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一种用于定向井的钻具防托压器

阅读：739发布：2023-01-23

专利汇可以提供一种用于定向井的钻具防托压器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种用于定向井的钻具防托压器，包括：芯轴，所述芯轴为设有通孔的腔体；芯轴套，所述芯轴套以可轴向移动的方式套接在所述芯轴的外侧；高压泥浆流经所述芯轴套的内腔，并且流经所述芯轴的内腔；所述芯轴的入口端设置有截流活塞，所述截流活塞能够将高压泥浆的部分压力转移到所述芯轴上，同时确保高压泥浆流动畅通；叶轮，所述叶轮设置于所述芯轴内，所述叶轮的转轴垂直于所述芯轴的轴线方向，高压泥浆驱使所述叶轮转动。本实用新型的用于定向井的钻具防托压器，在高压泥浆的流通通道内设置叶轮和截流活塞，使芯轴产生轴向的脉冲振动，减小了钻具与井壁之间的摩擦，解决了托压问题，提高了钻井效果。，下面是一种用于定向井的钻具防托压器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于定向井的钻具防托压器，其特征在于，包括：
芯轴，所述芯轴为设有通孔的腔体；
芯轴套，所述芯轴套以可轴向移动的方式套接在所述芯轴的外侧；高压泥浆流经所述芯轴套的内腔，并且流经所述芯轴的内腔；所述芯轴的入口端设置有截流活塞，所述截流活塞能够将高压泥浆的部分压力转移到所述芯轴上，同时确保高压泥浆流动畅通；
叶轮，所述叶轮设置于所述芯轴内，所述叶轮的转轴垂直于所述芯轴的轴线方向，高压泥浆驱使所述叶轮转动。
2.根据权利要求1所述的用于定向井的钻具防托压器，其特征在于，包括叶轮座，所述叶轮设置于叶轮座内，所述叶轮座设置在所述芯轴内。
3.根据权利要求2所述的用于定向井的钻具防托压器，其特征在于，包括设置在所述叶轮座上游的导流部件，所述导流部件的导流方向朝向所述叶轮。
4.根据权利要求3所述的用于定向井的钻具防托压器，其特征在于，包括弹性部件，所述弹性部件用于固定所述导流部件和所述叶轮座。
5.根据权利要求4所述的用于定向井的钻具防托压器，其特征在于，所述截流活塞与所述芯轴套之间设置有第一密封件。
6.根据权利要求5所述的用于定向井的钻具防托压器，其特征在于，所述第一密封件包括挡圈和O型密封圈。
7.根据权利要求6所述的用于定向井的钻具防托压器，其特征在于，所述芯轴套出口端的内侧壁与所述芯轴的外侧壁之间，设置有第二密封件；在所述第一密封件与所述第二密封件之间，形成一个由所述芯轴和所述芯轴套包围的环形空腔，所述环形空腔内设置有润滑油。
8.根据权利要求1-7任一项所述的用于定向井的钻具防托压器，其特征在于，所述芯轴套的内侧壁与所述芯轴的外侧壁之间，还设置有限位部件；所述限位部件用于阻止所述芯轴脱离所述芯轴套。
9.根据权利要求8所述的用于定向井的钻具防托压器，其特征在于，所述限位部件包括设置在所述芯轴外侧壁的凹槽，以及两个半圆环；两个所述半圆环扣合在所述凹槽内，形成外径大于所述芯轴的外径的圆环。
10.根据权利要求1所述的用于定向井的钻具防托压器，其特征在于，所述芯轴套的内侧壁上设置有沿所述芯轴套的轴向延伸的齿条或齿槽，所述芯轴的外侧壁上对应设置有沿所述芯轴的轴向延伸的齿槽或齿条。

说明书全文

一种用于定向井的钻具防托压器

技术领域

[0001] 本实用新型涉及石油钻井设备技术领域，尤其涉及一种用于定向井的钻具防托压器。

背景技术

[0002] 随着石油钻探开采事业的进步，越来越多的定向井、水平井技术运用到了石油钻井工程中，在部分地区甚至采用丛式井。这样的井身设计不仅为钻井节省了成本，也能使钻头更好更准确地钻至理想的靶位，从而提高石油开采的效率和产量。然而，上述各种钻井的井身结构也给钻井工作带来了更大的困难，这就要求人们使用新设备新工艺去解决井身安全问题、定向方位问题、钻具磨损问题和钻头托压等问题。

[0003] 其中，钻头托压问题较为突出，也阻碍着钻井技术的进一步发展。钻头托压问题产生的原因在于：在定向井、水平井中，由于存在长距离的井身水平走向，使钻具前面的钻头平躺在井眼内进行钻进，其中大部分的钻井压力被消耗在克服钻具的摩擦阻力上，所以地面设备很难给钻头施加足够的压力用以破碎岩石；同时，地面操作工程师甚至很难弄清楚钻头的精确压力，导致钻进速度受到很大的限制；并且，如果为了解决钻头托压问题而强力加压也会给井身安全带来很大隐患。

[0004] 为了解决钻进托压问题，国内外的钻井工程采用了很多改进举措。比如，采用合理的造斜方式、采用复合润滑技术、强化井浆的封堵造壁性能等。这些措施虽然在一定程度上能缓解钻头托压问题，但是仅仅是方法、工艺方面的改进，而不是设备、工具的改造，其防托压效果不明显，使用条件也有一定局限性。实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的在于提供一种用于定向井的钻具防托压器，以解决现有技术中的钻具在定向井、水平井的钻进过程中存在的钻头托压问题。

[0006] 为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

[0007] 本实用新型提供的一种用于定向井的钻具防托压器，包括：芯轴，所述芯轴为设有通孔的腔体；芯轴套，所述芯轴套以可轴向移动的方式套接在所述芯轴的外侧；高压泥浆流经所述芯轴套的内腔，并且流经所述芯轴的内腔；所述芯轴的入口端设置有截流活塞，所述截流活塞能够将高压泥浆的部分压力转移到所述芯轴上，同时确保高压泥浆流动畅通；叶轮，所述叶轮设置于所述芯轴内，所述叶轮的转轴垂直于所述芯轴的轴线方向，高压泥浆驱使所述叶轮转动。

[0008] 进一步，包括叶轮座，所述叶轮设置于叶轮座内，所述叶轮座设置在所述芯轴内。该技术方案的技术效果在于：叶轮座的外形与芯轴的内腔互相配合，叶轮通过转轴设置在叶轮座上，而叶轮座则放置在芯轴内。避免了叶轮直接安装在芯轴上，方便了叶轮和叶轮座的拆装和维护。

[0009] 进一步，包括设置在所述叶轮座上游的导流部件，所述导流部件的导流方向朝向所述叶轮。该技术方案的技术效果在于：由于叶轮通过叶轮座设置在芯轴的内腔，需要设置一个导流部件将高压泥浆流引导并沿着叶片的切线方向流动，使得叶轮在泥浆的冲击作用下，能够沿自身的转轴转动；同时，导流部件使高压泥浆的流通面积变小，促使高压泥浆的流速增大，增强了叶轮的转动效果。

[0010] 进一步，包括弹性部件，所述弹性部件用于固定所述导流部件和所述叶轮座。该技术方案的技术效果在于：一方面导流部件和叶轮座通过可拆卸方式放置在芯轴内腔，弹性部件给安装导流部件和叶轮座留有较大的可接受的尺寸误差；另一方面，弹性部件降低了叶轮、叶轮座和导流部件的振荡故障率。

[0011] 进一步，所述截流活塞与所述芯轴套之间设置有第一密封件。该技术方案的技术效果在于：第一密封件能够防止高压泥浆流进芯轴与芯轴套之间的环形空腔，防止高压泥浆对芯轴和芯轴套的相互平移运动产生不利的影响。

[0012] 优选地，所述第一密封件包括挡圈和O型密封圈。该技术方案的技术效果在于：O型密封圈的作用在于密封芯轴的外侧壁与芯轴套的内侧壁之间的空隙；而挡圈的作用在于增加O形密封圈的受压能力和密封效果。

[0013] 进一步，所述芯轴套出口端的内侧壁与所述芯轴的外侧壁之间，设置有第二密封件；在所述第一密封件与所述第二密封件之间，形成一个由所述芯轴和所述芯轴套包围的环形空腔，所述环形空腔内设置有润滑油。该技术方案的技术效果在于：第二密封件的第一个作用在于防止返入环空的泥浆进入芯轴和芯轴套之间的缝隙，第二个作用在于防止润滑油的泄露；润滑油的作用在于减小芯轴和芯轴套之间的摩擦，增加两者的使用寿命。

[0014] 进一步，所述芯轴套的内侧壁与所述芯轴的外侧壁之间，还设置有限位部件；所述限位部件用于阻止所述芯轴脱离所述芯轴套。该技术方案的技术效果在于：芯轴的作用一方面在于引导高压泥浆流向叶轮和钻头，另一方面在于随着周期性波动的泥浆压力产生轴向的高频振动，如果芯轴离开了芯轴套内侧所包含的范围，就丧失了其本身的作用，故设置该限位部件能够保证芯轴的正常工作。

[0015] 优选地，所述限位部件包括设置在所述芯轴外侧壁的凹槽，以及两个半圆环；两个所述半圆环扣合在所述凹槽内，形成外径大于所述芯轴的外径的圆环。该技术方案的技术效果在于：设置两个半圆环的目的在于方便整个限位部件的安装，而凹槽的作用在于固定两个半圆环的位置，组合而成的圆环的外径大于芯轴的外径才能起到卡紧和限位的效果。

[0016] 进一步，所述芯轴套的内侧壁上设置有沿所述芯轴套的轴向延伸的齿条或齿槽，所述芯轴的外侧壁上对应设置有沿所述芯轴的轴向延伸的齿槽或齿条。该技术方案的技术效果在于：芯轴传递高压泥浆的压力的同时，还需要传递来自芯轴套的转矩，而芯轴外侧壁上的齿条(或齿槽)与芯轴套内侧壁上的齿槽(或齿条)能提供转矩的传递功能。

[0017] 本实用新型的有益效果是：利用叶轮使连续的泥浆流体变成脉冲式的流体，实现泥浆压力随脉冲流体而周期性波动；泥浆压力的周期性波动促使芯轴出现沿轴向的高频振动；芯轴沿轴向的高频振动促使钻具整体产生同方向的振动，使钻具与井壁之间的静摩擦转变为动摩擦，解决钻进的托压问题，提高了钻头的钻井效果。附图说明

[0018] 为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0019] 图1为本实用新型提供的用于定向井的钻具防托压器的结构示意图；

[0020] 图2为本实用新型提供的用于定向井的钻具防托压器的叶轮座的纵向截面图；

[0021] 图3为本实用新型提供的用于定向井的钻具防托压器的叶轮座的俯视图；

[0022] 图4为图1中I处局部放大图；

[0023] 图5为图1中F-F处的断面剖视图。

[0024] 附图标记：

[0025] 1-叶轮； 2-叶轮座； 3-导流部件；

[0026] 4-弹性部件； 5-芯轴； 6-芯轴套；

[0027] 7-截流活塞； 8-第一密封件； 801-挡圈；

[0028] 802-O型密封圈； 9-第二密封件； 10-环形空腔；

[0029] 11-限位部件； 12-齿条； 13-齿槽。

具体实施方式

[0030] 下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0031] 在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0032] 在本实用新型的描述中，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，或一体地连接；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实用新型中的具体含义。

[0033] 图1为本实用新型提供的用于定向井的钻具防托压器的结构示意图。如图1所示，用于定向井的钻具防托压器设置具有中心通孔的芯轴5，芯轴5的外侧包裹有轴线方向相同的芯轴套6，芯轴5可以相对于芯轴套6沿轴线方向移动，并且，芯轴5和芯轴套6的上下游端口并不平齐。高压泥浆不仅完全通过芯轴套6的内腔，并且完全通过芯轴5的内腔。芯轴5的入口端位于芯轴套6的内侧，在芯轴5的入口端安装有截流活塞7，高压泥浆从芯轴套6内腔流入，到达该截流活塞7，对芯轴5产生轴向的推力，并且高压泥浆均从芯轴5的内腔流向下游。在芯轴5靠近下游出口端的内腔上，还安装有叶轮1。叶轮1的转轴垂直于芯轴5的轴线方向，高压泥浆流经芯轴5内腔的下游时，能驱动叶轮1旋转。叶轮1的旋转使连续的高压泥浆流体变成脉冲式的泥浆流体，脉冲式的泥浆流体促使泥浆流体的压力产生周期性的波动，泥浆流体压力周期性的波动通过位于上游的截流活塞7推动芯轴5产生轴向的振动，芯轴5的轴向振动引起钻具整体沿轴向振动。该振动将钻具与井壁之间的静摩擦转变成动摩擦，大大降低了摩擦系数，解决了托压问题，提高了钻井效果。

[0034] 图2为本实用新型提供的用于定向井的钻具防托压器的叶轮座2的纵向截面图，图3为本实用新型提供的用于定向井的钻具防托压器的叶轮座2的俯视图。进一步地，在上述实施例的基础上，如图2、3所示，叶轮1设置在叶轮座2上，而叶轮座2安装在芯轴5的内腔。其中，叶轮1也可以直接安装在芯轴5的内侧壁上。本实施例将叶轮1通过叶轮座2安装在芯轴5内腔，避免了叶轮1直接安装在芯轴5的内侧壁，方便了叶轮1和叶轮座2的拆装和维护，也减少了叶轮1的转轴承受高压泥浆过大的冲击力。

[0035] 进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，在用于定向井的钻具防托压器的叶轮座2上游，安装有导流部件3，通过该导流部件3的导流作用，高压泥浆能够只冲击叶轮1转轴一侧的叶片，使叶轮1不停地旋转。并且，导流部件3使得高压泥浆的流通口径突然变小，流速变大，更加增强了叶轮1的旋转效果。

[0036] 进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，在用于定向井的钻具防托压器的导流部件3的上游，安装有弹性部件4。由于弹性部件4具有向外侧的弹力，导流部件3和叶轮座2被弹性部件4卡在芯轴5内腔的卡槽内。如图1所示，为了方便安装叶轮座2、导流部件3和弹性部件4，芯轴5的这一部分可以独立分段，与上游的芯轴5通过螺纹进行连接。

[0037] 进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，在截流活塞7与芯轴套6之间，设置有第一密封件8。第一密封件8的作用在于阻止来自芯轴5入口端上游的高压泥浆进入芯轴5和芯轴套6之间的空隙。

[0038] 图4为图1中I处局部放大图。优选地，在上述实施例的基础上，如图4所示，第一密封件8由挡圈801和O型密封圈802组成。其中O型密封圈802套在芯轴5外侧壁的凹槽内，O型密封圈802的两侧各设置有一个挡圈801，形成两个挡圈801夹住O型密封圈
802的位置关系。O形密封圈的作用在于使得芯轴5的外侧壁与芯轴套6的内侧壁之间的空隙得到密封，而挡圈801的作用在于增加O形密封圈的受压能力和密封效果。

[0039] 进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，在芯轴套6出口端的内侧与芯轴5的外侧之间，还设置有第二密封件9，使得在第一密封件8与第二密封件9之间，形成一个由芯轴5和芯轴套6包围的环形空腔10，环形空腔10内封装有润滑油。润滑油能减少芯轴
5和芯轴套6之间的摩擦，增加两者的使用寿命；而第一密封件8和第二密封件9的密封作用能有效防止泥浆进入芯轴5和芯轴套6之间的缝隙、防止润滑油的泄露。其中，第二密封件9和第一密封件8一样，也设置有挡圈801和O型密封圈802。

[0040] 进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，在芯轴套6的内侧与芯轴5的外侧之间，还设置有限位部件11。限位部件11的结构为：在芯轴5的外侧壁上，安装一个外径尺寸大于芯轴5外径尺寸的卡环，而在芯轴套6内腔的上下游位置，分别安装一个用于阻止卡环移动的挡环。限位部件11的作用在于：限制芯轴5相对于芯轴套6的位移距离，保证芯轴5在轴向振动时始终不脱离芯轴套6。

[0041] 进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，限位部件11包括扣合成为一个金属圆环的两个金属半圆环，以及设置在芯轴套上的两个固定挡环。其中，金属圆环安装在芯轴5外侧壁的凹槽上，凹槽位于截流活塞7的下游，并且在金属圆环外径表面上安装有一个O形橡胶圈，使金属圆环不会分开而脱离芯轴5。在芯轴套6上下游的内侧壁上，根据需要分别设置与金属圆环配套的固定挡环，使芯轴5相对于芯轴套6向上游方向和下游方向移动，均具有一个极限位置，而无法与芯轴套6脱离。如图1所示，本实施例中，限定芯轴5到达上游方向极限位置的固定挡环为与芯轴套6的入口端螺纹连接的一个带通孔的接头，而为了设置限定芯轴5到达下游方向极限位置的固定挡环、以及为了方便安装限位部件11，芯轴5在下游的位置分段并设置螺纹连接，后半段入口端的内径设置较小，作为芯轴5向下游方向移动极限位置的固定挡环。

[0042] 图5为图1中F-F处的断面剖视图。进一步地，在上述实施例的基础上，如图5所示，在芯轴套6的内侧壁上设置沿芯轴套6的轴向延伸的齿条12或齿槽13，同时在芯轴5的外侧壁上设置沿芯轴5的轴向延伸的齿槽13或齿条12，并且使两个侧壁的齿条12与齿槽13互相咬合。互相咬合的齿条12与齿槽13能够保障芯轴5和芯轴套6的转矩传递。其中，齿条12和齿槽13还可以使用插销等其他结构替代。

[0043] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

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