一种柔性钻杆及其采用的球笼式柔性短节制造技术

本发明专利技术提供了一种柔性钻杆及其采用的球笼式柔性短节，球笼式柔性短节包括球座、球笼、六个球键和球头，球笼设置于球座与球头之间，球头的外表面环向分布有六个弧形凸槽以作为球键的内滚道，球笼上环向分布有六个方形孔，球键分别嵌设于方形孔内，球座的内表面环向分布有六个弧形凹槽以作为相应球键的外滚道，内滚道、外滚道共同形成球键的运动滚道。本发明专利技术中球键在内外滚道的运动幅度较大，球键在运动过程中由于受到球笼的约束，使柔性短节在转动过程中不易出现卡死现象。过程中不易出现卡死现象。过程中不易出现卡死现象。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性钻杆及其采用的球笼式柔性短节


[0001]本专利技术超短半径钻井
，具体而言，涉及一种柔性钻杆及其采用的球笼式柔性短节。

技术介绍

[0002]随着全球油价的大幅上涨，世界各国都加大了在油气藏勘探方面的研发和投入。目前我国油田建设发展迅速，油田开采高需求与施工技术不足的矛盾也日益突出，尤其是老油田的开发已经进入到中后期，产油量开始下跌，而且油田经过多年的注水开采，综合含水量上升，在裂缝两侧积累了大量的剩余油。超短半径钻井技术是高效开发特种油气藏及老油田剩余油的一项新技术，其中超短半径柔性钻杆是实现超短半径侧向钻井的关键结构，由多个柔性短节铰接组成。超短半径钻井技术具有钻进效率高、可采储量大、工艺简单、费用低等优点，已在油田大范围推广应用。
[0003]目前主要的超短半径柔性钻杆结构主要有：(1)万向铰接柔性钻杆(2)球头柱键式柔性钻杆。其中，万向铰接柔性钻杆的铰接部件是十字轴万向节，由万向节叉、十字轴、滚针轴承等组成，通过万向节叉与十字轴改变转速和扭矩的传递方向。万向铰接柔性钻杆具有结构简单、稳定性高、经济实用等特点，但由于十字轴万向节的不等速性，在工作过程中会产生较大的磨损及惯性力矩。球头柱键式柔性钻杆由上球座、球头柱键、球头连杆组成，依靠球头柱键与球头连杆之间的相对滑动带动上球座绕球头连杆转动。球头柱键式柔性钻杆实现了转速传递的等速性，减小了柔性短节之间的磨损，提高了柔性钻杆的工作效率，但球头柱键与球头连杆之间的摩擦为滑动摩擦，柔性短节之间仍存在较大的磨损。
[0004]专利《一种柔性钻杆连接接头及具有其的柔性钻杆》中，介绍了一种新型的钢球式柔性钻杆连接接头，该柔性钻杆连接接头包括螺纹对接的压盖和外壳，压盖中部开设有与外壳内腔连通的螺纹孔；压盖与外壳的连接端内侧卡接有球座，球座上具有连通螺纹孔和外壳内腔的通孔；球座与外壳远离压盖的一端内部形成转动球腔，转动球腔内连接有球头件，球头件包括与转动球腔密封转动连接的球头，以及外伸出外壳，且能够与螺纹孔适配的螺纹杆，球头和螺纹杆开设有贯通的导流孔，导流孔与通孔连通。该方法采用钢球代替了之前的球头柱键，由于钢球与球头连杆之间为滚动摩擦，大大减小了柔性短节内部的磨损，提高了工作效率。但由于球头连杆凹槽的存在，柔性短节的工作角度有较大局限性，且钢球运动不受限制，在工作过程中容易出现卡死现象。

技术实现思路

[0005]为解决上述缺陷，本专利技术提供了一种柔性钻杆及其采用的球笼式柔性短节，本专利技术中球键在内外滚道的运动幅度较大，球键在运动过程中由于受到球笼的约束，使柔性短节在转动过程中不易出现卡死现象。
[0006]本专利技术提供一种球笼式柔性短节，其包括球座、球笼、六个球键和球头，所述球笼设置于所述球座与所述球头之间，所述球头的外表面环向分布有六个弧形凸槽以作为球键
的内滚道，所述球笼上环向分布有六个方形孔，所述球键分别嵌设于所述方形孔内，所述球座的内表面环向分布有六个弧形凹槽以作为相应球键的外滚道，内滚道、外滚道共同形成球键的运动滚道。
[0007]于本专利技术的一种实施方式中，所述弧形凸槽的直径与所述球键的直径一致。
[0008]于本专利技术的一种实施方式中，所述弧形凸槽的球心在所述球头的外表面上。
[0009]于本专利技术的一种实施方式中，所述运动滚道的中心与所述球键的中心相重合。
[0010]于本专利技术的一种实施方式中，所述球座内设置有通孔，所述球头相对所述通孔轴线的最大偏转角度为12
°
。
[0011]本专利技术还提供一种柔性钻杆，其包括导向管、上述所述的球笼式柔性短节，球笼式柔性短节设置于导向管内，球笼式柔性短节的上端通过上连接头与常规钻杆相连，球笼式柔性短节的下端则通过下连接头与钻头相连。
[0012]综上所述，本专利技术提供一种柔性钻杆及其采用的球笼式柔性短节，本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术中球键在内外滚道的运动幅度较大，使柔性短节在受到侧向力的时候能够发生大角度弯曲，从而进行小曲率半径造斜钻进，造斜曲率半径通常在1m
‑
4m之间。球笼式柔性短节之间采用球笼与球键进行铰接，由于球键在运动过程中受到的摩擦力为滚动摩擦，大大减小了球键与柔性短节之间的磨损，提高了柔性短节的工作效率。球键在运动过程中由于受到球笼的约束，使柔性短节在转动过程中不易出现卡死现象。
[0014]进一步地，柔性钻杆主体由多个球笼式柔性短节铰接，在上端通过上连接头与常规钻杆和导向管相连，下端则通过下连接头与钻头和导向管相连。在直井段，球笼式柔性短节之间不发生相对转动，钻压通过柔性短节与导向管进行传递，扭矩通过球笼式柔性短节传递给钻头进行钻进。在斜井段，下连接头在斜向器的作用下带动导向管发生侧向弯曲，由于导向管的一侧有一定长度割缝，使其在收到轴向力作用时形成弯曲的钻井轨迹，而在轴向力消失后会恢复原有的形状，球笼式柔性短节在导向管中发生相对转动，从而改变扭矩的传递方向，此时钻井压力则由导向管传递给钻头，进行造斜钻进。
附图说明
[0015]图1为球笼式柔性短节剖视图。
[0016]图2为球笼式柔性短节横截面图。
[0017]图3为球笼等轴侧视图。
[0018]图4为柔性钻杆在直井段的工作原理示意图。
[0019]图5为柔性钻杆在斜井段的工作原理示意图。
[0020]其中，球座1；球笼2；方形孔21；球键3；球头4；弧形凸槽41；井筒5；上连接头6；导向管7；球笼式柔性短节8；下连接头9；斜向器10；常规钻杆11；钻头12。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领
域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]请参考图1至图3，本实施例提供一种球笼式柔性短节8，其包括球座1、球笼2、六个球键3和球头4，球笼2设置于球座1与球头4之间，球头4的外表面环向分布有六个弧形凸槽41以作为球键3的内滚道，球笼2上环向分布有六个方形孔21，球键3分别嵌设于方形孔21内，约束球键3处于同一运动平面内。球座1的内表面环向分布有六个弧形凹槽以作为相应球键3的外滚道，内滚道、外滚道共同形成球键3的运动滚道。球笼2的内外表面分别与球座1内表面、球头4外表面结合，三者球形表面球心位于同一点，使得球头4能绕球座1做自由转动。
[0023]进一步地，弧形凸槽41的直径与球键3的直径一致。
[0024]进一步地，弧形凸槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球笼式柔性短节，其特征在于，其包括球座、球笼、六个球键和球头，所述球笼设置于所述球座与所述球头之间，所述球头的外表面环向分布有六个弧形凸槽以作为球键的内滚道，所述球笼上环向分布有六个方形孔，所述球键分别嵌设于所述方形孔内，所述球座的内表面环向分布有六个弧形凹槽以作为相应球键的外滚道，内滚道、外滚道共同形成球键的运动滚道。2.根据权利要求1所述的球笼式柔性短节，其特征在于，所述弧形凸槽的直径与所述球键的直径一致。3.根据权利要求1所述的球笼式柔性短节，其特征在于，所述弧形凸槽的球心在所述球头的外表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱秀星，徐英鹏，叶贵根，贾朋，李春宝，黄小光，周博，王海静，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：