CN101074596B - 变径方位稳定器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻井设备技术领域，具体涉及一种用于防止定向钻井方位漂移的变径方位稳定器。本发明为克服现有技术存在的会造成钻具或井眼轨迹发生方位漂移的问题，采用的技术方案是：一种变径方位稳定器，包括旋转轴和变径总成，旋转轴上设置有导压孔，所述变径总成包括导向装置和筒状的不旋转套，所述不旋转套可旋转地嵌设于旋转轴的外壁上，不旋转套的外壁上沿圆周均布有数个条状导向槽，所述导向装置设置于导向槽内；所述导向装置由径向设置的导向套和定位件构成，导压孔与导向套连通，定位件可滑动地设置于导向套内，导向装置与不旋转套上导向槽间设置有复位机构和限位机构。本发明保留了原有变径稳定器的优点，同时具备稳定方位的新功能。

Description

变径方位稳定器

所属技术领域：

本发明涉及石油钻井设备技术领域，具体涉及一种用于防止定向钻井方位漂移的变径方位稳定器。

背景技术：

变径方位稳定器是一种用于防止定向钻井方位漂移的变径稳定器。

传统的稳定器分外径固定和外径可控两大类。钻井中大量使用的是外径固定的稳定器。靠近钻头的称近钻头稳定器，远离钻头的则称钻柱稳定器，通常使用两个，有更多的。通过不同的钻具组合和调整稳定器彼此间之距离便可实现增斜、降斜或稳斜作业。外径可控稳定器又被称为变径稳定器，它们是伴随定向钻井技术发展起来的，大都用作近钻头稳定器。因为这种稳定器的外径是可变的，因此有利于起下钻、避免由于卡钻而引发的钻井事故。此类变径稳定器存在三种不同的变径方式：1、单级；2、多级，如AGS；3、连续变径方式，如TRAKS。在我国使用较多的是单级变径稳定器，即在无钻井液循环时稳定器变径部分处初始位置，当有钻井液循环时变径部分伸出至最大位置。多级或连续变径方式稳定器指不用停钻将稳定器提出井口，在井下其变径部分的伸出量即可实现多级或连续的控制。如果在钻具组合中近钻头稳定器是这种变径稳定器，则不用起钻调整钻具组合便可在一定范围内实现增斜、降斜或稳斜功能。

常规变径稳定器结构包括轴体和变径总成两部分，所述轴体，即一段或数段联接在一起的向钻头传递扭矩和钻压的钻柱，所述的变径总成为由沿轴体轴向排列成若干行或在轴体圆周排列为若干螺旋行的若干个活塞组成。活塞可以在轴体横断面上按径向安置的活塞缸中往复运动，活塞缸通过流道将轴体(钻柱)中的钻井液与活塞联通。对于多级和连续变径方式稳定器其变径部分还包括液压执行机构和电子控制模块，关于此类稳定器结构和由它参与的钻具组合的增、降和稳斜功能这里不作详述。

钻进中，钻头破岩掘进、不同位置的稳定器随钻柱前进，囿于井壁，起定向作用。同时由于旋转钻进的缘故，近钻头稳定器有切向力作用于井壁，反之亦然。由于井底区域地层岩性的差异和各向异性，构造倾角、钻开井眼轨迹和井壁状态、钻具组合与井壁间动力学时变特征以及重力等影响因素的差异，凡此种种造成了井壁切向力作用的不对称性。由此使钻头(井眼轨迹)发生不确定的和难以简单控制的方位漂移。这是定向钻井中时常会发生的，也是难于解决的问题之一。

发明内容：

本发明要提供一种变径方位稳定器，以克服现有技术存在的会造成钻具或井眼轨迹发生方位漂移的问题。

为克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：

一种变径方位稳定器，包括旋转轴和变径总成，旋转轴上设置有导压孔，其特征在于：所述变径总成包括导向装置和筒状的不旋转套，所述不旋转套可旋转地嵌设于旋转轴的外壁上，所述不旋转套与旋转轴之间远离钻头的一侧设置有径向轴承组和推力轴承组，靠近钻头的一侧设置有径向轴承组；不旋转套的外壁上沿圆周均布有数个条状导向槽，所述导向装置设置于导向槽内，导压孔与导向套连通；所述导向装置包括径向设置的导向套和定位件，定位件可滑动地设置于导向套内，所述导向装置还包括翼肋，翼肋嵌设于导向槽内，定位件端部的外侧；所述导向装置与导向槽间设置有复位机构和限位机构，所述复位机构是设置于翼肋和导向槽间的簧片，所述限位机构包括导向槽两边端部设置的限位块，翼肋对应的端部设置有与限位块对应的限位台阶。设置限位块简单方便，不但可防止定位件滑出且可通过调整限位块的位置来调整定位件的伸出度。

上述定位件的纵向截面为“T”形。

上述定位件是圆柱。

上述导向装置是活塞组件，其中导向套是活塞套，定位件是活塞。

上述推力轴承组的内侧设置有动密封圈，两个径向轴承组外设置有调整环，在调整环中设置有防尘圈。防尘圈起到防止钻井液侵入油封轴承组的作用。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本设计的思路在于将近钻头钻具旋转时作用于井壁而由此产生的旋转力矩变小，并且使各种影响旋转力矩不对称因素的作用降到最低程度。它保留了原有变径稳定器的优点，同时具备稳定方位的新功能。当翼肋因钻井液循环而紧贴井壁时，翼肋是不随旋转轴(钻头)转动的，因此避免了传统近钻头稳定器或普通变径稳定器由井壁施与的反扭力的作用，由此井眼轨迹的方位就不会随着井底岩性的各项异性、构造倾角和钻具组合的不同以及重力等因素的影响而发生不同程度的漂移。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的A-A的剖视图；

图3是另一个实施例的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-旋转轴，2-调整环，3-不旋转套，4-翼肋，5-推力轴承组，6-定位环，7-活塞，8-防尘圈，9-动密封圈，10-限位台阶，11-活塞套，12-钻井液，13-限位块，14-动密封圈，15-径向轴承组，16-防尘圈，17-导压孔。

具体实施例的详细说明：

参见图1和图2，一种变径方位稳定器，包括旋转轴1和变径总成，所述变径总成包括筒状的不旋转套3和导向装置，旋转轴1上设置有导压孔17。本实施例中旋转轴1由上旋转轴和下旋转轴组装对接成整体。

所说的不旋转套3与旋转轴1之间远离钻头的一侧设置有径向轴承组15和推力轴承组5，靠近钻头的一侧设置有径向轴承组15。所说的不旋转套3与旋转轴1之间，径向轴承组15和推力轴承组5的内侧设置有动密封圈9，两轴承组外设置有调整环2，在调整环2中设置有防尘圈16。由于彼此间轴承连接的缘故，旋转轴1仅向不旋转套3传递有限的负荷，一旦翼肋4贴井壁不旋转套3将不随旋转轴1旋转。轴承组均采用油封压力平衡结构。

所说的不旋转套3与旋转轴1之间远离钻头的一侧设置有径向轴承组15和推力轴承组5，靠近钻头的一侧设置有径向轴承组15。

所说的不旋转套3与旋转轴1之间，径向轴承组15和推力轴承组5的内侧设置有动密封圈9，两轴承组外设置有调整环2，在调整环2中设置有防尘圈16。防尘圈16起到防止钻井液侵入油封轴承组的作用。

不旋转套3的外壁上沿圆周均布有三个条状导向槽，所述导向装置固定设置于导向槽内，导向装置可以设置数个，本实施例中包括一字排开的三个。所说的导向装置由径向设置的导向套、可在导向套内滑动的定位件和翼肋4构成，导压孔17与导向套11相连通。本实施例中导向套11和定位件选择为活塞套和活塞7，它们组成活塞组件，所说的翼肋4嵌设于导向槽内、活塞7端部的外侧。

所说的翼肋4的两端与导向槽两端之间设置有复位机构，只要能让翼肋4复位的结构均可采用，本实施例中选用弹簧钢板，即簧片作为复位机构。翼肋4被活塞7推向外侧平移直至贴上井壁后，在活塞停止工作收回时，翼肋4在簧片的作用下复位，翼肋的返回是复位簧片和钻柱上提过程中可能发生的井壁力以及钻柱振动综合效应的结果。

所说的翼肋4的两端与导向槽两端之间设置有限位机构，限位机构是导向槽端部设置的限位块13和定位件上对应设置的限位台阶10。通过调整限位块的位置来调整定位件的伸出度。

本产品的工作原理是：

本设计中旋转轴1，亦称承载轴，转盘或井下动力钻具通过它向钻头传递钻压和扭矩，其旋转轴1中心圆柱状(包括其它形状)空间是循环钻井液的流动通道；旋转轴上下端分别由钻具扣与钻柱或钻头连接(包括其它各种能承受高压密封并能传递动力的钻具连接方式)；所说的不旋转套3为旋转轴1的外套，旋转轴1和不旋转套3之间用轴承连接。轴和套上下两端的轴承，保证了在翼肋伸开贴井壁后不旋转套保持相对静止，也即达到了在钻头附近削弱地层和钻具之间旋转力矩大小的作用。钻进中翼肋贴井壁时轴承同时承受纵向负荷和径向负荷。为延长轴承的使用寿命，采取油封和压力平衡技术。轴承在充满了润滑脂的平衡腔中，平衡腔是通过平衡活塞与钻柱和井壁环空间液柱沟通的。平衡腔中与活塞相邻的弹簧起压力平衡和热补偿作用。不旋转套的外壁上沿圆周均布有数个导向槽(在本项目中有呈120°分布的三个导向槽)，活塞组件和翼肋4(即导向装置)均设置于导向槽内，与常见的稳定器不同，活塞并不直接接触井壁，而是推动翼肋4伸出。导向槽和翼肋4上对应的限位部件可以控制翼肋4的平移伸出量并防止翼肋4脱出。活塞套11和钻柱内钻井液12之间由导压孔17连通成液压系统，轴和套的环空间隙形成钻井液能量传递空间来进行能量传递，当有钻井液循环时，活塞7因钻柱内外钻井液循环压差向外运动则是，翼肋4由活塞7推动向外伸出。当钻井液停止循环时，翼肋4两端的簧片迫使其复位，从而压迫活塞7复位。

本方案中导向装置起到推靠定位的作用，因此各种结构都可以采用。如图3所示，导向装置由径向设置的导向套11和定位件构成，定位件的纵向截面为“T”形。该结构简单易实现。

定位件还可以仅仅是圆柱，即类似活塞组件的结构，但其比活塞成本低，当然活塞组件的可靠性更高。

本产品的重点在于：通过设置的不随着旋转轴1转动的不旋转套上导向装置推靠定位。因此不旋转套的设置是本产品的独到之处。

Claims (5)

1.一种变径方位稳定器，包括旋转轴(1)和变径总成，旋转轴(1)上设置有导压孔(17)，其特征在于：所述变径总成包括导向装置和筒状的不旋转套(3)，所述不旋转套(3)可旋转地嵌设于旋转轴(1)的外壁上，所述不旋转套(3)与旋转轴(1)之间远离钻头的一侧设置有径向轴承组(15)和推力轴承组(5)，靠近钻头的一侧设置有径向轴承组(15)；不旋转套(3)的外壁上沿圆周均布有数个条状导向槽，所述导向装置设置于导向槽内，导压孔(17)与导向套(11)连通；所述导向装置包括径向设置的导向套和定位件，定位件可滑动地设置于导向套内，所述导向装置还包括翼肋(4)，翼肋(4)嵌设于导向槽内，定位件端部的外侧；所述导向装置与导向槽间设置有复位机构和限位机构，所述复位机构是设置于翼肋(4)和导向槽间的簧片，所述限位机构包括导向槽两边端部设置的限位块(13)，翼肋(4)对应的端部设置有与限位块(13)对应的限位台阶(10)。

2.根据权利要求1所述的变径方位稳定器，其特征在于：所述定位件的纵向截面为“T”形。

3.根据权利要求1所述的变径方位稳定器，其特征在于：所述定位件是圆柱。

4.根据权利要求1所述的变径方位稳定器，其特征在于：所述导向装置是活塞组件，其中导向套是活塞套(11)，定位件是活塞(7)。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的变径方位稳定器，其特征在于：所述推力轴承组(5)的内侧设置有动密封圈(9)，两个径向轴承组(15)外设置有调整环(2)，在调整环(2)中设置有防尘圈(16)。

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