一种低摩阻可变径液力推力器 |
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| 申请号 | CN201410471408.7 | 申请日 | 2014-09-16 | 公开(公告)号 | CN104295231A | 公开(公告)日 | 2015-01-21 |
| 申请人 | 西南石油大学; | 发明人 | 张德荣; 孔春岩; 王国军; 冯文荣; 曾涛; 陈颖; 周威; 谢武军; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于石油 天然气 钻井作业的低摩阻可变径液 力 推力器。其技术方案：上接头与副缸体用 螺纹 连接，副缸体与主缸体用 螺纹连接 ，主缸体与 花键 筒用螺纹连接； 活塞 置于副缸体内，活塞上依次设置有 第二活塞 垫套、第一 活塞环 和第一活塞垫套，第一压帽和第一防松帽分别与活塞用螺纹连接； 心轴 置于主缸体和花键筒内，心轴中部设置有半环，心 轴头 部依次设置有第四活塞垫套、第二活塞环和第三活塞垫套，第二压帽和第二防松帽与心轴用螺纹连接； 喷嘴 座位于活塞与心轴之间，喷嘴座内设置有喷嘴；四个 钢 球座均布于心轴和花键筒之间，钢球座内装有钢球。本工具可使 钻头 真正获得足够大的、平稳的、均匀的钻压，可防止砂堵现象，用于钻井作业中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种低摩阻可变径液力推力器，是由上接头、第一O型密封圈、副缸体、第一防松帽、第一压帽、第一活塞垫套、第二O型密封圈、第三O型密封圈、第一活塞环、第二活塞垫套、活塞、第四O型密封圈、第五O型密封圈、主缸体、卡簧、第六O型密封圈、喷嘴、第七O型密封圈、喷嘴座、第二防松帽、第二压帽、第三活塞垫套、第八O型密封圈、第九O型密封圈、第二活塞环、第四活塞垫套、半环、心轴、挡环、钢球挡片、钢球、钢球座、花键筒、橡胶盘根、心轴接头和螺钉组成，其特征是：将上接头(1)与副缸体(3)用螺纹连接，副缸体(3)与主缸体(14)用螺纹连接，主缸体(14)与花键筒(33)用螺纹连接；将活塞(11)置于副缸体(3)内，在活塞(11)上依次设置有第二活塞垫套(10)、第一活塞环(9)和第一活塞垫套(6)，将第一压帽(5)与活塞(11)用螺纹连接，再将第一防松帽(4)与活塞(11)用螺纹连接；将心轴(28)置于主缸体(14)和花键筒(33)内，心轴(28)中部设置有半环(27)，心轴(28)头部依次设置有第四活塞垫套(26)、第二活塞环(25)和第三活塞垫套(22)，将第二压帽(21)与心轴(28)用螺纹连接，再将第二防松帽(20)与心轴(28)用螺纹连接；喷嘴座(19)位于活塞(11)与心轴(28)之间，喷嘴座(19)与活塞(11)粘接在一起，喷嘴座(19)内设置有喷嘴(17)；四个钢球座(32)均布于心轴(28)和花键筒(33)之间，钢球座(32)内装有钢球(31)，钢球座(32)顶部的插槽内插有钢球挡片(30)；在花键筒(33)端部设置有挡环(29)，挡环(29)与花键筒(33)之间用四个螺钉(36)连接。 |
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| 说明书全文 | 一种低摩阻可变径液力推力器技术领域背景技术[0002] 在常规钻井作业中，无论是转盘钻进，还是井底动力钻具钻进，均依靠钻柱的重量施加钻压。但是在大斜度井、水平井钻进过程中，随着井斜角的增加，依靠钻柱重量施加钻压就越来越困难，井壁摩擦阻力也越来越大，直接影响了钻柱的受力情况，进而对钻压的传递起到阻碍作用；而且钻柱所承受的作业工况更加恶劣，易产生振动，特别是钻柱的纵向振动导致钻压不能保持恒定，进而降低了机械钻速，引起钻头早期失效，甚至引起钻柱扭断破坏等严重事故。因此，在大斜度井和小井眼侧钻井以及侧钻水平井中，这种传统施加钻压的方法存在很大的缺陷，已经不能很好的满足施工需要。 [0003] 现目前还没有一套真正能解决该问题的钻井加压工具，如中国专利200720081370.8，公开了一种微小井眼水力加压器，该专利结构采用六方钻杆传递扭矩和钻压；又如中国专利200820173683.0，公开了一种新型水力加压器，该专利结构采用花键连接的型式传递扭矩和钻压；再如中国专利201310327533.6，公开了一种缩入式长冲程水力加压器，该专利也是采用花键结构来传递扭矩和钻压。以上几个专利虽然从原理上实现了水力加压，但是六方钻杆和花键传递扭矩和钻压的方式都是面与面接触，为滑动摩擦，因此在传递扭矩时造成工具系统自身摩阻急剧增大，阻碍了钻压的传递，使得该类工具的加压效率很低；同时由于该类工具大都采用节流喷嘴获得压降，但是当停止钻进或中途暂停施工后，在喷嘴处易堆积沉沙，产生砂堵现象，种种原因导致该类水力加压器无法真正在现场得到推广应用。 发明内容[0004] 本发明的目的是：为了解决在大斜度井、小井眼侧钻井以及侧钻水平井的钻井过程中钻头加压难的问题，使钻头真正获得足够大的、平稳的、均匀的钻压，并且降低钻柱的摩阻，起到良好的减震作用，防止砂堵现象，减少卡钻事故的发生，实现高效钻进，特提供一种低摩阻可变径液力推力器。 [0005] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种低摩阻可变径液力推力器是一种能量转换装置，即利用钻井液作为源动力，将钻井液动能有效转换为钻头钻压。该工具是由上接头、第一O型密封圈、副缸体、第一防松帽、第一压帽、第一活塞垫套、第二O型密封圈、第三O型密封圈、第一活塞环、第二活塞垫套、活塞、第四O型密封圈、第五O型密封圈、主缸体、卡簧、第六O型密封圈、喷嘴、第七O型密封圈、喷嘴座、第二防松帽、第二压帽、第三活塞垫套、第八O型密封圈、第九O型密封圈、第二活塞环、第四活塞垫套、半环、心轴、挡环、钢球挡片、钢球、钢球座、花键筒、橡胶盘根、心轴接头和螺钉组成。其结构特征是：将上接头与副缸体用螺纹连接，副缸体与主缸体用螺纹连接，主缸体与花键筒用螺纹连接；将活塞置于副缸体内，在活塞上依次设置有第二活塞垫套、第一活塞环和第一活塞垫套，将第一压帽与活塞用螺纹连接，再将第一防松帽与活塞用螺纹连接；将心轴置于主缸体和花键筒内，心轴中部设置有半环，心轴头部依次设置有第四活塞垫套、第二活塞环和第三活塞垫套，将第二压帽与心轴用螺纹连接，再将第二防松帽与心轴用螺纹连接；喷嘴座位于活塞与心轴之间，喷嘴座与活塞粘接在一起，喷嘴座内设置有喷嘴；四个钢球座均布于心轴和花键筒之间，钢球座内装有钢球，钢球座顶部的插槽内插有钢球挡片；在花键筒端部设置有挡环，挡环与花键筒之间用四个螺钉连接。上接头与副缸体之间设置有第一O型密封圈；第一活塞环与副缸体之间设置有第二O型密封圈；第一活塞环与活塞之间设置有第三O型密封圈；副缸体与活塞之间设置有第四O型密封圈；副缸体与主缸体之间设置有第五O型密封圈； 喷嘴座与第二防松帽之间设置有第六O型密封圈；喷嘴与喷嘴座之间设置有第七O型密封圈；第二活塞环与主缸体之间设置有第八O型密封圈；第二活塞环与心轴之间设置有第九O型密封圈；心轴与花键筒之间设置有橡胶盘根。 [0006] 上述的活塞下端部加工有四个圆孔，四个圆孔对称分布；上述的副缸体下部筒壁上加工有十二个泄压孔。 [0007] 上述的四个钢球座内均加工有大于二分之一圆的圆弧通道，该圆弧通道的半径大于上述钢球的半径，钢球座的顶部均加工有一个插槽，钢球座内部注有润滑油脂；上述的钢球挡片的形状与钢球座的端面形状相同。 [0008] 上述的心轴中部加工有四条花键轨道；上述的花键筒内部加工有四条花键槽。 [0009] 本发明与现有技术比较，具有以下有益效果：(1)本工具结构彻底解决了在大斜度井、小井眼侧钻井以及侧钻水平井的钻井过程中钻头加压难的问题，将传统工具面与面接触的滑动摩擦变为点面接触的滚动摩擦，大大降低了工具内部的摩阻，有效提高了钻压的传递效率，保证了钻头真正获得足够大的、平稳的、均匀的钻压；(2)本工具结构在不同的工作状态下具有可变径功能，可改变钻井液的过流面积来解决砂堵现象，减少卡钻事故的发生；(3)本液力推力器可当做减震器使用，能起到良好的减震作用，可降低钻柱与井壁间的摩阻；(4)使用本液力推力器为钻头加压，可节省钻铤和减少钻铤的疲劳破坏。附图说明 [0010] 图1为本发明低摩阻可变径液力推力器的结构示意图。 [0011] 图中：1—上接头，2—第一O型密封圈，3—副缸体，4—第一防松帽，5—第一压帽，6—第一活塞垫套，7—第二O型密封圈，8—第三O型密封圈，9—第一活塞环，10—第二活塞垫套，11—活塞，12—第四O型密封圈，13—第五O型密封圈，14—主缸体，15—卡簧，16—第六O型密封圈，17—喷嘴，18—第七O型密封圈，19—喷嘴座，20—第二防松帽，21—第二压帽，22—第三活塞垫套，23—第八O型密封圈，24—第九O型密封圈，25—第二活塞环，26—第四活塞垫套，27—半环，28—心轴，29—挡环，30—钢球挡片，31—钢球，32—钢球座，33—花键筒，34—橡胶盘根，35—心轴接头，36—螺钉。 [0012] 图2为本液力推力器在未工作状态下的结构示意图。 [0013] 图3为本液力推力器图1钢球连接处的局部放大图。 [0014] 图4为本液力推力器图1的A—A剖视图。 [0015] 图5为本液力推力器图1的B—B剖视图。 具体实施方式[0016] 按照图1将各零部件组装好，整个工具通过上接头1的螺纹扣与钻杆连接，工具下部通过心轴接头35与钻头连接，然后下井到达指定钻井位置；如图2所示，此时液力推力器处于初始状态即未工作状态，活塞11位于副缸体3底部，心轴28位于主缸体14底部，活塞11下端部的可变径结构(喷嘴17和圆孔)与心轴28顶部还有一定的距离；当钻头接触井底遇到阻力时，继续下放钻柱，心轴28在钻头阻力作用下往回缩，并与喷嘴座19接触，使活塞11下端部的可变径结构(喷嘴17和圆孔)插入心轴28顶部的第二防松帽20内，由于喷嘴座19与第二防松帽20之间有第六O型密封圈16，确保钻井液不会泄漏，减小了过流直径，从而使过流面积减少，起到了变径加压的作用；心轴28继续推动喷嘴座19和活塞11一起上行，直至心轴接头35的台阶面与花键筒33下端面接触(上死点)，停止上行，此时立管压力表和指重表悬重的读数发生变化，司钻可以稳住钻柱，停止方入；开启钻井泵，由液力推力器加压送进：钻井液进入工具内部环空，高压钻井液在喷嘴17处形成节流压差，在活塞11上端面和心轴28上端面处形成两个高压腔，产生一定的静压力，推动活塞11与心轴28一起向下移动，将该推力传递给钻头，形成平稳、均匀的钻压；当液力推力器送进达到满行程，司钻应及时下放钻柱，方入的长度应接近心轴28的行程；然后，司钻又可以稳住钻柱，停止方入，由液力推力器继续加压送进，周而复始，循环工作，连续不断地形成机械进尺。由于心轴28和花键筒33之间使用钢球31连接，心轴28在花键筒33内上下移动的摩阻大大减小，有效提高了液力推力器的加压效率，使钻头真正获得足够大的钻压。 [0017] 当钻井泵停止工作时，提升钻杆，使活塞11和心轴28靠自身重量向下移动，活塞11移动到副缸体3底部时，心轴28还要继续向下移动一段距离，才能达到主缸体14底部，这就使得心轴28与活塞11下端部的变径结构(喷嘴17和圆孔)相互脱离，过流面积增大，钻井液通过活塞11下端部的圆孔流出，有效解决了砂堵现象。 |
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