CN101463712B

CN101463712B - 一种偏心可调变径稳定器

Info

Publication number: CN101463712B
Application number: CN2009100580843A
Authority: CN
Inventors: 祝效华; 刘少胡; 童华
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: CN101463712A

Abstract

本发明涉及一种用于井下定向或防斜钻具组合，能与旋转导向钻井系统配套使用的偏心可调变径稳定器。它能实现井下自动变径和偏心可调，提高钻探技术水平和经济效益。其技术方案是：壳体内腔自上而下依次安装压缩套筒、十字连接头、变径机构、十字连接头、调档活塞和调档机构；壳体外部一突出棱上轴向安装五个固定柱体，另外两突出棱内腔轴向各安装五个可动硬质合金柱，调档机构中调档柱销前端插入调档凸轮体调档槽中，调档凸轮体外圆周上布置特殊轨迹调档槽。调档凸轮体能上下移动，能转动，在井下自动实现变径和偏心，可实现有级调档和无级调档。本发明强度高、密封性好、使用寿命长，可用于定向井和直井钻井施工中，提高钻井整体技术经济效益。

Description

一种偏心可调变径稳定器

技术领域

本发明涉及用于石油、地质钻井的特殊井下工具，是一种用于井下定向或防斜钻具组合，可与旋转导向钻井系统配套使用的一种偏心可调变径稳定器。

背景技术

钻井过程中，为了控制井眼轨迹和防止井斜，通常都使用稳定器，传统稳定器因其结构固定，要实现偏心变径只有停钻、起钻、下钻，增加了泥浆对井壁的浸泡时间，易发生起钻遇卡、下钻遇阻现象，不但延长施工周期，降低钻井时效，甚至会发生井塌、井喷事故，使井眼报废，造成巨大经济损失。为此，需研制和使用一种不用起下钻，在地面可控的既可偏心又可变径的稳定器。现有投球式变径稳定器尚不完善，使用时需要从地面投球，操作复杂，并且其直径变化次数受到限制。现有偏心稳定器只有固定偏心式，但没有可调偏心式。

发明内容

本发明的目的是：为解决现有技术的不足，实现在井下自动变径和偏心可调；有级变径，去掉调档凸轮体后也可无级变径；同时提高钻井技术水平和经济效益，特提供一种偏心可调变径稳定器。

为达到上述目的，本发明解决此问题所采用的技术方案是：一种偏心可调变径稳定器，是由壳体、压缩套筒、变径机构和调档活塞组成，其特征是：壳体为整体式，外表面有条状突出棱，壳体上下端均有螺纹，上端安装转换接头，下端安装钻杆或其它钻具，转换接头与壳体连接处安装导流管；壳体内部有一过流腔B，壳体外部有三个沿圆周120°均布突出轴向棱，两可变径突出棱腔体径向各安装五个硬质合金柱，可变径突出棱腔体外表面安装环形定位板，环形定位板用偏置垫片和螺栓固定在壳体上，环形定位板与壳体之间安装有密封垫片；调档活塞自上而下依次安装上活塞、调档机构、下活塞、活塞轴，调档机构自上而下依次安装定位套筒、轴承、调档凸轮体；定位套筒和轴承，调档凸轮体轨迹槽中径向安装调档柱销，下活塞上安装两个密封环，活塞轴上安装防松螺母；压缩套筒自上而下依次安装上套筒、定位柱体和下套筒，弹簧安装在定位柱体上；变径机构由转换滑块、硬质合金柱、密封圈构成。环形定位板沿径向安装五个硬质合金柱，压缩套筒以下、调档活塞以上空腔中充满润滑油。调档凸轮体既能被调档活塞和压缩套筒带动上下移动，又能转动。

偏心可调变径稳定器中壳体为圆柱体形状，壳体的外部沿轴向均布三个突出棱，其中一突出棱沿轴向均布五个用于安装固定柱体的孔；另外两突出棱各有一内腔，腔体自上而下依次安装压缩套筒、“十”字连接头、变径机构、“十”字连接头、调档活塞和调档机构。

偏心可调变径稳定器中变径机构由转换滑块、硬质合金柱和密封圈组成，转换滑块安装在壳体突出棱腔体内，五个硬质合金柱依次安装在转换滑块五个倾斜面的“十”字头上；转换滑块为一长方体，长方体的上端面有五个倾斜面，每个倾斜面上有“十”字头，下端面有安装在壳体上水平“十”字头，前后端有安装“十”字连接头的突出部分。

偏心可调变径稳定器中调档凸轮体为圆柱体形状，圆柱体内腔中安装有活塞轴；其上下端有安装轴承的凹下部分，两端直径大于中部直径，其中部沿圆周面有特定轨迹调档槽，调档槽由阶梯槽和斜坡槽构成。

偏心可调变径稳定器中硬质合金柱为圆柱体形状，其前端为球面，球面与圆柱面结合处为圆角；后端斜面上有倾斜“十”字头；后端斜面、“十”字头斜面与转换滑块“十”字头斜面倾斜角相同，其外圆柱面上有两个密封圈槽。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：1)工作时不但可在井下自动实现变径，而且在变径同时能实现偏心可调，有级变径，易控制；2)去掉调档凸轮体后可实现无级变径；3)整体式外壳结构，强度较高，密封性好；4)腔体内有润滑油，零部件磨损慢，运动灵活，使用寿命长；5)不可变径的五个固定柱体损坏后可替换，可变径的十个硬质合金柱也可替换，使得整个稳定器的使用寿命长；6)硬质合金柱在环形定位板柱孔中，可实现可靠的定向运动。本发明可用于大位移井、定向井、水平井和直井钻井施工中，提高钻井时效和整体技术经济效益。

附图说明

图1是本发明偏心可调变径稳定器的结构示意图；

图2是图1的A-A断面示意图；

图3是偏心可调变径稳定器的调档活塞和调档机构示意图。

图中，1转换接头，2导流管，3上套筒，4定位柱体，5弹簧，6压缩套筒，7螺栓，8环形定位板，9下套筒，10十字连接头，11硬质合金柱，12转换滑块，13固定柱体，14螺栓，15壳体，16偏置垫片，17调档柱销，18调档活塞，19密封垫片，20密封圈，21上活塞，22定位套筒，23轴承，24调档凸轮体，25下活塞，26密封环，27防松螺母，28活塞轴，29调档机构，30一级档位，31二级档位，32三级档位，33收缩档位，B过流腔，C压缩腔。

具体实施方式

由图1所示，一种偏心可调变径稳定器，包括壳体15、压缩套筒6、变径机构和调档活塞18几部分。其特征是：压缩套筒6自上而下依次安装上套筒3、定位柱体4和下套筒9，弹簧5安装在定位柱体4上。变径机构由转换滑块12、硬质合金柱11和密封圈20组成，调档活塞18自上而下依次安装上活塞21、调档机构29、下活塞25、活塞轴28，调档机构29自上而下依次安装定位套筒22、轴承23、调档凸轮体24、定位套筒22和轴承23，调档凸轮体24轨迹槽中径向安装调档柱销17，下活塞25上安装两个密封环26，活塞轴28上安装防松螺母27。壳体内部有一个过流腔B，壳体外部有三个突出轴向棱。三个棱沿圆周120°均布。其中两棱内部各有一个腔，其腔体自上而下依次安装：压缩套筒6、十字连接头10、变径机构、十字连接头10、调档活塞18、调档机构29。每个腔体的外表面安装环形定位板8，环形定位板8用螺栓7和偏置垫片16固定，环形定位板8和壳体15之间有密封垫片19，环形定位板8沿轴向均布安装五个硬质合金柱11。轴承23安装在调档凸轮体24的两端，定位套筒22安装在轴承23的上、下端。上述各部件中，调档凸轮体24既能被压缩套筒6和调档活塞18带动上下移动，又能转动。

由图1所示导流管2为圆柱体形状。上端有一圆柱体孔，孔下端为一斜坡，成漏斗状；下端有一倾斜圆柱体孔，两孔连通。

由图1所示转换滑块12为长方体，长方体上端为五个倾斜“十”字头，下端面为水平“十”字头，前、后端有与十字连接头10连接突出部分。

由图1所示十字连接头10为长方体形状，其下端面为“十”字头，上端为平面，前、后端面各有孔。

由图1和图2所示硬质合金柱11为圆柱体形状，其上端为球面，与突出棱外表面一样，球面与圆柱面结合处为圆角；其下端斜平面为“十”字头，外圆柱面上有环形槽。

由图3所示调档活塞18上端安装上活塞21，中间安装调档机构29，下端安装下活塞25，下活塞25用防松螺母27固定在活塞轴28上。

由图3所示调档凸轮体24为圆柱体形状，有圆柱体内腔。其上、下端有安装轴承23的凹下部分，两端直径大于中部直径，其中部沿圆周面有阶梯槽和斜坡槽。

一种偏心可调变径稳定器的工作原理是：通过泵压升降来控制调档柱销17在调档凸轮体24上调档槽中的位置来实现变径。调档柱销17运动到一级档位30时实现一级变径，调档柱销17运动到二级档位31时实现二级变径，调档柱销17运动到三级档位32时实现三级变径，调档柱销17在收缩档位33时可动硬质合金柱11收缩，此时可动硬质合金柱11外表面与壳体15表面平齐。去掉调档凸轮体24后可实现无级变径。

在泥浆泵未开启之前调档柱销17在调档凸轮体24的收缩档位33，此时调档活塞18、变径机构、压缩套筒6静止，可动硬质合金柱11的外端面与壳体15外表面平齐。

在钻井泥浆泵第一次开泵状态，钻井泥浆通过过流腔B，然后到达压缩腔C，压缩腔C中的钻井液调档活塞18向上运动，调档活塞18推动可变径机构向上运动，变径机构中的转换滑块12前端面压缩压缩套筒6，变径机构中的转换滑块12上端面推动可动硬质合金柱11径向伸出。此时，调档柱销17在调档凸轮体24调档槽中由收缩位置33运动到一级档位30，实现一级调档。

在钻井泥浆泵第一次停止状态，压缩腔C中钻井液对调档活塞18的压力降低，压缩套筒6中弹簧5的弹力和转换滑块12的重力共同推动转换滑块12向下运动，此时，可动硬质合金柱11收缩，调档柱销17在调档凸轮体24调档槽中回到另一个收缩位置，为下次有级调档做准备。

二级、三级调档的原理跟一级调档原理相同。

除可采用有级调档外，去掉调档机构，可实现无级调档。增加地面上的钻井泥浆泵泵压，钻井泥浆通过流体腔B，然后到达压缩腔C，压缩腔C中的钻井液压力增大，推动转换滑块12向上运动，转换滑块12然后推动可变径机构，压缩套筒6被压缩，此时可动硬质合金柱11径向伸出，实现无级调档。

Claims

1.一种偏心可调变径稳定器，由壳体、压缩套筒、变径机构和调档活塞组成，其特征是：壳体(15)为整体式，外表面有条状突出轴向棱，壳体(15)上下端均有螺纹，上端安装转换接头(1)，下端安装钻杆或其它钻具，转换接头(1)和壳体(15)连接处安装导流管(2)；壳体(15)内部有一过流腔(B)，壳体(15)外部有三个沿圆周均布突出轴向棱，两可变径突出轴向棱腔体径向各安装五个可动硬质合金柱(11)，可变径突出轴向棱腔体外表面安装环形定位板(8)，环形定位板(8)用偏置垫片(16)和螺栓(7)固定在壳体(15)上，环形定位板(8)与壳体之间安有密封垫片(19)；调档活塞(18)自上而下依次安装上活塞(21)、调档机构(29)、下活塞(25)、活塞轴(28)，调档机构(29)自上而下依次安装第一定位套筒(22)、第一轴承(23)、调档凸轮体(24)、第二轴承(23)和第二定位套筒(22)，调档凸轮体(24)轨迹槽中径向安装调档柱销(17)，下活塞(25)上安装两个密封环(26)，活塞轴(28)上安装防松螺母(27)；压缩套筒(6)自上而下依次安装上套筒(3)、定位柱体(4)和下套筒(9)，弹簧(5)安装在定位柱体(4)上；变径机构由转换滑块(12)、硬质合金柱(11)和密封圈(20)构成，硬质合金柱(11)外圆柱面上有两个用于所述密封圈(20)的密封圈槽。

2.根据权利要求1所述的偏心可调变径稳定器，其特征是：壳体(15)为圆柱体形状，壳体(15)外部沿周向均布三个突出轴向棱，其中一突出轴向棱沿轴向均布五个安装固定柱体(13)孔；另两突出轴向棱各有一个腔体，腔内自上而下依次安装压缩套筒(6)、第一十字连接头(10)、变径机构、第二十字连接头(10)、调档活塞(18)。

3.根据权利要求2所述的偏心可调变径稳定器，其特征是：转换滑块(12)安装在壳体(15)突出轴向棱腔体内，五个可动硬质合金柱(11)依次安装在转换滑块(12)的五个倾斜面上的“十”字头上；转换滑块(12)为长方体，长方体上端有五个倾斜面，每个倾斜面上有“十”字头，下端面有安装在壳体(15)上水平的“十”字头，前、后端有安装“十”字连接头(10)的突出部分。

4.根据权利要求1所述的偏心可调变径稳定器，其特征是：调档凸轮体(24)为圆柱体形状，圆柱体内腔中安装有活塞轴(28)；调档凸轮体(24)上、下端有安装轴承(23)的凹下部分，两端直径大于中部直径，其中部沿圆周面有特定轨迹的调档槽，调档槽由阶梯槽和斜坡槽构成。

5.根据权利要求1所述的偏心可调变径稳定器，其特征是：硬质合金柱(11)为圆柱体形状，其前端为球面，球面与圆柱面结合处为圆角；后端斜面上有倾斜“十”字头；后端斜面、倾斜“十”字头斜面与转换滑块“十”字头斜面倾斜角相同，硬质合金柱(11)外圆柱面上有两个密封圈(20)槽。