦力过大,导致零部件过热或损坏。
[0074] 进一步地,请参阅图9所示,锚固活塞18包括套筒部181和固定套装在套筒部181一端的活塞部183。活塞部183滑动密封地置于液压缸16内;套筒部181的外壁上设置台阶182,滑块14能沿套筒部181的外壁滑动直至与台阶182的水平面抵靠,台阶182用于限制的轴向位置,避免滑块14在挤压锚固臂13扩张时,滑块14朝向液压缸16退缩,不能有效地挤压锚固臂13扩张以致有效地锚固。
[0075] 作为一种可实施的方式,请结合图2所示,锚固活塞18上套装弹簧17,弹簧17的两端分别抵靠在活塞部183和锚固端端盖15的内侧。
[0076] 较优地,请再参阅图3所示,锚固活塞行程腔162和推进活塞行程腔164的内径不同。本实施例中,锚固活塞行程腔162的内径大于推进活塞行程腔164的内径,液压缸16内形成阶梯孔,当锚固端环形空腔161的泄压时,锚固活塞18在弹簧17的作用下复位,阶梯孔起到限制锚固活塞18的位置的作用。
[0077] 作为一种可实施的方式,如图1所示,中心管11包括由第二作动机构3的推进活塞19、液控中心2和第一作动机构1的推进活塞19分隔形成的第一段112、第二段114、第三段116和第四段118。较优地,第二段114的伸出端与液控中心2的一端采用螺纹连接,第三段116的伸出端与液控中心2的另一端采用螺纹连接
[0078] 请参阅图10和图11所示,推进活塞19的两端分别设置第一凹槽191和第二凹槽193,第一凹槽191朝向锚固端端盖15,第二凹槽193朝向推进端端盖110。第二作动机构
3的第一凹槽191和第二凹槽193内分别固定连接第一段112和第二段114,第一作动机构
1的第一凹槽191和第二凹槽193内分别固定连接第三段116和第四段118。较优地,第一凹槽191和第二凹槽193的侧壁设置内螺纹,与中心管11的各段通过螺纹紧密连接。
[0079] 第一凹槽191的槽底与第二凹槽193的槽底之间设置贯通的管路通道196,一锚固端液压通道192从第一凹槽191的槽底贯通到推进活塞19的第一凹槽191所在端的端面,一推进端液压通道194从第二凹槽193的槽底贯通到推进活塞19的第二凹槽193所在端的端面。锚固端液压通道192和推进端液压通道194均呈U形,较优地,锚固端液压通道192和推进端液压通道194对称分布在推进活塞19的两端,管路通道196位于推进活塞19的中心。
[0080] 第二作动机构3的锚固端液压通道192在第一凹槽191槽底上的一端通过第一管线与第一作动机构1的锚固端液压通道192在第一凹槽191槽底上的一端连通;第二作动机构3的推进端液压通道194在第二凹槽193槽底上的一端通过第二管线与第一作动机构1的推进端液压通道194在第二凹槽193槽底上的一端连通。
[0081] 第一管线和第二管线均置于管路通道196和中心管11内;第二作动机构3的锚固端环形空腔161、第二作动机构3的锚固端液压通道192、第一管线和第一作动机构1的锚固端环形空腔161连通,第二作动机构3的推进端环形空腔163、第二作动机构3的推进端液压通道194、第二管线和第一作动机构1的推进端液压通道194连通。
[0082] 进一步地,在第四段118外露于第二作动机构3的液压缸16的部分的外壁上或液压缸16的内壁上设置限位件,限位件限定第二作动机构3的推进活塞19在相应的液压缸16内移动的位置,避免在液压油压力不稳的情况下,中心管11朝向锚固臂支撑环12的反向运动,从而影响管柱下入的速度。限位件和液压缸16内的阶梯孔,保证了锚固端环形空腔
161在泄压时,锚固活塞18和推进活塞19的相邻的端面不会吸附贴合,往锚固端环形空腔
161再次注油时不需克服额外的阻力,工作过程顺畅,避免全液压驱动井下管柱加压装置出现注油困难的故障。
[0083] 本发明的一种全液压驱动井下管柱的推进方法,其工作过程如下:
[0084] S10,全液压驱动井下管柱加压装置入井前,向第一作动机构1的推进端环形空腔163和第二作动机构3的推进端环形空腔163充入液压油;将全液压驱动井下管柱加压装置和中心管11一起下入到井下;
[0085] S20,液控中心2控制液压油进入第一作动机构1的锚固端环形空腔161,第一作动机构1的锚固组件张紧锚固,第一作动机构1的锚固端环形空腔161的压强达到限定值,第一作动机构1的锚固端环形空腔161推动对应的推进活塞19带动其上固定连接的中心管11朝向第一作动机构1的推进端端盖110运动;
[0086] 第一作动机构1的推进端环形空腔163中的液压油通过管线流入第二作动机构3的推进端环形空腔163,第二作动机构3的液压缸16相对于中心管11朝向第一作动机构1运动;
[0087] S30,液控中心2控制液压油进入第二作动机构3的锚固端环形空腔161,第二作动机构3的锚固组件张紧锚固,第二作动机构3的锚固端环形空腔161的压强达到限定值;同时,第一作动机构1的锚固端环形空腔161卸压,第一作动机构1的锚固组件收缩复位;第二作动机构3的锚固端环形空腔161推动对应的推进活塞19带动其上固定连接的中心管11朝向第二作动机构3的推进端端盖110运动;
[0088] S40,依次重复上述的S20和S30,中心管11持续朝向推进端端盖110推进。使用全液压驱动井下管柱的推进方法为上述的加压装置有效地加压,保证了钻井的效率,提高了油田产能。
[0089] 较优地,S10为全液压驱动井下管柱加压装置工作的初始状态,第一作动机构1的推进活塞19和第二作动机构3的推进活塞19均处于对应的推进活塞行程腔164的体积最大的位置;一般推进端环形空腔163预先冲入约一半体积的液压油。
[0090] 进一步地,S20中,第一作动机构1的锚固端环形空腔161的压强达到液控中心2的顺序阀24设定的限定值,顺序阀24导通;第一作动机构1的推进活塞19运动至与第一作动机构1的推进端端盖110接触,触发液控中心2的与第一作动机构1的推进端端盖110连接的第一行程阀22,液控中心2的主换向阀23换向,主换向阀23控制液压油的流向,顺序阀24复位;
[0091] S30中,第二作动机构3的锚固端环形空腔161的压强达到顺序阀24设定的限定值,顺序阀24导通;第二作动机构3的推进活塞19运动至与第二作动机构3的推进端端盖110接触,触发液控中心2的与第二作动机构3的推进端端盖110连接的第二行程阀21,主换向阀23换向,顺序阀24复位。
[0092] 本发明除用于连续管钻井时的钻压加载和辅助下入,还可用于其他井下管柱,如小尺寸水平定向钻辅管。
[0093] 以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明,应当理解,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围。特别指出,对于本领域技术人员来说,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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