CN104405321A - 钻压推加器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻压推加器，包括上接头、下接头、外壳、活塞和节流环；外壳为中空筒，外壳的一端与上接头的一端相连接，活塞能上下活动地置于外壳的内腔中；活塞远离上接头的一端伸出外壳，活塞的伸出端与外壳之间滑动密封配合，活塞的伸出端与下接头的一端相连接；节流环与活塞的伸出端相连接，用于产生节流压差；上接头、活塞、节流环和下接头上分别设置贯通孔，各贯通孔依次相连，形成导液通道；活塞的下部设置至少一个从活塞的贯通孔内壁贯通到活塞的外壁的泄压孔，泄压孔随活塞上下滑动而缩进或伸出外壳，本发明实现了钻压可调节，并能在地面判断钻孔完成。

Description

钻压推加器

技术领域

本发明涉及油气井套管钻孔的技术领域，特别涉及一种适用于石油、煤炭、天然气等行业的径向水平井作业时的套管钻孔技术。

背景技术

水射流钻径向水平井技术是一种在直井内钻多分支径向井的技术，能满足低品位油气藏动用、老井增产的需要，克服采用常规直井开发面临的多井低产问题，避免使用水平井等大规模增产措施带来的高成本。

在水射流钻径向水平井作业过程中，需要首先对套管进行开窗，为水射流钻进地层做准备。套管开窗的常用方式是钻孔，即在井下导向器的引导下，利用液力驱动螺杆马达和万向节柔性轴组合钻具钻穿套管。

在套管钻孔的过程中，钻头切削套管需要适合稳定的钻压和转速。在井下过导向器工况下，钻压难以精确控制。钻压过大，易导致钻头崩刃、卡钻，甚至万向节软轴断裂。钻压过小，钻头易磨损，无法钻穿套管。而钻压波动过大、不稳定，也会造成钻头切削不均，崩刃，使钻头失效。

目前涉及钻压稳定方面的技术的主要问题是：钻头钻进过程中钻压不可控；采用常规键连接传递扭矩，承载能力差；钻孔完成后地面无法判断钻孔完成。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明提出一种钻压推加器来实现钻压可调节，地面能通过压力值判断钻孔完成。

本发明的一种钻压推加器，包括上接头、下接头、外壳、活塞和节流环；所述外壳为中空筒，所述外壳的一端与所述上接头的一端相连接，所述活塞能上下活动地置于所述外壳的内腔中；

所述活塞远离所述上接头的一端伸出所述外壳，所述活塞的伸出端与所述外壳之间滑动密封配合，所述活塞的伸出端与所述下接头的一端相连接；所述节流环与所述活塞的伸出端相连接，用于产生节流压差；

所述上接头、所述活塞、所述节流环和所述下接头上分别设置贯通孔，各所述贯通孔依次相连，形成导液通道；所述活塞的下部设置至少一个从所述活塞的贯通孔内壁贯通到所述活塞的外壁的泄压孔，所述泄压孔随所述活塞上下滑动而缩进或伸出所述外壳。

作为一种可实施的方式，所述泄压孔的数量为两个，两个所述泄压孔沿所述活塞的径向对称布置。

作为一种可实施的方式，所述外壳的内壁上设置第一轴肩，所述活塞的外壁上设置台阶；所述活塞朝远离所述上接头的方向滑动伸出，直至所述台阶抵靠在所述第一轴肩上。

作为一种可实施的方式，所述第一轴肩与所述台阶之间设置定位块，所述台阶通过所述定位块抵靠在所述第一轴肩上。

作为一种可实施的方式，所述外壳的内腔中还设置弹性件；所述弹性件的一端抵靠在所述定位块上，其另一端抵靠在所述外壳上。

作为一种可实施的方式，所述第一轴肩位于所述外壳的中部，所述台阶位于所述活塞的中部；所述外壳下部的内壁上设置第二轴肩，所述弹性件的另一端抵靠在所述第二轴肩上。

作为一种可实施的方式，所述外壳与所述上接头之间通过连接体连接，所述连接体上设置贯通孔，所述连接体的贯通孔内壁上设置花键槽；

所述活塞的外壁上与所述连接体相对应的位置设置花键，所述花键与所述花键槽相配合。

作为一种可实施的方式，所述上接头与所述连接体之间、所述外壳与所述连接体之间分别设置壳体密封件，所述上接头与所述连接体之间为螺纹连接；

所述活塞的伸出端与所述外壳之间设置活塞密封件。

作为一种可实施的方式，所述节流环的数量为至少一个，各个所述节流环的贯通孔的直径互不相同。

作为一种可实施的方式，所述活塞的伸出端的端面上设置凹槽，所述节流环置于所述凹槽内。

本发明相比于现有技术的有益效果在于：根据钻头切削套管时转速与切削量的匹配特性，通过调节地面高压泵的排量，调节节流压差，从而调节钻头钻进过程中钻压的大小。钻孔完成后，泄压孔卸载，地面通过压力值的降低判断钻孔完成。

定位块保证了有效的抵靠，同时避免了活塞与外壳之间的磕碰，弹性件缓冲了钻孔时的振动，降低了对钻头的冲击，避免钻头崩刃、卡钻，提高了使用寿命。更换具有不同节流孔直径的节流环，可以形成不同的活塞推动力，从而将压力传递至钻头。

活塞采用液力驱动，自动进给，有效控制钻头的进给量，现场施工的操作性强，同时液体也能缓冲振动。采用花键连接能可靠传递扭矩，提高承载能力，方便维护和安装。

附图说明

图1为本发明钻压推加器在装配状态的示意图；

图2为本发明钻压推加器在泄压状态的示意图；

图3为图1中活塞在A-A截面的示意图；

图4为图1的连接体在A-A截面的示意图。

1-上接头；2-活塞；201-泄压孔；202-台阶；203-花键；

3-连接体；4-外壳；402-第一轴肩；404-第二轴肩；

5-定位块；6-弹性件；7-活塞密封件；8-节流环；9-下接头；10-壳体密封件。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1所示，本发明的钻压推加器，包括上接头1、活塞2、外壳4、节流环8和下接头9。外壳4为中空筒，外壳4的一端与上接头1的一端相连接；活塞2能上下活动地置于外壳4的内腔中。活塞2远离上接头1的一端向下滑动伸出外壳4，活塞2的伸出端与外壳4之间滑动密封配合，活塞2的伸出端与下接头9的一端相连接。

节流环8与活塞2的伸出端相连接，用于产生节流压差。上接头1、活塞2、节流环8和下接头9上分别设置贯通孔，各贯通孔(上接头1的贯通孔、活塞2的贯通孔、节流环8的贯通孔和下接头9的贯通孔)依次相连，形成贯通的导液通道，其中的液体能缓冲钻进过程中的振动。较优地，在本实施例中，上接头1的贯通孔、活塞2的贯通孔、节流环8的贯通孔与下接头9的贯通孔同轴。节流环8的贯通孔即为节流孔。

活塞2的下部设置至少一个泄压孔201，泄压孔201从活塞2的贯通孔的内壁贯通到活塞2的外壁，泄压孔201在装配状态时保持密封，泄压孔201随活塞2的上下滑动而缩进或伸出外壳4。请参阅图2所示，活塞2朝远离上接头1的方向滑动伸出，直至泄压孔201随活塞2向下的滑动而逐渐露出，泄压孔201露出时活塞2到达运动行程的末端，钻压推加器自动泄压，此时钻孔完成，地面通过压力值的降低判断钻孔完成。

活塞2由液力驱动，自动进给，有效控制钻头的进给量，现场施工的操作性强。

根据钻头切削套管时转速与切削量的匹配特性，在一定的系统流量下，通过调节地面高压泵的排量形成不同的节流压差，依靠节流压差在导液通道的承压面积上形成轴向压力控制钻压，从而调节钻头钻进过程中钻压的大小，节流环8也能缓冲振动对钻头的冲击。

作为一种可实施的方式，泄压孔201的数量为两个，两个泄压孔201沿活塞2的径向对称布置。

作为一种可实施的方式，外壳4的内壁上设置第一轴肩402，活塞2的外壁上设置台阶202；活塞2朝远离上接头1的方向向下滑动伸出，直至活塞2到达运动行程的末端，此时台阶202抵靠在第一轴肩402上，台阶202与第一轴肩402配合，可保证活塞2的可靠限位。

作为一种可实施的方式，第一轴肩402与台阶202之间设置定位块5，台阶202通过定位块5抵靠在第一轴肩402上。定位块5保证了有效的抵靠，同时缓冲了活塞2与外壳4之间的磕碰。

作为一种可实施的方式，外壳4的内腔中还设置弹性件6；本实施例中，弹性件6为弹簧。弹性件6的一端抵靠在定位块5上，弹性力的作用使定位块5抵靠在台阶202上，弹性件6的另一端抵靠在外壳4上。地面高压泵通过上接头1注入液体，活塞2受轴向力向下滑动，弹性件6压缩，弹性件6缓冲了钻孔时的振动，降低了对钻头的冲击，避免钻头崩刃、卡钻，提高了钻压推加器和钻头的使用寿命；同时还弹性件6能在泄压后使活塞2复位。

较优地，活塞2到达运动行程的末端，钻压推加器自动泄压，此时弹性件6回弹，活塞2向上复位到装配状态，泄压孔201随活塞2向上的滑动而缩进外壳4。作为一种可实施的方式，第一轴肩402位于外壳4的中部，台阶202位于活塞2的中部；本实施例中，外壳4下部(靠近下接头9的一端)的内壁上设置第二轴肩404，弹性件6的另一端抵靠在第二轴肩404上。弹性件6的另一端还可以抵靠在第一轴肩402上。

作为一种可实施的方式，外壳4与上接头1之间通过连接体3连接，连接体3上设置贯通孔。液体从导液通道注入，活塞2向下滑动伸出，上接头1的贯通孔、连接体3的贯通孔、活塞2的贯通孔、节流环8的贯通孔与下接头9的贯通孔连通，形成钻压推加器的液压腔，节流压差在液压腔的承压面积上形成轴向压力，同时液压腔能缓冲振动。当活塞2到达运动行程的末端，液压腔与外部连通，钻压推加器自动泄压。

请参阅图3和图4所示，连接体3的贯通孔内壁上设置花键槽；活塞2的外壁上与连接体3相对应的位置设置花键203，花键203与花键槽相配合。采用花键连接能可靠传递扭矩，传递的扭矩大，提高承载能力，不容易卡死，方便安装和维护，提高了使用寿命。花键连接还可以为活塞2的上下滑动起导向作用。

作为一种可实施的方式，上接头1与连接体3之间、外壳4与连接体3之间分别设置壳体密封件10，上接头1与连接体3之间为螺纹连接，以传递扭矩。较优地，外壳4与连接体3之间为螺纹连接。较优地，活塞2的伸出端与外壳4之间设置活塞密封件7。

本实施例中，如图2所示，活塞密封件7的数量为两个，活塞2的伸出端与外壳4之间通过活塞密封件7密封配合；上接头1与连接体3之间、外壳4与连接体3之间分别设置一个壳体密封件10，用以密封配合，活塞密封件7和壳体密封件10防止液压腔中的液体溢出。

作为一种可实施的方式，节流环8的数量为至少一个，各个节流环8的贯通孔的直径互不相同。根据钻头工作特性与施工排量，通过更换节流环8，使用节流环8的不同孔径，调节活塞2受到的不同大小的轴向推动力。拆卸下接头9，即可方便地更换节流环8，匹配合适孔径的节流环8即可调节活塞2传递到钻头的压力。

作为一种可实施的方式，活塞2的伸出端的端面上设置凹槽，节流环8置于凹槽内。较优地，下接头9与活塞2之间为螺纹连接，本实施例中，下接头9上设置内螺纹，活塞2上设置外螺纹。

综上所述，钻压推加器的工作过程如下：上接头1的上端与钻柱工具串螺纹连接，以传递扭矩；下接头9连接万向节软轴，万向节软轴再连接钻头。油气井套管钻孔作业时，先下入导向器至设计深度方位，再将套管钻孔钻柱下至导向器内定位。

根据钻头和马达的参数进行钻压匹配，在地面通过调节液体介质的流量控制钻压的大小，调节地面高压泵的排量即可控制钻压。地面高压泵经钻柱管道泵入液体，液体通过节流环8的节流孔时产生一定压差，压差推动活塞2，不同的节流环8导致不同的推动力，活塞2往下压缩弹性件6，再经万向节将压力传递至钻头。钻孔过程中产生的波动经液压腔内液体和弹性件6缓冲，能够稳定地钻进。

套管钻孔作业完成，活塞2到达运动行程的末端，泄压孔201随活塞2的向下滑动而滑过密封，逐渐露出与外部连通，卸载部分压差，地面可通过压力值的降低确认钻孔作业完成。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钻压推加器，包括上接头和下接头，其特征在于，所述钻压推加器还包括外壳、活塞和节流环；所述外壳为中空筒，所述外壳的一端与所述上接头的一端相连接，所述活塞能上下活动地置于所述外壳的内腔中；

所述活塞远离所述上接头的一端伸出所述外壳，所述活塞的伸出端与所述外壳之间滑动密封配合，所述活塞的伸出端与所述下接头的一端相连接；所述节流环与所述活塞的伸出端相连接，用于产生节流压差；

所述上接头、所述活塞、所述节流环和所述下接头上分别设置贯通孔，各所述贯通孔依次相连，形成导液通道；所述活塞的下部设置至少一个从所述活塞的贯通孔内壁贯通到所述活塞的外壁的泄压孔，所述泄压孔随所述活塞上下滑动而缩进或伸出所述外壳。

2.根据权利要求1所述的钻压推加器，其特征在于，所述泄压孔的数量为两个，两个所述泄压孔沿所述活塞的径向对称布置。

3.根据权利要求1所述的钻压推加器，其特征在于，所述外壳的内壁上设置第一轴肩，所述活塞的外壁上设置台阶；所述活塞朝远离所述上接头的方向滑动伸出，直至所述台阶抵靠在所述第一轴肩上。

4.根据权利要求3所述的钻压推加器，其特征在于，所述第一轴肩与所述台阶之间设置定位块，所述台阶通过所述定位块抵靠在所述第一轴肩上。

5.根据权利要求4所述的钻压推加器，其特征在于，所述外壳的内腔中还设置弹性件；所述弹性件的一端抵靠在所述定位块上，其另一端抵靠在所述外壳上。

6.根据权利要求5所述的钻压推加器，其特征在于，所述第一轴肩位于所述外壳的中部，所述台阶位于所述活塞的中部；所述外壳下部的内壁上设置第二轴肩，所述弹性件的另一端抵靠在所述第二轴肩上。

7.根据权利要求1至6任一项所述的钻压推加器，其特征在于，所述外壳与所述上接头之间通过连接体连接，所述连接体上设置贯通孔，所述连接体的贯通孔内壁上设置花键槽；

所述活塞的外壁上与所述连接体相对应的位置设置花键，所述花键与所述花键槽相配合。

8.根据权利要求7所述的钻压推加器，其特征在于，所述上接头与所述连接体之间、所述外壳与所述连接体之间分别设置壳体密封件，所述上接头与所述连接体之间为螺纹连接；

所述活塞的伸出端与所述外壳之间设置活塞密封件。

9.根据权利要求1所述的钻压推加器，其特征在于，所述节流环的数量为至少一个，各个所述节流环的贯通孔的直径互不相同。

10.根据权利要求1所述的钻压推加器，其特征在于，所述活塞的伸出端的端面上设置凹槽，所述节流环置于所述凹槽内。