一種水力動力三級展開式煤層氣造洞穴工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種煤層氣井造洞穴作業(yè)中的配套裝置，具體是一種水力動力三級展開式煤層氣造洞穴工具。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣開發(fā)是我國能源開發(fā)的重點。由于煤層氣直井開發(fā)的產(chǎn)量與預(yù)期效果相差太大，“U型井”連通技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煤層氣開發(fā)，即水平井和排采井兩口井井眼相互連通。在“U型井”連通技術(shù)中，由水平井井眼去連通排采井井眼。為保證連通概率，需要在排采井設(shè)計的連通處擴大井徑造洞穴。除此之外，在鉆井作業(yè)中，遇到縮頸地層也需要下入工具進行擴徑作業(yè)。煤層氣洞穴完井方式也需要造洞穴作業(yè)。目前常用的造穴方法有三種，分別為負壓造穴、水力射流造穴和機械工具造穴。但是從應(yīng)用效果看，負壓造穴工藝設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)要求高，操作難度大，危險系數(shù)大；射流造穴技術(shù)無法精確得到洞穴直徑，工藝參數(shù)不可控；機械工具造穴尺寸小，強度低，且易卡在地下，無法保證井壁的穩(wěn)定性。根據(jù)新的理論，設(shè)計出了一種水力動力三級展開式煤層氣造洞穴工具，無論是對提高煤層氣井造洞穴作業(yè)的效率還是對保證煤層氣開發(fā)過程中的可靠性都具有極其重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本實用新型的目的是要提供一種水力動力三級展開式煤層氣造洞穴工具，該工具針對現(xiàn)有煤層氣造穴技術(shù)存在的缺陷，提供一種操作簡便，安全可靠，能夠造出設(shè)定直徑的洞穴，并且能保證地層的穩(wěn)定性，提高煤層氣井開發(fā)的效率和可靠性。
[0004]本實用新型的目的按以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種水力動力三級展開式煤層氣造洞穴工具，主要包括上接頭、主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，上接頭上部具有與鉆桿緊密結(jié)合的絲扣，下部通過滾動軸承與主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)連接，主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上部位置均勻分布三條高壓射流通道，主軸中間為液流通道，液流通道上端外連鉆桿內(nèi)部通道，從上往下分別連通高壓射流通道、水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)液流通道和輔助射流通道。中部位置連接水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其具有三級鉆頭，內(nèi)部最小直徑的鉆頭為一級鉆頭，半徑依次增大分別為二級和三級鉆頭，每一級鉆頭分為旋轉(zhuǎn)底板、彈簧、鉆頭三部分，彈簧一端連接鉆頭，另一端連接封裝在主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的限位滾動軸承上，一級旋轉(zhuǎn)底板卡在二級底板和主軸之間，銜接處為滾動軸承，二級旋轉(zhuǎn)底板卡在三級底板和一級底板之間，銜接處為滾動軸承，三級旋轉(zhuǎn)底板卡在主軸和二級底板之間，銜接處為滾動軸承，水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，每一級鉆頭旋轉(zhuǎn)時，依靠鉆頭帶動彈簧所形成的扭矩帶動封裝在主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的限位滾動軸承圓環(huán)旋轉(zhuǎn)。各級鉆頭前端均安裝有螺旋射流通道，流體通過該射流通道時，所產(chǎn)生的力矩驅(qū)使該級鉆頭沿自己的軸旋轉(zhuǎn)。主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)部主液流通道具有主軸彈簧，彈簧一端固定在主軸底部，一端連接彈簧塞，主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)下部位置均勻分布三條輔助射流通道以及對應(yīng)三條附加射流通道，輔助射流通道，內(nèi)部具有附加壓力彈簧以及彈簧塞，起到根據(jù)壓力調(diào)節(jié)輔助射流通道開閉的功能，并能夠預(yù)防主軸彈簧失效導(dǎo)致工具無法正常工作，當(dāng)水壓增大到一定程度時，彈簧被壓開，附加射流通道被打開，流體通過附加射流通道噴射出。輔助射流通道的中部位置與附加射流通道相連通，輔助射流通道內(nèi)部具有附加壓力彈簧以及彈簧塞，起到根據(jù)壓力調(diào)節(jié)輔助射流通道開閉的功能。高壓射流通道和輔助射流通道在水平方向上均勻分布三條螺旋射流通道，流體從該通道射出，所產(chǎn)生的力矩驅(qū)使主軸旋轉(zhuǎn)。
[0006]工具工作時高壓鉆井液從液流通道進入造洞穴工具，主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)通過高壓射流通道水力噴射產(chǎn)生的力矩來帶動自身旋轉(zhuǎn)；液流通過水平液流通道與過一級旋轉(zhuǎn)鉆頭的螺旋射流通道連通，從射流通道噴射高壓流體，產(chǎn)生力矩帶動一級旋轉(zhuǎn)鉆頭旋轉(zhuǎn)。一級旋轉(zhuǎn)鉆頭全部伸展后，一級與二級旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的液流通道被打開，液流進入二級旋轉(zhuǎn)鉆頭，從二級旋轉(zhuǎn)鉆頭的螺旋射流通道噴射高壓流體，產(chǎn)生力矩帶動二級旋轉(zhuǎn)鉆頭旋轉(zhuǎn)，二級旋轉(zhuǎn)鉆頭全部展開后，進而二級與三級旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的液流通道被打開，液流進入三級旋轉(zhuǎn)鉆頭，三級旋轉(zhuǎn)鉆頭的射流通道噴射高壓流體，產(chǎn)生作用力帶動三級旋轉(zhuǎn)鉆頭旋轉(zhuǎn)。
[0007]當(dāng)水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)受到阻力無法展開時，其三級展開受到限制，從而使主軸液流通道內(nèi)液壓增大。液壓增大會使主軸高壓射流通道流速增大，從而主軸旋轉(zhuǎn)加速，同時主軸彈簧塞下移，附加射流通道彈簧塞被壓開，輔助射流通道打開，此時高壓射流通道和輔助射流通道同時噴射高壓流體，加速主軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)切割井壁使水平方向獲得更大空間，水平鉆頭繼續(xù)展開，主軸液流通道壓力減小，輔加射流通道關(guān)閉。從而主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)形成反饋機制，互相配合。當(dāng)洞穴造成后，減小注入的流體壓力，水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的三級鉆頭通過彈簧收縮拉回，主軸彈簧塞也由于受到的流體壓力值降低而回到初始位置。
[0008]本實用新型的有益效果是:(I)操作該工具只需控制好泵壓便可實現(xiàn)所有操作，簡便易操作；(2)該工具系統(tǒng)均為回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，加工方便、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定；(3)水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)分為三級，三級伸縮式鉆頭逐級展開，不需要像常規(guī)造穴工具一樣撐開，可以達到造穴平穩(wěn)的目的，能夠保持井壁的穩(wěn)定性；(4)工具造斜過程都為回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)強度高，受力均衡。且鉆頭可自由伸縮，根據(jù)受力自我調(diào)節(jié)位置。從而工具結(jié)構(gòu)可靠，不易受損，使用壽命高；(5)造穴過程平順，井壁坍塌可能性小。同時，造穴完成后水平系統(tǒng)在彈簧作用下收縮回工具內(nèi)。從而工具不會出現(xiàn)卡住取不出的情況，操作可靠安全；(6)與鉆頭連接的彈簧可以起到減震器的作用，在系統(tǒng)工作時候能夠減少頻繁振動產(chǎn)生的危害，大大延長工具壽命；(7)通過主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和水平旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)相互配合，通過井壁應(yīng)力、供給的主軸水壓大小等參數(shù)來控制，形成負反饋的機制，更好的維持了在鉆進過程中的井壁穩(wěn)定，使得造穴過程更加平穩(wěn)；(8)通過測試不同的井壁壓力，可以計算出所需的主軸彈簧和水平展開系統(tǒng)的彈簧的彈簧強度，通過裝載不同強度的彈簧來適應(yīng)不同的煤層氣的井壁；
[9]工具可直接接在鉆柱上，小巧方便，可用于易縮徑的井壁的擴徑作業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。
【附圖說明】
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[0009]圖1是本發(fā)明的整體未展開狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是本發(fā)明工作時一級展開狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3是本發(fā)明工作時二級展開狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4是本發(fā)明工作時三級展開狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖5是本發(fā)明的左視局部剖面示意圖；
[0014]圖6是該造穴工具水平造穴系統(tǒng)一級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖7是該造穴工具水平造穴系統(tǒng)二級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖8是該造穴工具水平造穴系統(tǒng)三級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖9是該造穴工具水平造穴系統(tǒng)一、二、三級組裝后整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖10是該造穴工具水平造穴系統(tǒng)一級系統(tǒng)A-A剖面示意圖；
[0019]圖11是該造穴工具水平造穴系統(tǒng)一級系統(tǒng)B-B剖面示意圖；
[0020]圖12是該造穴工具水平造穴系統(tǒng)一級系統(tǒng)C-C剖面示意圖；
[0021]圖13是該造穴工具主軸D-D處的剖面示意圖；
[0022]圖14是該造穴工具主軸E-E處的剖面示意圖；
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