CN103697079B - 液压式井下半程旋转离合器 - Google Patents

Abstract

本发明的液压式井下半程旋转离合器包括上壳体、花键轴、弹簧、轴承、下壳体和棘轮机构；其中：上壳体和下壳体连接构成旋转配合，花键轴为贯穿在上壳体与下壳体内部的中空结构，花键轴外壁自上而下设有花键轴上花键、动棘轮、花键轴棘轮、花键轴下花键；花键轴上花键与上壳体花键配合，花键轴下花键与下壳体花键配合；动棘轮与花键轴棘轮、定棘轮构成旋转配合的棘轮机构；弹簧安装在花键轴与下壳体之间。本发明具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点，在不起下钻就能完成滑动钻进方式与复合钻进方式的相互转变，并能在滑动钻进时旋转钻柱，达到提高导向钻井效率，降低钻井成本，改善井身质量的目的。

Description

液压式井下半程旋转离合器

技术领域

本发明的液压式井下半程旋转离合器主要涉及石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业的配套工具领域。

背景技术

在石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探的过程中，定向井、水平井、大斜度井、大位移井等复杂结构井应用越来越广泛，对于钻井工艺技术提出了更高的要求。在导向钻井过程中，国内主要采用由泥浆马达为动力的滑动钻井系统实施钻井作业，此时动力钻具带动钻头旋转钻进，而钻柱本身并不旋转，但由于自重的作用平躺在井底，导致摩阻较大难以有效施加钻压；在满足钻井设计的前提下，部分井段可采用复合钻井工艺技术，即钻柱与井下泥浆马达同时旋转钻进，对于减小摩阻降低扭矩损失，具有一定的积极作用。国外由于拥有旋转导向钻井技术，已经能够完全克服导向钻井时的摩阻问题，国内正积极开展旋转导向钻井技术的研究，但是因为国外的技术垄断以及关键技术的限制，目前还没有成功的工业化应用，仅依靠进口或租用国外公司的产品，大大增加了钻井综合成本。

发明内容

本发明的目的是为了最大限度减小摩擦阻力的影响，在没有旋转导向钻井设备的条件下，充分发挥现有泥浆动力马达的功能，变常规滑动钻井方式为旋转钻井方式，提高导向钻井施工作业的效率，降低钻井成本，改善定向井、水平井、大斜度井、大位移井等复杂结构井的井身质量及钻井安全性，提供一种液压式井下半程旋转离合器。

本发明的技术方案是：包括上壳体、花键轴、弹簧、轴承、下壳体和棘轮机构；其中：上壳体和下壳体连接构成旋转配合，上壳体内壁设有上壳体花键和定棘轮，下壳体内壁设有下壳体花键；花键轴为贯穿在上壳体与下壳体内部的中空结构，花键轴外壁自上而下设有花键轴上花键、动棘轮、花键轴棘轮、花键轴下花键；花键轴上花键与上壳体花键配合，花键轴下花键与下壳体花键配合；动棘轮与花键轴棘轮、定棘轮构成旋转配合的棘轮机构；弹簧安装在花键轴与下壳体之间。

此外，在上壳体与下壳体之间安装有轴承，动棘轮与花键轴之间安装有轴承。花键轴上端与上壳体之间安装有密封圈，上壳体与下壳体之间安装有密封圈，花键轴与下壳体之间安装有密封圈。上壳体和下壳体分别设有螺纹连接头。

本发明的工作机理：液压式井下半程旋转离合器安装在钻柱与井下测量仪器之间，初始状态时，花键轴在弹簧力的作用下处于上位，花键轴的上花键与上壳体花键啮合，花键轴下花键与下壳体花键分离，摆放钻具工具面时，开启钻井泵，花键轴在液压力作用下向下运动，当运动至下止点时，花键轴上花键与上壳体花键啮合，花键轴下花键与下壳体花键啮合，动棘轮与定棘轮啮合，此时，井口转盘扭矩经钻柱传递至井下半程旋转离合器上壳体，然后经上壳体花键、花键轴上花键、花键轴、花键轴下花键、下壳体花键、下壳体传递至钻具下部组合，转至设定方位。准备滑动钻进时，停泵，花键轴在弹簧恢复力的作用下向上运动，花键轴下花键与下壳体花键分离，动棘轮与定棘轮分离，当花键轴向上运动至上止点的同时，动棘轮转动一定角度，在此开泵，花键轴向下运动，由于动棘轮转过一定角度，不能与定棘轮啮合，使得花键轴不能继续下行，花键轴下花键与下壳体花键不能啮合，由于上壳体与下壳体之间安装轴承，因此上壳体在钻柱驱动下转动时，下壳体保持静止状态，即将钻柱与下部钻具组合的运动状态分离，此时上部钻柱旋转减小摩擦阻力，下部钻具组合滑动钻进进行定向施工作业，从而大大降低了上部钻柱滑动时的摩阻力。进行复合钻进时，停泵，花键轴在弹簧恢复力的作用下向上运动，当花键轴向上运动至上止点的同时，动棘轮转动一定角度，然后再开泵，花键轴在液压力作用下向下运动，当运动至下止点时，花键轴上花键与上壳体花键啮合，花键轴下花键与下壳体花键啮合，动棘轮与定棘轮啮合，井口扭矩经井下半程旋转离合器驱动下部钻具组合旋转钻进。

本发明的优点是：利用液压式井下半程旋转离合器能够在不起下钻的前提下，完成滑动钻进与复合钻进的相互转变，并且在滑动钻进时能够使钻柱整体转动以减小摩擦阻力，达到提高钻井施工效率，降低钻井综合成本的目的。同时，液压式井下半程旋转离合器还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点。

附图说明

图1是依据本发明提出的一种液压式井下半程旋转离合器实施例结构示意图。

图2为本发明的定棘轮和动棘轮轮廓展开示意图。

图中：1-上壳体、2-花键轴、3-密封圈、4-花键轴上花键、5-上壳体花键、6-动棘轮、7-轴承一、8-花键轴棘轮、9-定棘轮、10-轴承二、11-密封圈、12-花键轴下花键、13-下壳体花键、14-弹簧、15-密封圈、16-下壳体

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来详细描述本发明。

参照附图1，液压式井下半程旋转离合器主要由上壳体1、下壳体16、轴承一7、弹簧14、花键轴2、动棘轮6、定棘轮9组成。花键轴2安装在上壳体1与下壳体16内部，花键轴2上端与上壳体1之间安装密封圈3，花键轴上花键4与上壳体花键5配合。动棘轮6与花键轴2之间安装轴承一7，动棘轮6与花键轴棘轮8、定棘轮9配合。下壳体16悬挂在上壳体1下方并与上壳体1构成旋转配合，上壳体1与下壳体16之间安装轴承二10和密封圈11，花键轴下花键12与下壳体花键13配合，弹簧14安装在花键轴2与下壳体16之间，花键轴2与下壳体16之间安装密封圈15。

工作过程：液压式井下半程旋转离合器通过上壳体、下壳体的螺纹连接头连接在钻柱与井下测量仪器之间。初始状态时，花键轴2在弹簧14的弹力作用下处于上位，花键轴上花键4与上壳体花键5啮合，花键轴下花键12与下壳体花键13分离。摆放钻具工具面时，开启钻井泵，花键轴2在液压力作用下向下运动，当运动至下止点时，花键轴上花键4与上壳体花键5啮合，花键轴下花键12与下壳体花键13啮合，参照附图2，动棘轮6与定棘轮9啮合。此时，井口转盘扭矩经钻柱传递至井下半程旋转离合器的上壳体1，然后经上壳体花键5、花键轴上花键4、花键轴2、花键轴下花键12、下壳体花键13、下壳体16传递至钻具下部组合，转至设定方位。准备滑动钻进时，停泵，花键轴2在弹簧恢复力的作用下向上运动，花键轴下花键12与下壳体花键13分离，动棘轮6与定棘轮9分离。当花键轴2向上运动至上止点的同时，动棘轮6周向转动一定角度，在此开泵，花键轴2向下运动，由于动棘轮6转过一定角度，不能与定棘轮9啮合，使得花键轴2不能继续下行，花键轴下花键12与下壳体花键13不能啮合。由于上壳体1与下壳体16之间安装轴承二10，因此上壳体1在钻柱驱动下转动时，下壳体16保持静止状态，即将钻柱与下部钻具组合的运动状态分离，此时上部钻柱通过旋转减小摩擦阻力，下部钻具组合滑动钻进进行定向施工作业，从而大大降低了上部钻柱滑动时的摩阻力。进行复合钻进时，停泵，花键轴2在弹簧恢复力的作用下向上运动，当花键轴2向上运动至上止点的同时，动棘轮6转动一定角度，然后再开泵，花键轴2在液压力作用下向下运动，当运动至下止点时，花键轴上花键4与上壳体花键5啮合，花键轴下花键12与下壳体花键13啮合，动棘轮6与定棘轮9啮合，井口扭矩经井下半程旋转离合器驱动下部钻具组合旋转钻进。

利用本发明的液压式井下半程旋转离合器能够在不起下钻的前提下，完成滑动钻进与复合钻进的相互转变，并且在滑动钻进时能够使液压式井下半程旋转离合器以上的钻柱整体转动以减小摩擦阻力，达到提高钻井施工效率，降低钻井综合成本的目的。

Claims (5)

1.液压式井下半程旋转离合器，其特征是包括上壳体（1）、花键轴（2）、弹簧（14）、轴承二（10）、下壳体（16）和棘轮机构；其中：上壳体（1）和下壳体（16）连接构成旋转配合，上壳体（1）内壁设有上壳体花键（5）和定棘轮（9），下壳体（16）内壁设有下壳体花键（13）；花键轴（2）为贯穿在上壳体（1）与下壳体（16）内部的中空结构，花键轴（2）外壁自上而下设有花键轴上花键（4）、动棘轮（6）、花键轴棘轮（8）、花键轴下花键（12）；花键轴上花键（4）与上壳体花键（5）配合，花键轴下花键（12）与下壳体花键（13）配合；动棘轮（6）与花键轴棘轮（8）、定棘轮（9）构成旋转配合的棘轮机构；弹簧（14）安装在花键轴（2）与下壳体（16）之间。

2.根据权利要求1所述的液压式井下半程旋转离合器，其特征在于：所述上壳体（1）与下壳体（16）之间安装轴承二（10）。

3.根据权利要求1或2所述的液压式井下半程旋转离合器，其特征在于：所述动棘轮（6）与花键轴（2）之间安装轴承一（7）。

4.根据权利要求3所述的液压式井下半程旋转离合器，其特征在于：所述花键轴（2）上端与上壳体（1）之间安装密封圈（3）；所述上壳体（1）与下壳体（16）之间安装密封圈（11）；所述花键轴（2）与下壳体（16）之间安装密封圈（15）。

5.根据权利要求4所述的液压式井下半程旋转离合器，其特征在于：所述上壳体（1）和下壳体（16）分别设有螺纹连接头。