CN103556957A - 一种大变径钻井采煤钻柱稳定器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于深部地层钻井采煤的大变径钻井采煤钻柱稳定器。它解决小直径钻杆在大直径井眼中发生弯曲变形的问题。其技术方案是：主筒体上下端与钻井管柱丝扣连接，复位筒与主筒体丝扣连接；内中心管置于主筒体内部，滑块穿过主筒体通槽嵌入内中心管内，滑块与外中心管b用螺钉a固定；扶正臂a一端用销钉a铰接于外中心管b三棱柱上，另一端用销钉b铰接扶正臂b，扶正臂b铰接于主筒体上；压紧螺栓旋入主筒体螺纹盲孔中；锁紧扣用螺钉d与主筒体连接；外中心管a与外中心管b丝扣连接，弹簧a置于外中心管a台阶上；压杆与外中心管a铰接，连杆两端分别与压杆和弹簧缸铰接。本发明变径后最大直径可达三倍以上，满足钻井采煤的技术要求。

Description

一种大变径钻井采煤钻柱稳定器

技术领域

本发明涉及一种用于深部地层钻井采煤的大变径钻井采煤钻柱稳定器。

背景技术

随着煤层开采深度的不断增加，传统的人工下井采煤方法已经无法满足生产需求，并且煤层深度越深，工况越复杂，一旦发生瓦斯爆炸或者地下水进入井中，还会发生严重的人员伤亡事故，因此现有的采煤技术只能开采浅地层煤矿。将来采煤的趋势必然是向着深地层煤矿开采，并且完全采用机械进行钻采，不必人工下井，避免发生井下安全事故。

机械采煤技术主要是在煤层以上地层采用常规钻井，打小井眼穿透上部地层直至煤层，到达煤层以后，扩大井眼直径，以开采更多的煤矿，因此在进入煤层以后，需要使用大直径的稳定器对钻井管柱加以稳定。钻井采煤技术需要上部地层井眼直径尽可能小以节约钻井成本，煤层井眼直径尽可能大以增加煤矿开采量，这就要求稳定器变径尺寸非常大。

目前用于油气田钻采使用的稳定器以不可变径稳定器为主，已经研制的可变径稳定器变径尺寸很小，难以满足钻井采煤的技术要求，必须设计钻井采煤技术的专用稳定器。

发明内容

本发明的目的是：在煤层钻井中，煤层上部地层钻小井眼，煤层钻大井眼，为了解决钻柱在煤层大井眼中不发生弯曲变形的问题，特提供一种大变径钻井采煤钻柱稳定器。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大变径钻井采煤钻柱稳定器，包括撑杆机构、锁紧机构和解锁机构；其结构特征是：撑杆机构包括主筒体、水嘴、内中心管、滑块、螺钉a、弹簧b、外中心管a、外中心管b、销钉a、扶正臂a、销钉b、扶正臂b、压紧螺栓、销钉c；锁紧机构包括螺钉d、锁紧扣；解锁机构包括复位筒、压杆、连杆、弹簧a、弹簧缸、螺钉b、接箍、连接片、螺钉c、解锁环。在撑杆机构中，主筒体上下端均有标准丝扣，分别与上下钻井管柱连接，复位筒与主筒体用标准丝扣连接，主筒体外部有一凸起台阶，弹簧b安装在主筒体凸起台阶上，安装时，弹簧b呈压缩状态，主筒体台阶上方开有三个通槽连通主筒体内外空间，三个通槽在圆周方向呈120°布局；内中心管上部与水嘴丝扣连接，内中心管外部开有一圈环形凹槽，内中心管置于主筒体内部；三个滑块分别穿过主筒体三个通槽，滑块一端部嵌入内中心管环形凹槽，另一端与外中心管b上部用螺钉a固定连接；外中心管b开有螺纹通孔，螺纹通孔在圆周方向均呈120°布局，滑块开有螺纹孔；外中心管b外部设有一段为等边三棱柱，三棱柱轴向三个柱面上分别开有一个盲孔，扶正臂a一端用销钉a与外中心管b三棱柱一个柱面铰接，另一端用销钉b与扶正臂b小端铰接；主筒体外部设有一段为等边三棱柱，三棱柱轴向三个柱面上分别开有一个盲孔和一个螺纹盲孔，扶正臂b大端用销钉c与主筒体三棱柱一个柱面铰接，扶正臂b大端有一个圆弧形沉头通槽，压紧螺栓穿过圆弧形沉头通槽旋入主筒体三棱柱柱面螺纹盲孔；三个销钉a，三个扶正臂a，三个销钉b，三个扶正臂b，三个压紧螺栓，三个销钉c在圆周方向均呈120°布局；在锁紧机构中，锁紧扣一端为圆筒形，圆筒上开有螺纹通孔，另一端为六个分瓣结构，分瓣端部是外侧有楔角的直角钩子，主筒体下部开有螺纹盲孔，锁紧扣用螺钉d与主筒体固定连接，外中心管b下端面是一个有楔角的斜面，端面上部径向开有六个方孔与锁紧扣分瓣端部直角钩子对应；在解锁机构中，外中心管a与外中心管b用标准丝扣连接，外中心管a外部有一圈凸起台阶，弹簧a置于台阶上端面，安装时，弹簧a处于压缩状态；弹簧缸套入外中心管a，压杆与外中心管a用铰链连接，连杆一端与压杆用铰链连接，连杆另一端与弹簧缸用铰链连接；三个压杆，三个连杆在圆周方向均呈120°布局；外中心管b三棱柱部分轴向开有三个弧形通孔，三个弧形通孔在圆周方向均呈120°布局，三个连接片分别穿过外中心管b三棱柱部分三个弧形通孔，连接片下端部开有螺纹孔；解锁环上部在圆周方向120°均布三个螺纹通孔，解锁环用三个螺钉c与三个连接片连接，解锁环下端面是一个有楔角的斜面，连接片上端部有一凸起台阶；接箍下端部内侧有一凸起台阶，连接片上端凸起台阶安装在接箍内侧台阶上，接箍周向布有螺纹通孔，弹簧缸下端部周向布有螺纹孔，接箍用螺钉b与弹簧缸下端部螺纹孔连接。

本发明的有益效果是：（1）变径后最大直径可以达到变径前最大直径的三倍以上，满足钻井采煤的特殊技术要求；（2）液压驱动方式，在井下复杂的钻井条件下使用结构简单可靠；（3）撑开一定位置时可以有效锁定；（4）上提管柱，本发明到达小井眼时即可解锁；（5）工作过程中，弹簧a可以有效避免误动作导致解锁；（6）撑杆在撑开和收回的过程中均能避免被煤粒卡住的问题。

附图说明

图1是本发明一种大变径钻井采煤钻柱稳定器撑杆撑开时的结构示意图；

图2是本发明一种大变径钻井采煤钻柱稳定器撑杆收回时的结构示意图；

图中：1.复位筒，2.主筒体，3.水嘴，4.压杆，5.连杆，6.弹簧a，7.外中心管a，8.弹簧缸，9.螺钉a，10.滑块，11.螺钉b，12.接箍，13.连接片，14.弹簧b，15.内中心管，16.外中心管b，17.销钉a，18.螺钉c，19.解锁环，20.扶正臂a，21.销钉b，22.扶正臂b，23.锁紧扣，24.螺钉d，25.压紧螺栓，26销钉c。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种大变径钻井采煤钻柱稳定器，是由撑杆机构、锁紧机构和解锁机构构成；撑杆机构包括主筒体2、水嘴3、内中心管15、滑块10、螺钉a9、弹簧b14、外中心管a7、外中心管b16、销钉a17、扶正臂a20、销钉b21、扶正臂b22、压紧螺栓25、销钉c26；锁紧机构包括螺钉d24、锁紧扣23；解锁机构包括复位筒1、压杆4、连杆5、弹簧a6、弹簧缸8、螺钉b11、接箍12、连接片13、螺钉c18、解锁环19。主筒体2上下端均有标准丝扣，分别与上下钻井管柱连接，复位筒1与主筒体2用标准丝扣连接，主筒体2外部有一凸起台阶，弹簧b14安装在主筒体2凸起台阶上，安装时，弹簧b14呈压缩状态；主筒体2台阶上方开有三个通槽连通主筒体2内外空间，三个通槽在圆周方向呈120°布局；内中心管15外部开有一圈环形凹槽，内中心管15置于主筒体2内部；三个滑块10分别穿过主筒体2三个通槽嵌入内中心管15环形凹槽，外中心管b16开有螺纹通孔，螺纹通孔在圆周方向均呈120°布局，滑块10开有螺纹孔，三个滑块10与外中心管b16用螺钉a9连接，水嘴3与内中心管15上端部用标准丝扣连接；外中心管b16外部有一段为等边三棱柱，三棱柱轴向三个柱面上分别开有一个盲孔，扶正臂a20一端用销钉a17与外中心管b16三棱柱一个柱面铰接，另一端用销钉b21与扶正臂b22小端铰接；主筒体2外部有一段为等边三棱柱，三棱柱轴向三个柱面上分别开有一个盲孔和一个螺纹盲孔，扶正臂b22大端用销钉c26与主筒体2三棱柱一个柱面铰接，扶正臂b22大端有一个圆弧形沉头通槽，压紧螺栓25穿过圆弧形沉头通槽旋入主筒体2三棱柱柱面螺纹盲孔；三个销钉a17，三个扶正臂a20，三个销钉b21，三个扶正臂b22，三个压紧螺栓25，三个销钉c26在圆周方向均呈120°布局；锁紧扣23一端为圆筒形，圆筒上开有螺纹通孔，另一端为六个分瓣结构，分瓣端部是外侧有楔角的直角钩子，主筒体2下部开有螺纹盲孔，锁紧扣23用螺钉d24与主筒体2连接，外中心管b16下端面是一个有楔角的斜面，端面上部径向开有六个方孔与锁紧扣23分瓣端部直角钩子对应；外中心管a7与外中心管b16用标准丝扣连接，外中心管a7外部有一圈凸起台阶，弹簧a6置于台阶上端面，安装时，弹簧a6处于压缩状态；弹簧缸8套入外中心管a7，压杆4与外中心管a7用铰链连接，连杆5一端与压杆4用铰链连接，连杆5另一端与弹簧缸8用铰链连接；三个压杆4，三个连杆5在圆周方向均呈120°布局；外中心管b16三棱柱部分轴向开有三个弧形通孔，三个弧形通孔在圆周方向均呈120°布局，三个连接片13分别穿过外中心管b三棱柱部分三个弧形通孔，连接片13下端部开有螺纹孔，解锁环19上部在圆周方向120°均布三个螺纹通孔，解锁环19用三个螺钉c18与三个连接片13连接，解锁环19下端面是一个有楔角的斜面，连接片13上端部有一凸起台阶；接箍12下端部内侧有一凸起台阶，连接片13上端凸起台阶安装在接箍12内侧台阶上，接箍12周向布有螺纹通孔，弹簧缸8下端部周向布有螺纹孔，接箍12用螺钉b11与弹簧缸8下端部螺纹孔连接。

本发明一种大变径钻井采煤钻柱稳定器的工作原理是：主筒体1与钻井管柱连接，增加钻柱内部钻井液压力，内中心管15上部丝扣连接的水嘴3受到钻柱内部钻井液压力作用而向下移动，通过滑块10带动外中心管a7和外中心管b16下移，撑开扶正臂a20和扶正臂b22；外中心管b16下移，被锁紧扣23的六个分瓣结构勾住，撑开状态锁定；外中心管a7下移过程中，压杆4脱离复位筒1，在弹簧a6作用下压杆4径向张开，解锁环19上移，降低钻柱内部钻井液压力，上提管柱，将本钻柱稳定器提至小井眼，小井眼井壁碰撞压杆4，使压杆4径向收回，解锁环19下移，撬开锁紧扣23分瓣结构，撑开状态解锁，在弹簧b14作用下，滑块10、内中心管15、外中心管a7和外中心管b16整体相对主筒体2向上运动，扶正臂a20和扶正臂b21收回，压杆4收回复位筒1内部。

Claims (2)

1.一种大变径钻井采煤钻柱稳定器，是由撑杆机构、锁紧机构和解锁机构组成，其特征在于：撑杆机构中主筒体（2）上下端均设置有标准丝扣分别与上下钻井管柱连接，主筒体（2）与复位筒（1）丝扣连接；内中心管（15）上部与水嘴（3）丝扣连接，内中心管（15）外部开有一圈环形凹槽；主筒体（2）外部有一凸起台阶，弹簧b(14)安装在主筒体（2）凸起台阶上，安装时，弹簧b（14）呈压缩状态，主筒体（2）台阶上方开有三个通槽连通主筒体（2）内外空间，三个通槽在圆周方向呈120°布局；三个滑块（10）分别穿过主筒体（2）三个通槽，滑块（10）一端部嵌入内中心管（15）环形凹槽，另一端与外中心管b（16）上部用螺钉a（9）固定连接；外中心管b（16）外部设有一段等边三棱柱，三棱柱轴向三个柱面上分别开有一个盲孔，扶正臂a（20）一端与外中心管b（16）三棱柱一个柱面用销钉a（17）铰接，另一端与扶正臂b（22）小端用销钉b（21）铰接；主筒体（2）外部设有一段为等边三棱柱，三棱柱轴向三个柱面上分别开有一个盲孔和一个螺纹盲孔，扶正臂b（22）大端与主筒体（2）三棱柱一个柱面用销钉c（26）铰接，扶正臂b（22）大端有一个圆弧形沉头通槽，压紧螺栓（25）穿过圆弧形沉头通槽旋入主筒体（2）三棱柱柱面螺纹盲孔；三个销钉a（17），三个扶正臂a（20），三个销钉b（21），三个扶正臂b（22），三个压紧螺栓（25），三个销钉c(26)在圆周方向均呈120°布局；锁紧机构中锁紧扣（23）与主筒体（2）用螺钉d（24）固定连接；解锁机构中外中心管a（7）与外中心管b（16）丝扣连接，外中心管a（7）外部有一凸起台阶，弹簧a（6）置于台阶上端面，安装时，弹簧a（6）处于压缩状态；弹簧缸（8）套入外中心管a（7），压杆（4）与外中心管a（7）用铰链连接，连杆（5）一端与压杆（4）用铰链连接，连杆（5）另一端与弹簧缸（8）用铰链连接；三个压杆（4），三个连杆（5）在圆周方向均呈120°布局；外中心管b（16）三棱柱部分轴向开有三个弧形通孔，三个弧形通孔在圆周方向均呈120°布局，三个连接片（13）分别穿过外中心管b（16）三棱柱部分的三个弧形通孔，连接片（13）下端部开有螺纹孔；解锁环（19）上部在圆周方向120°均布三个螺纹通孔，解锁环（19）用三个螺钉c（18）与三个连接片（13）连接，解锁环（19）下端面是一个有楔角的斜面，连接片（13）上端部有一凸起台阶；接箍（12）下端部内侧有一凸起台阶，连接片（13）上端凸起台阶安装在接箍（12）内侧台阶上，接箍（12）周向布有螺纹通孔，弹簧缸（8）下端部周向布有螺纹孔，接箍（12）用螺钉b（11）与弹簧缸（8）下端部螺纹孔连接。

2.根据权利要求1所述的大变径钻井采煤钻柱稳定器，其特征是：所述锁紧扣（23）一端为圆筒，圆筒上开有螺纹通孔，另一端为六个分瓣结构，分瓣端部是外侧有楔角的直角钩子；外中心管b（16）下端面是一个有楔角的斜面，端面上部径向开有六个方孔与锁紧扣（23）分瓣端部直角钩子对应。

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