柔性钻杆及其钻井设备制造技术

本申请公开一种柔性钻杆及钻井设备，所述柔性钻杆包括：第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的钻杆短节；所述钻杆短节包括：花键球头，所述花键球头的侧壁上设置有第一花键；所述花键球头的一端设置有球头，所述球头的侧壁上设置有多个第一凹槽；与所述花键球头活动连接的球窝机构；所述球窝机构具有容纳所述球头的球形腔体；所述球形腔体的壁上设有多个第二凹槽；所述第一凹槽与所述第二凹槽相配合形成多个沿所述球头周向间隔排布的轨道；所述轨道内设有滚动球；所述滚动球与所述第一凹槽及所述第二凹槽的壁接触；所述球窝机构开设有能与第一花键相匹配的第二花键。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及石油开采领域，尤其涉及一种柔性钻杆及其钻井设备。
技术介绍
在石油工业中，在同一口井中同时开采多个层系的超短半径侧钻技术是石油开采进入现代的主要增产手段之一。根据曲率半径的不同径向水平井分为长半径井、中半径井、短半径井和超短半径井。曲率半径大于500米为长半径井，曲率半径在100米至500米为中半径井，曲率半径在20至100米为短半径井，曲率半径小于20米为超短半径井。曲率半径越短的井越难以开钻，对钻具的要求也更高。在现有技术中，钻井工具主要分为射流工具和柔性钻具两大类。美国某公司拥有一项利用高压旋转射流破岩钻进的技术，在全球范围内提供技术服务支持。利用这种射流钻成的水平井井眼直径较小，且由于水流切割出来的孔道不规则，使得其无法固井完井，孔道因为失去支撑而容易闭合。以这种射流喷射原理为基础，中国专利技术专利ZL200920012340.0公开了一种高压水射流喷射组合工具，包括喷射主体和完井辅件，喷射主体除了喷头、高压管等之外还包括割缝柔性筛管，该割缝柔性筛管套装在高压管的外侧，在喷射进尺至设计井深后，上提钻具，而割缝柔性筛管及防砂筛网均保留在所喷射形成的井眼内，由此实现完井。但是这种割缝柔性筛管的割缝由于与井眼的钻进方向垂直，且割缝往往并不是规整的圆弧形，因此在下井过程中割缝往往会与井壁发生大面积的刮擦，从而导致整套组合工具无法顺利前进。在中国专利技术专利ZL96249291.4中公开了一种柔管钻具，由弹性弯外壳及其内套装的柔性钻管构成90°造斜装置，弹性弯外壳主体为弹性钢筋串联的扇形环状空心连接片；柔性钻管的外壳是由用销钉依次连接的管状球面连接环组成的万向柔性空心外壳。90°造斜装置被拉伸呈直线状下入井内后，驱动造斜装置内的柔性钻管转动，将扭矩传递给钻头，钻压通过弹性弯外壳也传递给钻头，从而实现钻进。由于弹性弯外壳套在柔性钻管的外侧，而弹性弯外壳容易发生偏心，而与井壁发生碰撞，为避免在钻进过程中常见的偏心现象，该专利的主要专利技术人在其随后的中国专利技术专利ZL00258470.0中进一步进行改进，柔性钻具由管式弹性弯外壳导向筒和带有滚动轴承的柔性钻杆构成。这种装置的侧向动力来自于跟进导向管的侧向推力，弹性的导向筒能够促使钻头转向，而导向筒的外壁上设有多组导向扶正条和更多的防扭限位片，确保整个导向筒能够按设定方向弯曲；而在导向筒内侧还设有可弯曲的内外球形键，每组球形键上组装滚珠扶正轴承，由此使柔性钻杆不与导向筒内壁直接接触，以减少可能造成导向筒偏移的摩擦力。这种弹性弯外壳导向筒上设有横向的割缝，也就是说这种导向筒也是一种割缝柔性管，同样具有如前所述由于割缝存在导致的缺陷，同时割缝还破坏了原本硬质材料导向筒本身的强度。另外，扶正导向条不仅同样容易与井壁之间产生摩擦，而且其导向能力在实际应用过程中也受到质疑，因此这类柔性钻具并不能真正为钻井行业所认可。另外，这种结构在柔性钻杆完成造斜后，需将先前钻进用的钻具吊出，重新接上普通钻杆再下井至造斜段继续进行水平钻井，需要两次钻井才能完成。进而中国专利技术专利公开号CN1464170A也公开了一种钻井、完井工具及其工艺，其中的导向跟进筛管尽管并非割缝筛管，但也是通过多段梯形管在一侧连为一体而另一侧断开形成，在90°造斜时，多段梯形管向断开的一侧弯曲而形成弯管。但不难发现，这种形式的筛管仍然无法避免与井壁的刮擦，由于多段梯形管在弯曲后形成一段刚性弯管，在钻进时用于90°造斜的筛管与井壁之间会产生的巨大摩擦阻力导致这种工具几乎无法前行。由以上这些
技术介绍
可见，现有的超短半径水平井钻井工具都有普遍的共性，就是在柔性钻杆或高压喷具外侧套设割缝弯管，利用割缝弯管进行90°造斜，以期在水平井钻井完成后提出钻具，而割缝弯管还能保留在井内起到固井的作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种超短半径径向水平井的柔性钻杆及其钻井设备，以解决现有技术中套有割缝弯管的柔性钻杆均无法顺利下井的缺陷，可以打出超短半径侧钻水平井。为达到上述目的，本申请提供一种柔性钻杆，包括：第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的钻杆短节；所述钻杆短节包括：纵长延伸的花键球头，所述花键球头的侧壁上设置有第一花键；所述花键球头的一端设置有球头，所述球头的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的第一凹槽；与所述花键球头活动连接的球窝机构；所述球窝机构具有容纳所述球头的球形腔体；所述球形腔体的壁上设有多个与所述第一凹槽一一对应的第二凹槽；所述第一凹槽与所述第二凹槽相配合形成多个沿所述球头周向间隔排布的轨道；所述轨道沿所述花键球头延伸方向弧形延伸；所述轨道内设有滚动球；所述滚动球与所述第一凹槽及所述第二凹槽的壁接触；所述球窝机构开设有能与第一花键相匹配的第二花键。作为优选的实施方式，所述球窝机构包括外壳、球窝以及端盖；所述外壳固定连接所述球窝前端并形成所述球形腔体；所述外壳的外壁上具有第一球面结构；所述外壳的后端连接所述端盖；所述球窝设有所述第二花键；所述端盖的后端设有与第一球面结构相配合的第二球面结构。作为优选的实施方式，所述外壳与所述球窝通过定位销钉连接，所述外壳与所述端盖螺纹连接。作为优选的实施方式，所述轨道沿所述球头的周向均匀分布。作为优选的实施方式，每个所述轨道中均设有一个所述滚动球；所有所述滚动球位于同一平面。作为优选的实施方式，所述轨道的数量不少于4个。作为优选的实施方式，所述第一花键为外花键，所述第二花键为内花键。作为优选的实施方式，所述滚动球与所述球形腔体的壁之间设有密封圈，所述密封圈位于所述轨道的后方。作为优选的实施方式，所述第一钻杆接头的一端设有钻杆公扣；所述第一钻杆接头的另一端设有所述球头；所述第一钻杆接头与所述钻杆短节之间设有所述球窝机构；所述第一钻杆接头外固定套设有背母；所述背母与所述球窝机构的外壳球面接触。作为优选的实施方式，所述第二钻杆接头的一端具有所述球窝及所述外壳，所述第二钻杆接头与所述钻杆短节之间设有所述花键球头；所述第二钻杆接头的另一端设有钻杆母扣。作为优选的实施方式，所述钻杆短节的弯度度数为4度至8度。作为优选的实施方式，所述柔性钻杆的长度为9米至10米。为达到上述目的，本申请还提供一种钻井设备，包括：钻头；如上任一实施方式所述的柔性钻杆。通过以上描述可以看出，本申请柔性钻杆中的钻杆短节通过花键球头与球窝机构的配合形成万向节构造，从而自身可以进行弯曲，多个钻杆短节形成的弯曲进行叠加从而可以进行超短半径侧钻水平井的钻井作业。参照后文的说明和附图，详细公开了本专利技术的特定实施方式，指明了本专利技术的原理可以被采用的方式。应该理解，本专利技术的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本专利技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性钻杆，其特征在于，包括：第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的钻杆短节；所述钻杆短节包括：纵长延伸的花键球头，所述花键球头的侧壁上设置有第一花键；所述花键球头的一端设置有球头，所述球头的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的第一凹槽；与所述花键球头活动连接的球窝机构；所述球窝机构具有容纳所述球头的球形腔体；所述球形腔体的壁上设有多个与所述第一凹槽一一对应的第二凹槽；所述第一凹槽与所述第二凹槽相配合形成多个沿所述球头周向间隔排布的轨道；所述轨道沿所述花键球头延伸方向弧形延伸；所述轨道内设有滚动球；所述滚动球与所述第一凹槽及所述第二凹槽的壁接触；所述球窝机构开设有能与第一花键相匹配的第二花键。

【技术特征摘要】
1.一种柔性钻杆，其特征在于，包括：第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的钻杆短节；所述钻杆短节包括：纵长延伸的花键球头，所述花键球头的侧壁上设置有第一花键；所述花键球头的一端设置有球头，所述球头的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的第一凹槽；与所述花键球头活动连接的球窝机构；所述球窝机构具有容纳所述球头的球形腔体；所述球形腔体的壁上设有多个与所述第一凹槽一一对应的第二凹槽；所述第一凹槽与所述第二凹槽相配合形成多个沿所述球头周向间隔排布的轨道；所述轨道沿所述花键球头延伸方向弧形延伸；所述轨道内设有滚动球；所述滚动球与所述第一凹槽及所述第二凹槽的壁接触；所述球窝机构开设有能与第一花键相匹配的第二花键。2.如权利要求1所述的柔性钻杆，其特征在于：所述球窝机构包括外壳、球窝以及端盖；所述外壳固定连接所述球窝前端并形成所述球形腔体；所述外壳的外壁上具有第一球面结构；所述外壳的后端连接所述端盖；所述球窝设有所述第二花键；所述端盖的后端设有与第一球面结构相配合的第二球面结构。3.如权利要求2所述的柔性钻杆，其特征在于：所述外壳与所述球窝通过定位销钉连接，所述外壳与所述端盖螺纹连接。4.如权利要求2所述的柔性钻杆，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，孙强，刘合，李益良，明尔扬，张绍林，韩伟业，黄守志，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11