本發(fā)明屬于連續(xù)油管繼續(xù)鉆進、下入技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種井下液壓驅(qū)動渦輪增壓牽引器。

背景技術(shù)：

近年來，水平井利用連續(xù)油管進行鉆水泥塞、橋塞施工時，在鉆進、下入過程中，出現(xiàn)了連續(xù)油管自鎖現(xiàn)象，循環(huán)活動數(shù)次后仍無下深，導(dǎo)致連續(xù)油管無法達到預(yù)定水泥塞、橋塞位置，嚴重制約了連續(xù)油管現(xiàn)場施工進度，增加了施工等停時間成本。

據(jù)國內(nèi)外調(diào)研顯示，國內(nèi)外井下爬行器(或稱為井下機器人)基本均為棘輪式或履帶式，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，附加電子元件較多，運行動力為施加管柱重量，作純機械運動，而且牽引力太小，最大不超過8000n，無法解決目前下入、鉆橋塞、鉆水泥塞過程中水平井連續(xù)油管自鎖問題，不能提高水平井井筒內(nèi)連續(xù)油管入井有效深度和長度。為此，為大幅度增加牽引力數(shù)值，基于渦輪增壓的原理，設(shè)計了一種井下液壓驅(qū)動渦輪增壓牽引器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中下入、鉆水泥塞、鉆橋塞過程中水平井連續(xù)油管自鎖問題。

為此，本發(fā)明提供了一種井下液壓驅(qū)動渦輪增壓牽引器，包括上接頭、本體、渦輪蝸桿軸、滾輪軸、滾輪和下接頭，本體的兩端分別連接上接頭和下接頭，渦輪蝸桿軸安裝于本體內(nèi)部，滾輪軸安裝在本體上并靠近上接頭一端，滾輪安裝于滾輪軸上。

所述本體為兩端帶有螺紋連接的剛性直管，直管包括外壁，直管內(nèi)部軸向開有內(nèi)腔，渦輪蝸桿軸軸向安裝于內(nèi)腔。

所述滾輪軸安裝在外壁和內(nèi)腔之間。

所述的滾輪軸數(shù)量至少為3個，滾輪軸徑向均勻分布在本體上，每個滾輪軸上均安裝滾輪。

所述的本體采用35crmo材料加工，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為hbw195～235，再滲鎳基材料，滲鎳層厚度為0.5mm，硬度為hbw635～850。

所述的渦輪蝸桿軸為等間距連續(xù)流型的渦輪蝸桿，采用35crmo材料加工，表面經(jīng)滲碳化鎢yg8材料處理，滲碳化鎢層厚度為0.35mm，硬度為hbw825～1050。

所述的渦輪增壓牽引器長1250mm，本體最大外徑114mm，最小內(nèi)徑101mm，渦輪蝸桿軸長850mm，渦輪在蝸桿上的間距為40mm，渦輪輪廓線最大圓周外徑94mm，上接頭和下接頭螺紋為3-1/2″pac扣，耐壓70mpa，耐溫120℃。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的這種井下液壓驅(qū)動渦輪增壓牽引器，基于渦輪蝸桿增壓原理，通過連續(xù)油管內(nèi)加液壓，管內(nèi)液體進入流型的渦輪蝸桿軸中，使液體沿渦輪蝸桿軸的流型結(jié)構(gòu)進行流動，使較小的液壓力經(jīng)過渦輪蝸桿軸作用，增加到較大的液壓力，從而產(chǎn)生足夠大的推力(牽引力)，在滾輪的支撐下，迫使連續(xù)油管向前移動，助推效果顯著，實用性強，實現(xiàn)連續(xù)油管的繼續(xù)鉆進、下入作業(yè)，確保水平井連續(xù)油管下入、鉆水泥塞、鉆橋塞過程中連續(xù)油管能順利鉆進、下入至預(yù)定位置，防止連續(xù)油管在鉆進、下入過程中出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，提高了水平井井筒內(nèi)連續(xù)油管入井有效深度和長度，進一步提高連續(xù)油管現(xiàn)場施工效率，縮短施工周期，該結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，操作安裝方便，由于本體和渦輪蝸桿軸經(jīng)耐磨材料處理，具有非常高的機械強度和耐沖蝕性。

附圖說明

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。

圖1是井下液壓驅(qū)動渦輪增壓牽引器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是井下液壓驅(qū)動渦輪增壓牽引器a-a結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是井下液壓驅(qū)動渦輪增壓牽引器b-b結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明：1、上接頭；2、本體；3、渦輪蝸桿軸；4、滾輪軸；5、滾輪；6、下接頭；7、外壁；8、內(nèi)腔。

具體實施方式

實施例1：

如圖1-3所示，一種井下液壓驅(qū)動渦輪增壓牽引器，包括上接頭1、本體2、渦輪蝸桿軸3、滾輪軸4、滾輪5和下接頭6，本體2的兩端分別連接上接頭1和下接頭6，渦輪蝸桿軸3安裝于本體2內(nèi)部，滾輪軸4安裝在本體2上并靠近上接頭1一端，滾輪5安裝于滾輪軸4上；所述的渦輪蝸桿軸3為等間距連續(xù)流型的渦輪蝸桿；滾輪軸4和滾輪5為現(xiàn)有技術(shù)，基于渦輪蝸桿增壓原理，通過連續(xù)油管內(nèi)加液壓，管內(nèi)液體進入流型的渦輪蝸桿軸3中，使液體沿渦輪蝸桿軸3的流型結(jié)構(gòu)進行流動，使較小的液壓力經(jīng)過渦輪蝸桿軸3作用，增加到較大的液壓力，從而產(chǎn)生足夠大的推力(牽引力)，在滾輪5的支撐下，迫使連續(xù)油管向前移動，實現(xiàn)連續(xù)油管的繼續(xù)鉆進、下入作業(yè)，確保水平井連續(xù)油管下入、鉆水泥塞、鉆橋塞過程中連續(xù)油管能順利鉆進、下入至預(yù)定位置，防止連續(xù)油管在鉆進、下入過程中出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，進一步提高連續(xù)油管現(xiàn)場施工效率，縮短施工周期。

實施例2：

如圖1-3所示，在實施例1的基礎(chǔ)上，所述本體2為兩端帶有螺紋連接的剛性直管，直管包括外壁7，直管內(nèi)部軸向開有內(nèi)腔8，渦輪蝸桿軸3軸向安裝于內(nèi)腔8，結(jié)構(gòu)簡單，便于拆卸和更換。

所述滾輪軸4安裝在外壁7和內(nèi)腔8之間，所述的滾輪軸4數(shù)量至少為3個，滾輪軸4以中心軸為圓心均勻分布在本體2上，每個滾輪軸4上均安裝滾輪5；確保渦輪蝸桿軸3產(chǎn)生的牽引力均勻作用于本體2上，從而使?jié)L輪5帶動連續(xù)油管平穩(wěn)的向前移動。

所述的本體2為兩端帶有螺紋連接的剛性直管，采用35crmo材料加工，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為hbw195～235，再滲鎳基材料，滲鎳層厚度為0.5mm，硬度為hbw635～850；經(jīng)調(diào)質(zhì)和滲鎳基材料處理，具有很高的抗內(nèi)壓強度和抗沖蝕性。

所述的渦輪蝸桿軸3為等間距連續(xù)流型的渦輪蝸桿，采用35crmo材料加工，表面經(jīng)滲碳化鎢yg8材料處理，滲碳化鎢層厚度為0.35mm，硬度為hbw825～1050；表面經(jīng)滲碳化鎢yg8材料處理，以降低流體流速變化對渦輪蝸桿軸的強烈沖擊和沖蝕，具有非常高的力學(xué)強度和耐沖蝕性。

所述的渦輪增壓牽引器長1250mm，本體2最大外徑114mm，最小內(nèi)徑101mm，渦輪蝸桿軸3長850mm，渦輪在蝸桿上的間距為40mm，渦輪輪廓線最大圓周外徑94mm，上接頭1和下接頭6螺紋為3-1/2″pac扣，耐壓70mpa，耐溫120℃，抗壓抗高溫，該結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，操作安裝方便。

實施例3：

如圖1-3所示，在實施例1-2的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的應(yīng)用方式為：

1)水平井連續(xù)油管鉆水泥塞、鉆橋塞施工前，根據(jù)連續(xù)油管鉆水泥塞、鉆橋塞入井工具串圖，首先在井口注入頭下方連續(xù)油管入井工具串的相應(yīng)位置處安裝井下液壓驅(qū)動渦輪增壓牽引器；

2)完成渦輪增壓牽引器及入井工具串連接后，啟動連續(xù)油管泵車，以排量450l/min～500l/min進行循環(huán)泵入，循環(huán)穩(wěn)定后以排量500l/min繼續(xù)進行連續(xù)油管下入作業(yè)；

3)下入過程中觀察連續(xù)油管泵車的泵壓和排量，由于渦輪增壓牽引器的渦輪蝸桿軸的阻流作用，觀察是否泵壓有明顯的升高，在保持排量500l/min不變的條件下，若泵壓有明顯的升高，而且管內(nèi)外循環(huán)暢通、連續(xù)油管下入正常，則表明渦輪增壓牽引器起到了液壓增壓牽引作用；

4)正常下入至水泥塞、橋塞預(yù)定位置后，以排量500l/min、泵壓35～45mpa泵注鉆塞液，開始進行鉆塞作業(yè)；

5)當(dāng)鉆掉第一個水泥塞、橋塞時，連續(xù)油管泵車排量、泵壓瞬間可能有所下降，此時，應(yīng)立即提高排量穩(wěn)定至500l/min，循環(huán)清洗井筒碎屑顆粒的同時，渦輪增壓牽引器繼續(xù)帶動連續(xù)油管鉆進、下入至第二個水泥塞、橋塞位置；

6)重復(fù)4、5步驟，依次順利完成連續(xù)油管鉆水泥塞、橋塞鉆進、下入過程，并完成所有鉆塞施工；

7)鉆完最后一個水泥塞、橋塞后，應(yīng)繼續(xù)以排量500l/min循環(huán)清洗井筒，直至在地面排污池(或儲液罐)中環(huán)空排出管線出口的液體機械雜志含量小于2％，保證井筒清潔；

8)停泵泄壓后，及時起連續(xù)油管工具串，然后再拆卸渦輪增壓牽引器，觀察和檢查本體2、渦輪蝸桿軸3的使用(沖蝕)情況，便于后續(xù)進行渦輪增壓牽引器的組裝和使用。

實施例4：

如圖1-3所示，在實施例1-3的基礎(chǔ)上，為了獲得該渦輪增壓牽引器的高牽引力數(shù)值，驗證該渦輪增壓牽引器的性能和可靠性，將該渦輪增壓牽引器應(yīng)用到2016年11月出現(xiàn)連續(xù)油管鉆橋塞自鎖的蘇東31-45hx井中。該井是一口開發(fā)水平井，完鉆井深4256m，水平段長1450m，該井利用2-1/2″×0.156″ct×5300m進行鉆橋塞作業(yè),橋塞深3523m，在鉆進下入過程中，連續(xù)油管自鎖在3384m的位置。為了確保正常鉆進、下入，采用該渦輪增壓牽引器進行二次鉆進下入，施工排量0.4m3/min、施工泵壓35～40mpa，根據(jù)渦輪增壓牽引器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算得出該渦輪增壓牽引器在該工況下的牽引力值為298.46kn。利用連續(xù)油管分析軟件(cts)計算該工況下連續(xù)油管水平段自鎖載荷大約為53.72kn。根據(jù)管柱力學(xué)下入性載荷條件，要求連續(xù)油管下入動力載荷應(yīng)大于摩擦自鎖載荷的2倍(下入載荷系數(shù))，而該渦輪增壓牽引器的牽引力(298.46kn)除以連續(xù)油管自鎖載荷(53.72kn)等于5.56遠大于規(guī)定的下入載荷系數(shù)2，因此，分析認為該渦輪增壓牽引器能夠起到高牽引力作用，可以滿足連續(xù)油管現(xiàn)場繼續(xù)鉆進、下入需要。

該井在實際施工過程中，采用該渦輪增壓牽引器順利將2-1/2″×0.156″連續(xù)油管送入至橋塞3523m以后的位置，并且進行了正常的鉆橋塞作業(yè)，同時發(fā)現(xiàn)鉆橋塞的時間降低30％，鉆橋塞的鉆進效率增加35％。這表明設(shè)計的渦輪增壓牽引器在理論和實踐上都是相符的，具有較好的實用性，同時也表明，渦輪增壓牽引器不僅起到了增加牽引力的作用，還起到了井下渦輪施加螺桿鉆壓的功能。

本發(fā)明的工作原理為：基于渦輪蝸桿增壓原理，通過連續(xù)油管內(nèi)加液壓，管內(nèi)液體進入流型的渦輪蝸桿軸3中，使液體沿渦輪蝸桿軸3的流型結(jié)構(gòu)進行流動，使較小的液壓力經(jīng)過渦輪蝸桿軸3作用，增加到較大的液壓力，從而產(chǎn)生足夠大的推力(牽引力)，在滾輪5的支撐下，迫使連續(xù)油管向前移動，實現(xiàn)連續(xù)油管的繼續(xù)鉆進、下入作業(yè)。

以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。