CN104747097B - 可变三个以上直径的液压变径稳定器及变径方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变三个以上直径的液压变径稳定器及变径方法，包括本体1；本体上端的孔内设有上心轴2，上心轴与下心轴9上连接，上心轴外设有复位弹簧4，本体上设有一组设有螺旋翼20，每条螺旋翼上均设有一组圆孔，每个圆孔内均设有扶正块8，扶正块底部与套在上心轴上的一组斜面体7滑动连接；下心轴上套有旋转套12和滑套13，旋转套滑套外套有外滑套14，外滑套与滑套之间设有变位弹簧15。本发明通过泥浆泵的开与关来实现稳定器扶正尺寸的变化，可以满足钻井井眼轨迹变化的要求，提高井眼轨迹的控制精度，提高定向井、水平井工作效率，可以减少起下钻具次数，减少因井陉变化而产生的卡钻事故的发生。通过改变键槽深度，可以加工更多种变化直径径尺寸。

Description

可变三个以上直径的液压变径稳定器及变径方法

技术领域

本发明涉及一种可变三个以上直径的液压变径稳定器及变径方法，属于石油钻井工具技术领域。

背景技术

目前石油钻井变径稳定器在井下工作状态中的变径方式主要有以下四种：一是通过控制钻井液排量实现变径，二是通过向钻杆内投放钢球实现变径，三是通过控制钻压实现变径，四是通过电控实现变径。现有的钻井液排量控制法存在以下不足：第一，井下变径只有收拢和张开两个工作状态位置；第二，变径机构中的销钉在滑槽内滑动容易磨损和卡死；第三、本体上钻销钉孔固定销钉减弱了本体的机械强度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可变三个以上直径的液压变径稳定器及变径方法，通过开关泥浆泵遥控切换井下工具的三种变径状态，以满足井眼不同直径段的要求，使井下工具始终保持稳定居中位置，从而克服现有技术的不足。

本发明的技术方案：

本发明的一种可变三个以上直径的液压变径稳定器为，包括本体，本体底部与下接头螺纹连接；本体上端的孔内设有上心轴，上心轴底端与下心轴螺纹连接，下心轴的下方设有节流头；下心轴的管口处设有平衡套，平衡套上方的下心轴上设有平衡活塞；上心轴外设有复位弹簧，复位弹簧顶部设有弹簧垫，复位弹簧底部设有销钉座，销钉座经销钉与本体连接；本体上设有一组螺旋翼，每条螺旋翼上均设有一组圆孔，每个圆孔内均设有扶正块，扶正块底部与套在上心轴上的一组斜面体滑动连接；下心轴上套有旋转套和滑套，旋转套顶端与下心轴的台阶之间设有轴承和调位垫片；旋转套滑套外套有外滑套，外滑套与滑套之间设有变位弹簧。

前述变径稳定器中，所述外滑套的内圆面间隔均布有浅键槽、深键槽和变深键槽三种形式的键槽：变深键槽沿槽长方向分为两段以上，槽深为等差阶梯状；外滑套的端部设有棘齿。

前述变径稳定器中，所述旋转套为圆筒状，筒壁上均布有一组滑键，旋转套与滑套连接一端的滑键端面为斜面。

前述变径稳定器中，所述滑套为圆筒状，滑套与旋转套的连接面为齿形面；滑套的外圆上设有一组凸台。

前述变径稳定器中，所述斜面体为圆柱体，沿圆柱体的外圆均布有一组斜切面，斜切面上设有燕尾槽，燕尾槽与扶正块底部的燕尾滑动连接。

本发明的一种用于上述变径稳定器的变径方法为，该方法是通过井上的泥浆泵启动次数遥控井下变径稳定器的变径状态；泥浆泵每启动一次变径稳定器上的扶正块被本体内轴向移动的斜面体从本体内向外推出一段距离，从而实现变径稳定器的变径过程；当扶正块伸出至最大直径状态后，再次启动泥浆泵后变径稳定器复位至最小直径状态，重复循环上述过程；记录启动次数便可知井下变径稳定器的直径状态。

前述方法中，所述斜面体与心轴同步轴向移动，心轴上设有齿面周向啮合控制换位机构，通过齿面周向啮合控制换位机构实现斜面体轴向移动量的切换，斜面体向上移动量越大扶正块向外推出的距离也越大，最终实现变径稳定器的直径变换。

前述方法中，所述齿面周向啮合控制换位机构包括旋转套、滑套、外滑套和变位弹簧，旋转套和滑套与心轴同步轴向移动，旋转套上的滑键与外滑套上的键槽滑动连接，键槽深度不同，通过切换不同深度的键槽限制斜面体轴向移动量以实现控制扶正块向外推出的距离，从而改变扶正块的旋转外径。

前述方法中，所述旋转套与心轴滑动连接，当心轴下行时，通过外滑套上的棘齿推动旋转套旋转一个齿距，实现不同深度键槽的切换。

与现有技术相比，本发明通过泥浆泵的开与关来实现稳定器扶正尺寸的变化，比现有变径稳定器增加一个扶正直径。在定向井的轨迹控制方面有很大优势和市场需求，可以满足钻井井眼轨迹变化的要求，提高井眼轨迹的控制精度，提高定向井、水平井工作效率，可以减少起下钻具次数，减少因井陉变化而产生的卡钻事故的发生。多项变位，有三种扶正外径尺寸，如果井队需要，通过改变键槽深度，可以加工更多种变化直径尺寸。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是外滑套的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是旋转套的结构示意图；

图5是滑套的结构示意图；

图6是斜面体与扶正块组合件的结构示意图。

附图中的标记为：1-本体，2-上心轴，3-弹簧垫，4-复位弹簧，5-销钉座，6-销钉，7-斜面体，8-扶正块，9-下心轴，10-调位垫片，11-轴承，12-旋转套，13-滑套，14-外滑套，15-变位弹簧，16-平衡活塞，17-平衡套，18-节流头，19-下接头，20-螺旋翼，21-浅键槽，22-深键槽，23-变深键槽，24-滑键，25-斜面，26-齿形面，27-凸台，28-斜切面，29-燕尾槽，30-棘齿。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

一种可变三个以上直径的液压变径稳定器，如图1所示，包括本体1，本体1底部与下接头19螺纹连接；本体1上端的孔内设有上心轴2，上心轴2底端与下心轴9螺纹连接，下心轴9的下方设有节流头18；下心轴9的管口处设有平衡套17，平衡套17上方的下心轴9上设有平衡活塞16；上心轴2外设有复位弹簧4，复位弹簧4顶部设有弹簧垫3，复位弹簧4底部设有销钉座5，销钉座5经销钉6与本体1连接；本体1上设有一组螺旋翼20（通常情况下可在本体1的中部外圆表面加工出三条螺旋翼20），每条螺旋翼20上均设有一组圆孔，每个圆孔内均设有扶正块8，扶正块8底部与套在上心轴2上的一组斜面体7滑动连接；下心轴9上套有旋转套12和滑套13，旋转套12顶端与下心轴9的台阶之间设有轴承11和调位垫片10；旋转套12滑套13外套有外滑套14，外滑套14与滑套13之间设有变位弹簧15。如图2和图3所示，外滑套14的内圆面间隔均布有浅键槽21、深键槽22和变深键槽23三种形式的键槽：变深键槽23沿槽长方向分为两段以上，槽深为等差阶梯状；外滑套14的端部设有棘齿30。如图4所示，旋转套12为圆筒状，筒壁上均布有一组滑键24，旋转套12与滑套13连接一端的滑键24端面为斜面25。如图5所示，滑套13为圆筒状，滑套13与旋转套12的连接面为齿形面26；滑套13的外圆上设有一组凸台27。如图6所示，斜面体（7）为圆柱体，沿圆柱体的外圆均布有一组斜切面（28），斜切面（28）上设有燕尾槽（29），燕尾槽（29）与扶正块（8）底部的燕尾滑动连接。

上述变径稳定器的变径方法为，如图1所示，该方法是通过井上的泥浆泵启动次数遥控井下变径稳定器的变径状态；泥浆泵每启动一次变径稳定器上的扶正块被本体内轴向移动的斜面体从本体内向外推出一段距离，从而实现变径稳定器的变径过程；当扶正块伸出至最大直径状态后，再次启动泥浆泵后变径稳定器复位至最小直径状态，重复循环上述过程；记录启动次数便可知井下变径稳定器的直径状态。斜面体与心轴同步轴向移动，心轴上设有齿面周向啮合控制换位机构，通过齿面周向啮合控制换位机构实现斜面体轴向移动量的切换，斜面体向上移动量越大扶正块向外推出的距离也越大，最终实现变径稳定器的直径变换。齿面周向啮合控制换位机构包括旋转套、滑套、外滑套和变位弹簧，旋转套和滑套与心轴同步轴向移动，旋转套上的滑键与外滑套上的键槽滑动连接，键槽深度不同，通过切换不同深度的键槽限制斜面体轴向移动量以实现控制扶正块向外推出的距离，从而改变扶正块的旋转外径。旋转套与心轴滑动连接，当心轴下行时，通过外滑套上的棘齿推动旋转套旋转一个齿距，实现不同深度键槽的切换。

实施例

本例以可以改变三种不同直径的变径稳定器为例作具体说明。如图1所示，包括本体1，本体1外部有三条螺旋翼，每条螺旋翼有五个圆孔，这是扶正块8的安装位置，扶正块8下部加工有斜向燕尾结构，燕尾结构安装于斜面体7的斜向燕尾槽内，每个斜面体加工有三个燕尾槽，每个斜面体配三个扶正块8。当斜面体7向下运动时通过燕尾槽结构带动扶正块8向直径方向移动，扶正块8支撑扶正外径就会变化，达到改变扶正外径的功能，当关掉泥浆泵后，从而带动斜面7体向上运动，相应带动扶正块8向内收回，当斜面体7向上运动其前端接触到上一个斜面体7相连的扶正块8后，达到最大上行的上终点，即工具的自由状态，此时扶正块8顶部低于本体1三条螺旋翼外圆表面。开泵后上心轴2向下运行时带动下心轴9向下运行。轴承11和旋转套12安装在下心轴9外圆上，滑套13通过表面凸台与外滑套14内的键槽相配合，并且可以上下滑动，滑套13下部和外滑套14之间安装有变位弹簧15，外滑套14下端通过外部螺纹与本体1相固定连接，当下心轴9向下运动到最大下行终点时，下心轴9的内径与节流头18上部接触，这时会产生一个压力变化，井口操作人员通过泵压的变化，可以快速判断稳定器的扶正块8伸出位置情况。

本发明的工作过程及原理

当关泵状态时，稳定器处于初始状态，这时斜面体7、扶正块8和本体1构成限位机构，扶正块8低于本体1三条螺旋翼外圆表面，此时，滑套13被变位弹簧15推动在外滑套14的键槽滑动向上运行最大位置，滑套13和旋转套12的齿面相互啮合，旋转套12与外滑套14端部的齿面相脱离。外滑套14的一个端面加工有连续棘齿形结构，这种齿形结构可以和旋转套12端面的齿形结构相啮合，外滑套14内圆面加工有三种形式的键槽：第一种是浅键槽，可与滑套13外表面的凸台相配合滑动；第二种是深键槽，可以与旋转套12表面的三根滑键相配合滑动；第三种介于前两种之间，前半部是深键槽，后半部是浅键槽，深键槽部分可与旋转套12的滑键相配合滑动，当旋转套12的齿面前端滑动到浅键槽时浅键槽起到限位作用。

当第一次开泵，泥浆作用在上心轴2端面，在泥浆的作用下上心轴2向下运行，同时带动斜面体7、下心轴9、调位垫片10、轴承11、旋转套12和滑套13同步向下运行，当旋转套12齿面与外滑套14齿面相互接触时，旋转套12齿面相对外滑套14齿面滑动，同时旋转套12周向发生转动，当齿面完全啮合后旋转套12的滑键与外滑套14上的键槽完全对齐，但是这时旋转套12上的滑键处于外滑套14浅键槽位置，旋转套12被限定位置，不能再下行，此时是可变三个以上直径的液压变径稳定器为第一工作位置，扶正块8与本体螺旋翼平齐。当停泵后在内部两个弹簧的作用下，刚才向下运动的部件开始上行，斜面体7带动扶正块8向内回收，当旋转套12端面齿部脱离外滑套14端面的齿面时，旋转套12齿面相对滑套13齿面滑动，使旋转套12同时发生转动，内部部件上行到上终点停止运行。

第二次开泵，旋转套12和滑套13同步向下运行，当旋转套12齿面与外滑套14齿面相互接触时，旋转套12齿面相对外滑套14齿面滑动，旋转套12周向同时发生转动，当齿面完全啮合后旋转套12的滑键与外滑套14上的键槽完全对齐，但是这时旋转套12上的滑键处于外滑套14另一种前深后浅的键槽位置，旋转套12继续下行，其滑键在外滑套14深键槽滑行，当滑行到深键槽根部时，旋转套12被限定位置，不能再下行，运动同时斜面体7带动扶正块8向外伸出，高于本体1三条螺旋翼表面外圆到一个稳定的扶正位置，这是第二个工作位置，停泵后工具重新回到初始状态。扶正块8完全收回低于螺旋翼。

第三次开泵，旋转套12和滑套13同步向下运行，当旋转套12齿面与外滑套14齿面相互接触时，旋转套12齿面相对外滑套14齿面滑动，旋转套12周向同时发生转动，当齿面完全啮合后旋转套12的滑键和外滑套14上的深键槽完全对齐，旋转套12继续下行，其滑键在外滑套14深键槽滑行，当滑行到外滑套14端面齿部与轴承11接触时，旋转套12被限定位置，不能再下行，这是斜面体7带动扶正块8向外伸出最大，高于本体1三条螺旋翼表面外圆到一个最大稳定的扶正位置，这是第三个工作位置，这时下心轴9尾部内径与节流头18顶部接触，会产出一个压力损失，泵压表会升高，司钻操作者会很容易判断可变三个以上直径的液压变径稳定器的工作情况。停泵后工具重新回到初始状态。扶正块8顶部完全收回到低于螺旋翼。改变调整垫片10的厚度，可以改变下心轴9的下行距离，从而可以少量改变扶正块8顶部形成的扶正外圆尺寸。

可变三个以上直径的液压变径稳定器每个周期通过开关三次泵压工作循环，即开--关、开--关、开--关。每次开泵时对应一种扶正工作状态，第一次开泵为最小扶正尺寸状态，这时扶正块8顶部与本体1三条螺旋翼表面平齐；第二次开泵时扶正块8顶部向外伸出，高于本体1螺旋翼表面，这是中间扶正尺寸状态；第三次开泵，扶正块8顶部向外伸出最大距离，这时为最大扶正外圆尺寸，可以根据泵压是否升高判断稳定器的工作位置情况。

Claims (6)

1.一种可变三个以上直径的液压变径稳定器，其特征在于：包括本体（1），本体（1）底部与下接头（19）螺纹连接；本体（1）上端的孔内设有上心轴（2），上心轴（2）底端与下心轴（9）螺纹连接，下心轴（9）的下方设有节流头（18）；下心轴（9）的管口处设有平衡套（17），平衡套（17）上方的下心轴（9）上设有平衡活塞（16）；上心轴（2）外设有复位弹簧（4），复位弹簧（4）顶部设有弹簧垫（3），复位弹簧（4）底部设有销钉座（5），销钉座（5）经销钉（6）与本体（1）连接；本体（1）上设有一组螺旋翼（20），每条螺旋翼（20）上均设有一组圆孔，每个圆孔内均设有扶正块（8），扶正块（8）底部与套在上心轴（2）上的一组斜面体（7）滑动连接；下心轴（9）上套有旋转套（12）和滑套（13），旋转套（12）顶端与下心轴（9）的台阶之间设有轴承（11）和调位垫片（10）；旋转套（12）滑套（13）外套有外滑套（14），外滑套（14）与滑套（13）之间设有变位弹簧（15）；所述外滑套（14）的内圆面间隔均布有浅键槽（21）、深键槽（22）和变深键槽（23）三种形式的键槽：变深键槽（23）沿槽长方向分为两段以上，槽深为等差阶梯状；外滑套（14）的端部设有棘齿（30）；所述旋转套（12）为圆筒状，筒壁上均布有一组滑键（24），旋转套（12）与滑套（13）连接一端的滑键（24）端面为斜面（25）；所述滑套（13）为圆筒状，滑套（13）与旋转套（12）的连接面为齿形面（26）；滑套（13）的外圆上设有一组凸台（27）。

2.根据权利要求1所述变径稳定器，其特征在于：所述斜面体（7）为圆柱体，沿圆柱体的外圆均布有一组斜切面（28），斜切面（28）上设有燕尾槽（29），燕尾槽（29）与扶正块（8）底部的燕尾滑动连接。

3.一种用于权利要求1-2任一权利要求所述变径稳定器的变径方法，其特征在于：该方法是通过井上的泥浆泵启动次数遥控井下变径稳定器的变径状态；泥浆泵每启动一次变径稳定器上的扶正块被本体内轴向移动的斜面体从本体内向外推出一段距离，从而实现变径稳定器的变径过程；当扶正块伸出至最大直径状态后，再次启动泥浆泵后变径稳定器复位至最小直径状态，重复循环上述过程；记录启动次数便可知井下变径稳定器的直径状态。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述斜面体与心轴同步轴向移动，心轴上设有齿面周向啮合控制换位机构，通过齿面周向啮合控制换位机构实现斜面体轴向移动量的切换，斜面体向上移动量越大扶正块向外推出的距离也越大，最终实现变径稳定器的直径变换。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述齿面周向啮合控制换位机构包括旋转套、滑套、外滑套和变位弹簧，旋转套和滑套与心轴同步轴向移动，旋转套上的滑键与外滑套上的键槽滑动连接，键槽深度不同，通过切换不同深度的键槽限制斜面体轴向移动量以实现控制扶正块向外推出的距离，从而改变扶正块的旋转外径。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于：所述旋转套与心轴滑动连接，当心轴下行时，通过外滑套上的棘齿推动旋转套旋转一个齿距，实现不同深度键槽的切换。