CN104594804B - 钻井井下液压动力泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井井下液压动力泵。主要解决了现有垂直钻井工具成本较高且受井温影响较大的问题。其特征在于：所述的防转本体（15）周向均布3个扶正弹簧、扶正推力板、扶正限位板；防转本体下端连接上端盖（2）、低压油箱外套，低压油箱外套相对内侧的心轴（1）上装有低压油箱外套，低压油箱内有平衡活塞；低压油箱下端连接上阀体（6），上阀体的下端连接下阀体（7），下阀体内部安装2个单向阀及2个柱塞（8），柱塞与心轴之间装有凸轮套，所述的连接体下端连接高压油箱，高压油箱的下端连接下端盖，下端盖（14）下部连接执行机构本体。该钻井井下液压动力泵，既能降低成本，又能实现垂直钻井。

Description

钻井井下液压动力泵

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域中一种动力泵，特别是一种钻井井下液压动力泵。

背景技术

随着勘探开发领域的不断拓展与深入,高陡构造、大倾角地层的勘探开发工作量越来越大,井斜问题在一定程度上成了制约这些区域勘探开发工作的质量、效益乃至成败的关键。为了更好地解决直井防斜问题,国内外一直致力于新型防斜钻具与技术的研究与开发。自动垂直钻井技术是一种新型钻井技术，可在实现主动、适时防斜的同时，有效解放钻压，极大地提高钻井效率及安全性，作为一种战略性和革命性的高新技术受到了各国的高度重视。国外在自动垂直钻井工具及技术方面进行了深入研究，自20世纪80年代末以来，形成多种结构形式的垂直钻井系统，已经有几种商业化成熟的自动垂直钻井工具，使用这些主动防斜技术可以保证井眼垂直，完全释放钻压，提高钻井速度，节约钻井成本，取得了很好的现场应用效果，其中Power V和VTK全自动化旋转导向垂直钻井系统在我国使用最为广泛。国内，高陡构造的防斜打快仍然是一个尚未解决的技术难题，现场使用较多的是满眼钻具和钟摆钻具，用满眼钻具加压快钻是常规的防斜技术，但效果往往并不理想，然后再用钟摆钻具吊打纠斜，这是一种以牺牲机械钻速来换取井身质量的被动防斜技术，只有专门的井眼轨道井下闭环控制工具可以大大改善井眼轨道的控制精度和提高工作效率，才能做到防斜、纠斜的目的。目前，电子式垂直钻井工具目前西部钻探等油田相继推出，但成本较高、且受井温影响较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服背景技术中存在的现有垂直钻井工具成本较高且受井温影响较大的问题，而提供一种钻井井下液压动力泵，该钻井井下液压动力泵，既能降低成本，又能实现垂直钻井，由于没有任何电子元器件，因此工具受井温影响小。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该钻井井下液压动力泵，包括心轴、上端盖、下端盖、执行机构，所述的心轴下端连接下接头，心轴上下端分别连接轴承A、轴承B，轴承A下部的心轴上连接防转本体，轴承B上部的心轴上连接执行机构，所述的防转本体周向均布3个凹槽，凹槽内置有扶正弹簧、扶正推力板、扶正限位板，扶正限位板通过连接螺栓D连接防转本体，扶正限位板将扶正推力板限位于槽内；所述的扶正推力板上有3道与防转本体凹槽对应的外部凹槽；防转本体下端通过连接螺栓A连接上端盖；上端盖通过连接螺栓B连接低压油箱外套，低压油箱外套相对内侧的心轴上装有低压油箱外套，上端盖侧面开有与环空导通的孔道，低压油箱内套、低压油箱外套构成低压油箱，在低压油箱内套、低压油箱外套之间安装有平衡活塞；平衡活塞的上部空间为环空压力；低压油箱下端连接上阀体，低压油箱内套与上阀体焊接在一起，上阀体内部安装有2个单向阀；上阀体的下端通过螺栓连接下阀体，下阀体内部安装2个单向阀及2个柱塞，每个柱塞内安装一个复位弹簧，柱塞与心轴之间装有凸轮套，所述的凸轮套成椭圆状，凸轮套随心轴一起旋转，下阀体内部还装有一个泄压阀，下阀体下端通过连接螺栓C与连接体相连，连接体内置有溢流阀，所述的连接体下端连接高压油箱，所述的高压油箱包括高压油箱内套、高压油箱外套，所述的高压油箱内部安装有一个低压油管，在低压油管的下端安装有泄压阀B，所述溢流阀的上端连通低压油箱，下端连接高压油箱；高压油箱的下端通过连接螺栓连接下端盖，下端盖下部通过连接螺栓E连接执行机构本体；执行机构本体对应低压油管的下端泄压阀B处开有轴向孔道，执行机构本体上周向均布6个与轴向孔道联通的孔，孔内分别安装有六个活塞，活塞上下端头处的执行机构本体通过固定螺栓固定限位板，限位板置于活塞上下端头的外部。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该钻井井下液压动力泵由于采用上述结构，使用研究的钻井井下液压动力泵为垂直钻井工具提供液压动力，试验心轴旋转时该泵能够输出2路高压油，停止旋转时输出的高压油能够泄压回零，通过该机构可以间接有效控制井斜，解放钻压、提高机械转速、缩短钻井周期和降低钻井成本。本发明结构简单、使用方便、安全可靠，实现了在钻进的过程中井下的另一种动力源输出，特别是该机构在垂直钻井工具中使用，间接为该工具的测斜和纠斜提供了动力保障，垂直钻井工具的应用能对高陡构造地层倾角大的区块起到防斜打快，提速、提效和降低成本的目的，对油田开发具有深远的意义。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是沿附图1的a-a线的截面图；

附图3是本发明的上下阀体连接高压油箱的结构示意图；

附图4是本发明防转本体的外部结构示意图。

图中：1.心轴；2.上端盖；3.低压油箱外套；4.平衡活塞；5.低压油箱内套；6.上阀体；7.下阀体；8.柱塞；9.弹簧；10.凸轮套；11.连接体；12.高压油箱内套；13.高压油箱外套；14.下端盖；15.防转本体；16.扶正推力板；17.扶正弹簧；18.连接螺栓D；19.扶正限位板；20.轴承A；21.连接螺栓A；22.连接螺栓B；23.单向阀；24.连接螺栓C；25.执行机构本体；26.轴承B；27.下接头；28.泄压阀A；29.低压油管；30.溢流阀；31.回油孔；32.高压油输出孔；33.泄压阀B；34.连接螺栓E；35.限位板；36.活塞；37.固定螺栓；38-孔道。

具体实施方式：

下面结合附图将对本发明作进一步说明：

如附图1结合图3、图4所示，该钻井井下液压动力泵，包括心轴1，心轴1下端连接下接头27，心轴1上下端分别连接轴承A20、轴承B26，轴承A20下部的心轴1上连接防转本体15，轴承B26上部的心轴1上连接执行机构本体25；防转本体15周向均布3个凹槽，槽内置有扶正弹簧17、扶正推力板16、扶正限位板19，扶正限位板19通过连接螺栓D18连接防转本体15，扶正限位板19将扶正推力板16限位于槽内；所述的扶正推力板16上有3道与防转本体15凹槽对应的外部凹槽；防转本体15下端通过连接螺栓A21连接上端盖2；上端盖2通过连接螺栓B22连接低压油箱外套3，低压油箱外套3相对内侧的心轴1上装有低压油箱内套5，上端盖2侧面开有与环空导通的孔道，低压油箱内套5、低压油箱外套3构成低压油箱，在低压油箱内套5、低压油箱外套3之间安装有平衡活塞4；平衡活塞4的上部空间为环空压力；低压油箱下端连接上阀体6，低压油箱内套5与上阀体6焊接在一起，上阀体6内部安装有2个单向阀23；上阀体6的下端通过螺栓连接下阀体7，下阀体7内部安装2个单向阀及2个柱塞8，每个柱塞8内安装一个复位弹簧9，柱塞8与心轴1之间装有凸轮套10，所述的凸轮套10成椭圆状，凸轮套10随心轴1一起旋转，柱塞8由于弹簧9的作用顶靠住凸轮套10，下阀体7内部还装有一个泄压阀A28，泄压阀A28的导通流量远小于柱塞8吸入的流量，所述的柱塞8与泄压阀A28的导通孔直径比为300:1；下阀体7下端通过连接螺栓C24与连接体11相连，连接体11内置有溢流阀30，所述的连接体11下端连接高压油箱，所述的高压油箱包括高压油箱内套12、高压油箱外套13，所述的高压油箱内部安装有一个低压油管29，在低压油管29的下端安装有泄压阀B33，所述溢流阀30的上端连通低压油箱，下端连接高压油箱；高压油箱的下端通过连接螺栓连接下端盖14，下端盖14下部通过连接螺栓E34连接执行机构本体25；执行机构本体25上端部开有六个周向均布的轴向孔道38，轴向孔道38与下端盖14的高压油输出孔32连通，其中一个轴向孔道38与低压油管29的下端安装有泄压阀B33，执行机构本体25上表面周向均布六个与轴向孔道38连通的孔，孔内分别安装有六个活塞36，活塞36上下端头处的执行机构本体25通过固定螺栓37固定限位板35，限位板35置于活塞36上下端头的外部，活塞36伸出距离的限制靠固定螺栓37固定的限位板35来控制；如图2所示，所述的下端盖14端部引出两路油孔，其中一路是回油孔31，另一路为高压油输出孔32，为下部执行机构本体25供油和泄油。

该钻井井下液压动力泵工作时，心轴1上端与钻柱相连，下端与下接头27相连，下接头27连接钻头；此心轴1与下接头27随钻柱一起旋转，在两者之间通过轴承悬挂有防转本体15、上阀体6、下阀体7、连接体11、高压油腔、下端盖14、执行机构本体25，这些部件均是不随钻柱一起旋转，控制这些部件不旋转的主要部件为防转本体15，防转本体15其周向均布3个凹槽，槽内置有扶正弹簧17、扶正推力板16、扶正限位板19，扶正限位板19通过连接螺栓连接防转本体15，扶正限位板19将扶正推力板16限位于槽内，由于扶正弹簧17的弹力使得扶正推力板16贴合井壁；所述的扶正推力板16上有3道外部凹槽，增大摩擦力，从而使防转本体15不随心轴一起旋转；防转本体15下端通过连接螺栓连接上端盖2，使得整个泵体不随心轴一起旋转；上端盖2通过连接螺栓连接低压油箱外套3，低压油箱外套3相对内侧的心轴1上装有低压油箱内套5，上端盖2侧面开有与环空导通的孔道，在低压油箱内套5、低压油箱外套3之间安装有平衡活塞4，其作用是平衡钻柱内外压力，保证下部机构的正常进行；平衡活塞4的上部空间为环空压力，低压油箱内套5、低压油箱外套3构成低压油箱，低压油箱与下部机构回油孔连通；低压油箱下端连接上阀体6，低压油箱内套5与上阀体6焊接在一起，上阀体6内部安装有2个单向阀23，当吸油时单向阀23起作用，防止从低压油箱吸出的油倒回到低压油箱。上阀体6的下端通过螺栓连接下阀体7，下阀体7内部安装2个单向阀，其作用是将吸入的液压油压到下部高压油腔内，防止倒流，所述的高压油腔包括高压油箱内套12、高压油箱外套13；下阀体7内部安装有2个柱塞8，每个柱塞8内安装一个复位弹簧9，柱塞8的目的是可以进行活塞式抽吸运动，柱塞8与心轴1之间装有凸轮套10，所述的凸轮套10成椭圆状，凸轮套10随心轴1一起旋转，该动力泵的其余部件是不旋转的，柱塞8由于弹簧9的作用顶靠住凸轮套10，因凸轮套10成椭圆状，凸轮套的外表面有2个点是最大径，两个点是最小径，心轴1旋转时，柱塞每经过凸轮套最小径的时候，柱塞8分别向心轴方向伸出，此时可以从低压油箱进行吸油动作，心轴继续旋转，柱塞8经过凸轮套最大径时，柱塞8受挤压，压缩弹簧9，此时柱塞8将从低压油箱吸入的液压油压缩到高压油箱，由于下阀体7内部也安装有单向阀，所以压入到高压油箱的高压油不会倒流回下阀体7，下阀体7内部还有一个泄压阀28，泄压阀28的导通流量远小于柱塞8吸入的流量，当停止心轴转动时，工具内的高压油通过回油孔的泄压阀28流回到低压油箱，下阀体7下端通过连接螺栓与连接体11相连，连接体11的作用是将高压油箱和下阀体7进行连接和油路导通。在高压油箱的内部安装有一个低压油管29，其目的将下部执行机构本体25的回油通过高压油箱回到上部低压油箱，柱塞8输出的高压油存至高压油箱，它的压力的限制通过连接体11的溢流阀30进行控制，溢流阀30的上端连通低压油箱，下端为高压油箱。当输出的高压油超过溢流阀30的门限压力时，溢流阀开启，将多余压力油泄到低压油箱，高压油箱的下端通过连接螺栓连接下端盖14，下端盖14端部引出两路油孔，其中一路是回油孔，另一路为高压油输出孔，为下部执行机构本体25供油和泄油，高压油通过高压油孔进入到执行机构本体25轴向孔道38内，将油分别供给六个活塞36，活塞36伸出，推靠井壁，井壁的反作用力则会产生纠斜力。上述抽吸过程循环往复就能进行不断输出高压油，当心轴停止旋转时，柱塞8不进行抽吸运动，因此不会产生高压油，由于下阀体7内部开有泄压阀28，泄压阀28会将产生的高压油通过回油孔泄压回低压油箱，也会将下部结构供给的高压油返回到低压油箱。活塞36内部的高压油则通过泄压阀33回到常压油箱，此时活塞36在井壁贴靠力下慢慢收回。在平衡活塞4的作用下使工具内外压力平衡。

Claims (3)

1.一种钻井井下液压动力泵，包括心轴（1）、上端盖（2）、下端盖（14）、执行机构本体（25），所述的心轴（1）下端连接下接头（27），心轴（1）上下端分别连接轴承A（20）、轴承B（26），轴承A（20）下部的心轴（1）上连接防转本体（15），轴承B（26）上部的心轴（1）上连接执行机构本体（25），其特征在于：所述的防转本体（15）周向均布3个凹槽，凹槽内置有扶正弹簧（17）、扶正推力板（16）、扶正限位板（19），扶正限位板（19）通过连接螺栓D（18）连接防转本体（15），扶正限位板（19）将扶正推力板（16）限位于槽内；所述的扶正推力板（16）上有3道与防转本体（15）凹槽对应的外部凹槽；防转本体（15）下端通过连接螺栓A（21）连接上端盖（2）；上端盖（2）通过连接螺栓B（22）连接低压油箱外套（3），低压油箱外套（3）相对内侧的心轴（1）上装有低压油箱内套（5），上端盖（2）侧面开有与环空导通的孔道，低压油箱内套（5）、低压油箱外套（3）构成低压油箱，在低压油箱内套（5）、低压油箱外套（3）之间安装有平衡活塞（4）；平衡活塞（4）的上部空间为环空压力；低压油箱下端连接上阀体（6），低压油箱内套（5）与上阀体（6）焊接在一起，上阀体（6）内部安装有2个单向阀（23）；上阀体（6）的下端通过螺栓连接下阀体（7），下阀体（7）内部安装2个单向阀及2个柱塞（8），每个柱塞（8）内安装一个复位弹簧（9），柱塞（8）与心轴（1）之间装有凸轮套（10），所述的凸轮套（10）成椭圆状，凸轮套（10）随心轴（1）一起旋转，下阀体（7）内部还装有一个泄压阀（28），下阀体（7）下端通过连接螺栓C（24）与连接体（11）相连，连接体（11）内置有溢流阀（30），所述的连接体（11）下端连接高压油箱，所述的高压油箱包括高压油箱内套（12）、高压油箱外套（13）， 所述的高压油箱内部安装有一个低压油管（29），在低压油管（29）的下端安装有泄压阀B（33），所述溢流阀（30）的上端连通低压油箱，下端连接高压油箱；高压油箱的下端通过连接螺栓连接下端盖（14），下端盖（14）下部通过连接螺栓E（34）连接执行机构本体（25）；执行机构本体（25）上端部开有六个周向均布的轴向孔道（38），轴向孔道（38）与下端盖（14）的高压油输出孔（32）连通，其中一个轴向孔道（38）与低压油管（29）的下端安装的泄压阀B（33）连接，执行机构本体（25）上表面周向均布六个与轴向孔道（38）连通的孔，所述孔内分别安装有六个活塞（36），活塞（36）上下端头处的执行机构本体（25）通过固定螺栓（37）固定限位板（35），限位板（35）置于活塞（36）上下端头的外部。

2.根据权利要求1所述的钻井井下液压动力泵，其特征在于：所述的柱塞（8）与泄压阀（28）的导通孔直径比为300:1。

3.根据权利要求1所述的钻井井下液压动力泵，其特征在于：所述的下端盖（14）端部引出两路油孔，其中一路是回油孔（31），另一路为高压油输出孔（32）。