一种钻杆的制作方法

1.本发明涉及石油钻探技术领域，尤其涉及一种钻杆。


背景技术：

2.柔性钻杆侧钻是现有技术中常见的老井侧钻技术之一。柔性钻杆侧钻具有定向性能好、井眼直径大和成本较低等特点，非常适用于老油田剩余油精准挖潜。
3.但是，柔性钻杆近钻头钻具挠度太大，导向性不足，水平段所钻井眼轨迹井斜和方位波动较大，稳定性差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种钻杆，其能够在柔性状态和刚性状态之间切换，在进行水平段钻井时能够切换至刚性状态，导向性良好。
5.如上构思，本发明所采用的技术方案是：
6.一种钻杆，包括：
7.第一外壳，其内设置有两端具有开口的第一容置腔；
8.球窝，一端套设于所述第一容置腔内，另一端延伸出所述第一容置腔外；
9.球头，一端套设于所述球窝内，所述球头的外侧面和所述球窝的内侧面之间存在一容置空间，所述第一外壳的第一容置腔、所述球窝的内腔和所述球头的内腔依次连接形成主流道，所述球头的侧壁开设有调节孔，所述调节孔连通所述主流道和所述容置空间；
10.调节环，套设于所述球头的外周并位于所述容置空间内，所述调节环的外侧面与所述球窝的内侧面相对设置，所述主流道内的钻井液能够经由所述调节孔进入所述容置空间并沿第一方向推动所述调节环的第一端，所述调节环的第二端设置有楔入外锥面；
11.第二外壳，其内设置有两端具有开口的第二容置腔，所述球头的另一端伸入所述第二容置腔内，所述第二外壳的第一端设置有转动球面且所述转动球面与所述球头的另一端可转动抵接，所述第二外壳的第一端的内侧设置有内锥面，所述楔入外锥面能够被推动至楔入所述内锥面以限制所述转动球面与所述球头的相对转动，并使得所述第二外壳与所述球头同轴线绷直。
12.可选地，所述调节环为一体成型结构，包括：
13.调节环主体，套设于所述球头的外周；
14.端部限位凸缘，套设于所述球头的外周且同轴设于所述调节环主体的一端，所述主流道内的钻井液能够经由所述调节孔进入所述容置空间并沿所述第一方向推动所述端部限位凸缘，所述端部限位凸缘的外侧与所述球窝的内侧面滑动抵接，所述端部限位凸缘的内侧面与所述球头的外侧面滑动抵接；
15.尾锥部，套设于所述球头的外周且同轴设于所述调节环主体的另一端，所述楔入外锥面设于所述尾锥部的外侧面。
16.可选地，所述尾锥部的端部还设置有相切锥面，所述相切锥面的锥角大于所述楔
入外锥面的锥角，所述第二外壳相对所述球头弯曲时，所述相切锥面与所述第二外壳的内表面相切。
17.可选地，所述钻杆还包括挡圈，所述挡圈套设于所述球窝的另一端内，所述第二外壳的第一端的外侧设置有外球面，所述挡圈的内侧设置有与所述外球面可转动抵接的内球面。
18.可选地，所述钻杆还包括弹性复位件，所述弹性复位件位于所述容置空间内且套设于所述调节环主体的外周，所述弹性复位件的一端与所述端部限位凸缘抵接，所述弹性复位件的另一端与所述挡圈的端面抵接。
19.可选地，所述端部限位凸缘的外侧设置有第一密封圈容置槽，所述第一密封圈容置槽内设置有第一密封圈，所述第一密封圈的外侧与所述球窝的内侧面滑动抵接。
20.可选地，所述端部限位凸缘的内侧设置有第二密封圈容置槽，所述第二密封圈容置槽内设置有第二密封圈，所述第二密封圈的内侧与所述球头的外侧面滑动抵接。
21.可选地，所述调节孔内设置有第一过滤阀。
22.可选地，所述球头的侧壁间隔开设有若干个所述调节孔。
23.可选地，所述球窝的侧壁上开设有与所述容置空间连通的辅助调节孔。
24.本发明提出的钻杆，在没有钻井液在主流道内循环时，第二外壳能够相对于球头转动抵接，从而使得钻杆为柔性状态，可作为柔性钻杆使用。当钻井液沿第一方向进入主流道内时，主流道内的钻井液经由调节孔进入容置空间并沿第一方向推动调节环的第一端，从而将调节环朝向第二外壳推动，直至楔入外锥面被推动至楔入内锥面，从而限制转动球面与球头的相对转动，此时第二外壳不能再相对球头转动，也即第二外壳为绷直状态，此时钻杆为刚性状态，可作为刚性钻杆使用，刚度良好，能够提高井眼轨迹准确度，提高钻进中靶率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
26.图1是本发明实施例提供的钻杆的示意图；
27.图2是图1的部分结构示意图；
28.图3是图2的部分结构示意图；
29.图4是本发明实施例提供的调节环的结构示意图；
30.图5是本发明实施例提供的第二外壳的结构示意图。
31.图中：
32.1、第一外壳；
33.2、球窝；21、辅助调节孔；211、第二过滤阀；
34.3、球头；31、调节孔；311、第一过滤阀；
35.4、调节环；41、楔入外锥面；42、端部限位凸缘；421、第一密封圈容置槽；422、第二密封圈容置槽；43、调节环主体；44、尾锥部；45、相切锥面；
36.5、主流道；
37.6、第二外壳；61、内锥面；611、第一内锥面；612、第二内锥面；
38.7、容置空间；71、弹性复位件；
39.8、挡圈；
40.91、钻杆公接头；92、钻杆母接头。
具体实施方式
41.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.柔性钻杆侧钻是现有技术中常见的老井侧钻技术之一。柔性钻杆侧钻具有定向性能好、井眼直径大和成本较低等特点，非常适用于老油田剩余油精准挖潜。但是由于柔性钻杆侧钻技术造斜段曲率半径一般2m-4m，常规随钻测量工具尺寸过大，无法通过，无法实现常规随钻测井纠偏，因此所钻井眼轨迹不可控，误差较大。其根本原因是：柔性钻杆近钻头钻具挠度太大，导向性不足，水平段所钻井眼轨迹井斜和方位波动较大，稳定性差。
45.为解决上述问题，参见图1-图5，本实施例提供一种钻杆，其能够在刚性状态和柔性状态之间根据需要进行切换，从而能够适应不同工况。其切换至刚性状态时，导向性良好。
46.具体地，本实施例中，钻杆包括第一外壳1、球窝2、球头3、调节环4和第二外壳6。
47.第一外壳1内设置有两端具有开口的第一容置腔；球窝2的一端套设于第一容置腔内，另一端延伸出第一容置腔外。
48.球头3的一端套设于球窝2内，球头3的外侧面和球窝2的内侧面之间存在一容置空间7，第一外壳1的第一容置腔、球窝2的内腔和球头3的内腔依次连接形成主流道5，球头3的侧壁开设有调节孔31，调节孔31连通主流道5和容置空间7。
49.调节环4套设于球头3的外周并位于容置空间7内，调节环4的外侧面与球窝2的内侧面相对设置，主流道5内的钻井液能够经由调节孔31进入容置空间7并沿第一方向推动调节环4的第一端，调节环4的第二端设置有楔入外锥面41。
50.第二外壳6内设置有两端具有开口的第二容置腔，球头3的另一端伸入第二容置腔内，第二外壳6的第一端设置有转动球面且转动球面与球头3的另一端可转动抵接，第二外壳6的第一端的内侧设置有内锥面61；楔入外锥面41能够被推动至楔入内锥面61以限制转动球面与球头3的相对转动，并使得第二外壳6与球头3同轴线绷直。
51.本实施例提供的钻杆，在没有钻井液在主流道5内循环时，第二外壳6能够相对于与第一外壳1连接的球窝2转动抵接，从而使得钻杆为柔性状态，可作为柔性钻杆使用。当钻井液沿第一方向进入主流道5内时，主流道5内的钻井液经由调节孔31进入容置空间7并沿第一方向推动调节环4的第一端，从而将调节环4朝向第二外壳6推动，直至楔入外锥面41被推动至楔入内锥面61，从而限制转动球面与球窝2的相对转动，此时第二外壳6不能再相对球窝2转动，也即第二外壳6为绷直状态，此时钻杆为刚性状态，可作为刚性钻杆使用，刚度良好，能够提高井眼轨迹准确度，提高钻进中靶率。
52.具体地，主流道5自钻杆的首端贯穿至钻杆的末端。
53.具体地，本实施例中，第二外壳6与第一外壳1的结构相同。
54.具体地，本实施例中，球窝2、球头3、调节环4和第二外壳6组成调节节段，在调节节段靠近调节环4的一端再设置一调节节段，依次设置多个调节节段，可以实现钻杆的长度调节。
55.优选地，调节孔31内设置有第一过滤阀311；具体地，第一过滤阀311螺纹装配于调节孔31内。通过在调节孔31内设置第一过滤阀311，能够过滤循环泥浆的大颗粒，防止大颗粒泥浆进入容置空间7而卡死调节环4。
56.球头3的侧壁间隔开设有若干个调节孔31。
57.进一步地，球窝2的侧壁上开设有与容置空间7连通的辅助调节孔21。优选地，沿球窝2的侧壁的周向设置有至少两个辅助调节孔21，每一辅助调节孔21内均设置有第二过滤阀211；具体地，第二过滤阀211螺纹装配于辅助调节孔21内。通过设置第二过滤阀211，防止泥浆中的大颗粒进入容置空间7内。
58.具体地，本实施例中，调节环4为一体成型结构。调节环4包括调节环主体43、端部限位凸缘42和尾锥部44。
59.调节环主体43套设于球头3的外周。
60.端部限位凸缘42套设于球头3的外周且同轴设于调节环主体43的一端，主流道5内的钻井液能够经由调节孔31进入容置空间7并沿第一方向推动端部限位凸缘42，端部限位凸缘42的外侧与球窝2的内侧面滑动抵接，端部限位凸缘42的内侧面与球头3的外侧面滑动抵接。
61.尾锥部44套设于球头3的外周且同轴设于调节环主体43的另一端，楔入外锥面41设于尾锥部44的外侧面。
62.具体地，调节环主体43与球窝2内表面之间的间隙为6mm。
63.进一步地，本实施例中，钻杆还包括挡圈8，挡圈8套设于球窝2的另一端内，第二外壳6的第一端的外侧设置有外球面，挡圈8的内侧设置有与外球面可转动抵接的内球面。
64.优选地，本实施例中，挡圈8的内球面设置有三道沟槽，用于存储润滑油和不慎进入的颗粒物，有助于球面滑动润滑。
65.进一步地，为了帮助调节环4复位，本实施例中，钻杆还包括弹性复位件71(图中未
示出)，弹性复位件71位于容置空间7内且套设于调节环主体43的外周，弹性复位件71的一端与端部限位凸缘42抵接，弹性复位件71的另一端与挡圈8的端面抵接。
66.可选地，本实施例中，弹性复位件71为波簧。
67.进一步地，本实施例中，端部限位凸缘42的外侧设置有第一密封圈容置槽421，第一密封圈容置槽421内设置有第一密封圈，第一密封圈的外侧与球窝2的内侧面滑动抵接。
68.进一步地，端部限位凸缘42的内侧设置有第二密封圈容置槽422，第二密封圈容置槽422内设置有第二密封圈，第二密封圈的内侧与球头3的外侧面滑动抵接。
69.设置第一密封圈，使得调节环4与球窝2之间形成密封面；设置第二密封圈，使得调节环4与球头3之间形成密封面。具体地，本实施例中，第一密封圈和第二密封圈均为o型密封圈。
70.进一步地，本实施例中，尾锥部44的端部还设置有相切锥面45，相切锥面45设于楔入外锥面41远离调节环主体43的一侧。
71.相切锥面45的锥角大于楔入外锥面41的锥角，第二外壳6相对球头3弯曲时，相切锥面45与第二外壳6的内表面相切。具体地，在钻杆处于极限弯曲或者屈曲状态时，相切锥面45与第二外壳6的内表面相切。
72.具体地，第二外壳6的内锥面61包括第一内锥面611和第二内锥面612，第一内锥面611靠近端部设置，楔入外锥面41与第二内锥面612配合，相切锥面45与第一内锥面611配合，第一内锥面611的锥孔大于第二内锥面612的锥孔。
73.具体地，本实施例中，钻杆还包括钻杆公接头91，钻杆公接头91与第一外壳1连接。钻杆公接头91的内孔直径小于第一外壳1的内径，也小于调节节段的内径。钻杆公接头91位于钻杆的首端，钻杆的末端还设置有钻杆母接头92。
74.以图3所示方位为例，在钻井过程中，循环钻井液，由于钻杆内孔的缩径，形成节流压差。节流压差通过调节孔31、第一过滤阀311，作用于容置空间7内的调节环4的端部限位凸缘42的端面，推动调节环4向右移动，在液压力的作用下，调节环4的尾锥部44的相切锥面45和楔入外锥面41依次楔入第二外壳6的内锥面61，直至调节环4被挤压至极限右侧工位，楔入外锥面41与内锥面61的第二内锥面612完全切合，锁紧第二外壳与球头3使得二者同轴线绷直并无法相对转动，将钻杆绷直，使得钻杆处于刚性状态，此时钻杆可作为刚性钻杆使用。
75.具体地，当钻井液循环、钻杆为刚性状态时，波簧处于半压缩状态。波簧的压缩力远小于节流压差推动调节环4的作用力，大于调节环4与球窝2和球头3的摩擦力。当停止钻井液循环时，节流压差消失，调节环4左侧的液压力消失，波簧将调节环4推回至左侧工位。
76.本实施例提供的钻杆在使用时，钻杆的首端直接连接钻头，用于超短半径侧钻水平井的水平段钻进。在没有钻井液循环的情况下，为柔性钻杆，可顺利通过超短半径曲率半径井眼；在有循环的情况下，绷直为刚性钻杆，有效提高钻杆刚度，提高井眼轨迹准确度，提高钻进中靶率。
77.以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种钻杆，其特征在于，包括：第一外壳(1)，其内设置有两端具有开口的第一容置腔；球窝(2)，一端套设于所述第一容置腔内，另一端延伸出所述第一容置腔外；球头(3)，一端套设于所述球窝(2)内，所述球头(3)的外侧面和所述球窝(2)的内侧面之间存在一容置空间(7)，所述第一外壳(1)的第一容置腔、所述球窝(2)的内腔和所述球头(3)的内腔依次连接形成主流道(5)，所述球头(3)的侧壁开设有调节孔(31)，所述调节孔(31)连通所述主流道(5)和所述容置空间(7)；调节环(4)，套设于所述球头(3)的外周并位于所述容置空间(7)内，所述调节环(4)的外侧面与所述球窝(2)的内侧面相对设置，所述主流道(5)内的钻井液能够经由所述调节孔(31)进入所述容置空间(7)并沿第一方向推动所述调节环(4)的第一端，所述调节环(4)的第二端设置有楔入外锥面(41)；第二外壳(6)，其内设置有两端具有开口的第二容置腔，所述球头(3)的另一端伸入所述第二容置腔内，所述第二外壳(6)的第一端设置有转动球面且所述转动球面与所述球头(3)的另一端可转动抵接，所述第二外壳(6)的第一端的内侧设置有内锥面(61)；所述楔入外锥面(41)能够被推动至楔入所述内锥面(61)以限制所述转动球面与所述球头(3)的相对转动，并使得所述第二外壳(6)与所述球头(3)同轴线绷直。2.根据权利要求1所述的钻杆，其特征在于，所述调节环(4)为一体成型结构，包括：调节环主体(43)，套设于所述球头(3)的外周；端部限位凸缘(42)，套设于所述球头(3)的外周且同轴设于所述调节环主体(43)的一端，所述主流道(5)内的钻井液能够经由所述调节孔(31)进入所述容置空间(7)并沿所述第一方向推动所述端部限位凸缘(42)，所述端部限位凸缘(42)的外侧与所述球窝(2)的内侧面滑动抵接，所述端部限位凸缘(42)的内侧面与所述球头(3)的外侧面滑动抵接；尾锥部(44)，套设于所述球头(3)的外周且同轴设于所述调节环主体(43)的另一端，所述楔入外锥面(41)设于所述尾锥部(44)的外侧面。3.根据权利要求2所述的钻杆，其特征在于，所述尾锥部(44)的端部还设置有相切锥面(45)，所述相切锥面(45)的锥角大于所述楔入外锥面(41)的锥角，所述第二外壳(6)相对所述球头(3)弯曲时，所述相切锥面(45)与所述第二外壳(6)的内表面相切。4.根据权利要求2所述的钻杆，其特征在于，所述钻杆还包括挡圈(8)，所述挡圈(8)套设于所述球窝(2)的另一端内，所述第二外壳(6)的第一端的外侧设置有外球面，所述挡圈(8)的内侧设置有与所述外球面可转动抵接的内球面。5.根据权利要求4所述的钻杆，其特征在于，所述钻杆还包括弹性复位件(71)，所述弹性复位件(71)位于所述容置空间(7)内且套设于所述调节环主体(43)的外周，所述弹性复位件(71)的一端与所述端部限位凸缘(42)抵接，所述弹性复位件(71)的另一端与所述挡圈(8)的端面抵接。6.根据权利要求2所述的钻杆，其特征在于，所述端部限位凸缘(42)的外侧设置有第一密封圈容置槽(421)，所述第一密封圈容置槽(421)内设置有第一密封圈，所述第一密封圈的外侧与所述球窝(2)的内侧面滑动抵接。7.根据权利要求2所述的钻杆，其特征在于，所述端部限位凸缘(42)的内侧设置有第二密封圈容置槽(422)，所述第二密封圈容置槽(422)内设置有第二密封圈，所述第二密封圈
的内侧与所述球头(3)的外侧面滑动抵接。8.根据权利要求1所述的钻杆，其特征在于，所述调节孔(31)内设置有第一过滤阀(311)。9.根据权利要求1-8任一项所述的钻杆，其特征在于，所述球头(3)的侧壁间隔开设有若干个所述调节孔(31)。10.根据权利要求1-8任一项所述的钻杆，其特征在于，所述球窝(2)的侧壁上开设有与所述容置空间(7)连通的辅助调节孔(21)。

技术总结
本发明公开了一种钻杆，其属于石油钻探技术领域，包括：第一外壳；球窝；球头，一端套设于球窝内，球头的外侧面和球窝的内侧面之间存在一容置空间，第一外壳的第一容置腔、球窝的内腔和球头的内腔依次连接形成主流道，球头的侧壁开设有调节孔；调节环，套设于球头的外周并位于容置空间内，主流道内的钻井液能够经由所述调节孔进入所述容置空间并沿第一方向推动调节环的第一端，调节环的第二端设置有楔入外锥面；第二外壳，第二外壳的第一端设置有转动球面且转动球面与球窝的另一端可转动抵接，第二外壳的第一端的内侧设置有内锥面，楔入外锥面能够被推动至楔入内锥面以限制转动球面与球窝的相对转动。本发明能够在柔性状态和刚性状态之间切换。状态之间切换。状态之间切换。


技术研发人员：雷群 李益良 孙强 李涛 张朝晖 黄守志
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2023/7/13