CN105781444B - 一种减扭降阻稳定器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种减扭降阻稳定器，其设有一呈管状的稳定器本体，所述稳定器本体的外侧由上至下依次设有一限位环、一能转动的扶正体及一锁紧环，其上下两端对应形成有母扣及公扣，所述扶正体的两端与所述限位环及锁紧环之间分别通过一端面密封装置相密封，所述锁紧环与所述稳定器本体螺纹连接。本发明的减扭降阻稳定器，在钻井作业时可以减扭降阻，以最大限度的降低钻井过程中的摩阻扭矩，保证钻井过程的安全、快速、顺利进行。
Description
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种减扭降阻稳定器。
背景技术
在油气钻井过程中，稳定器是非常重要的井下工具，可以起到直井防斜、控制井眼轨迹以及提高钻头工作稳定性的作用。但是，在钻井用稳定器的使用过程中，稳定器与井壁的摩阻较大，而扭矩也随之增大，严重时甚至造成无法下入的情况。
目前，稳定器的三种基本类型：刚性稳定器、不转动橡胶套稳定器和滚轮稳定器。其中，刚性稳定器包括螺旋状、直棱两种，均可做成长型或短型，以适应各种地层和工艺要求，是使用最广泛的稳定器，但在井下使用时，现有刚性稳定器的摩阻过大，不利于钻井的作业；不转动橡胶套稳定器的主要优点是不会破坏井壁，使用安全，但它不具备修整井壁的能力，加上受井下温度的限制，使用寿命低，所以应用范围很小。滚轮稳定器(也称牙轮铰孔器)的主要优点是有较强的修整井壁的能力，可保持井眼规则，主要用于研磨性地层，不适用于钻井作业。
有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种减扭降阻稳定器，以期解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种减扭降阻稳定器，在钻井作业时可以减扭降阻，以最大限度的降低钻井过程中的摩阻扭矩，保证钻井过程的安全、快速、顺利进行。
为此，本发明提出一种减扭降阻稳定器，其设有一呈管状的稳定器本体，所述稳定器本体的外侧由上至下依次设有一限位环、一能转动的扶正体及一锁紧环，其上下两端对应形成有母扣及公扣，所述扶正体的两端与所述限位环及锁紧环之间分别通过一端面密封装置相密封，所述锁紧环与所述稳定器本体螺纹连接。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，另设有一能使所述扶正体与所述稳定器本体相对转动的轴承部，所述轴承部套接于所述稳定器本体上，其两端对应与所述限位环及锁紧环相抵接，所述扶正体套设于所述轴承部的外侧。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，所述轴承部包括有两滚针轴承及设置在两所述滚针轴承之间的隔套，所述滚针轴承及隔套套接在所述稳定器本体上。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，所述滚针轴承包括有一内圈及多个滚针，所述内圈套接在所述稳定器本体上，各所述滚针能转动的嵌设在所述内圈上，并沿所述内圈的周向均布，所述扶正体与各所述滚针相接触。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，所述端面密封装置为一橡胶密封圈，两所述橡胶密封圈分别嵌设于所述限位环的下端面以及所述锁紧环的上端面处，并对应与所述扶正体的上端面及下端面相接触。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，所述限位环的下端面在靠近外边缘处凹设形成有一第一安装平面，所述第一安装平面上沿周向间隔设有多个第一圆弧槽，所述扶正体的上端面对应于各所述第一圆弧槽形成有一第一环槽，各所述第一圆弧槽与所述第一环槽之间分别嵌设有一第一滚珠。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，所述锁紧环的上端面在靠近外边缘处凹设形成有一第二安装平面，所述第二安装平面上形成有一第二环槽，所述扶正体的下端面对应于所述第二环槽沿周向间隔设有多个第二圆弧槽，各所述第二圆弧槽与所述第二环槽之间分别嵌设有一第二滚珠。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，所述限位环与所述扶正体之间的所述橡胶密封圈嵌设于所述第一安装平面上，并相邻于各所述第一滚珠的外侧，所述扶正体与所述锁紧环之间的所述橡胶密封圈嵌设于所述第二安装平面上，并相邻于各所述第二滚珠的外侧。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，所述第一圆弧槽及第一环槽的截面为与所述第一滚珠的形状相匹配的凹弧形状，所述第二圆弧槽及第二环槽的截面为与所述第二滚珠的形状相匹配的凹弧形状。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，所述扶正体的扶正条上安装有多个万向球，各所述万向球沿所述扶正条的长度方向间隔设置。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，所述锁紧环下端的外周面为正多边形。
如上所述的减扭降阻稳定器，其中，所述限位环凸设于所述稳定器本体的外周面，其与所述稳定器本体为一体成型，且所述限位环由其上段至下段的外径逐渐增大。
本发明提出的减扭降阻稳定器，通过设置稳定器本体、扶正体、锁紧套以及轴承部等，利用扶正体与稳定器本体的相对转动，既能极大的降低扭矩，也不影响直井防斜、控制井眼轨迹以及提高钻头工作稳定性的作用；通过在扶正体的扶正条上设置万向球，可以降低钻井过程眼沿井眼轴线方向的摩阻，达到辅助减扭的作用。万向球的功能不同于以往滚轮扶正器只能起到降低钻井过程眼沿井眼轴线方向的摩阻的作用。
总之，本发明的在钻井作业时可以减扭降阻，以最大限度的降低钻井过程中的摩阻扭矩，保证钻井过程的安全、快速、顺利进行。
附图说明
图1为本发明的减扭降阻稳定器外观示意图；
图2为本发明的减扭降阻稳定器剖视图；
图3为本发明的减扭降阻稳定器中稳定器本体的剖视图；
图4为图3中A处的局部放大图；
图5为图2中B处的局部放大图；
图6为图2中C处的局部放大图。
主要元件标号说明：
1 稳定器本体 11 限位环
111 第一安装平面 112 第一圆弧槽
2 扶正体 20 扶正条
21 第一环槽 22 第一滚珠
23 第二圆弧槽 24 第二滚珠
3 锁紧环 31 第二安装平面
32 第二环槽 4 橡胶密封圈
5 轴承部 51 滚针轴承
511 内圈 512 滚针
52 隔套 6 万向球
具体实施方式
本发明提出一种减扭降阻稳定器，其设有一呈管状的稳定器本体，所述稳定器本体的外侧由上至下依次设有一限位环、一能转动的扶正体及一锁紧环，其上下两端对应形成有母扣及公扣，所述扶正体的两端与所述限位环及锁紧环之间分别通过一端面密封装置相密封，所述锁紧环与所述稳定器本体螺纹连接。本发明的减扭降阻稳定器，在钻井作业时可以减扭降阻，以最大限度的降低钻井过程中的摩阻扭矩，保证钻井过程的安全、快速、顺利进行。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的减扭降阻稳定器的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。其中，相同的部件采用相同的标号。
图1为本发明的减扭降阻稳定器外观示意图；图2为本发明的减扭降阻稳定器剖视图；图3为本发明的减扭降阻稳定器中稳定器本体的剖视图；图4为图3中A处的局部放大图；图5为图2中B处的局部放大图；图6为图2中C处的局部放大图。
参见图1，本发明提出的减扭降阻稳定器，其设有一呈管状的稳定器本体1，所述稳定器本体1的外侧由上至下依次设有一限位环11、一能转动的扶正体2及一锁紧环3，其上下两端对应形成有母扣(内螺纹)及公扣(外螺纹)，可以分别与上部钻柱的公扣和下部钻柱的母扣相配合，在钻井过程中，上部钻柱带动所述稳定器本体1旋转，并通过所述稳定器本体1将扭矩传递到下部钻柱，稳定器本体1上下两端的丝扣也能越上越紧；
所述扶正体2的两端与所述限位环11及锁紧环3之间分别通过一端面密封装置相密封，所述锁紧环3与所述稳定器本体1螺纹连接，用以定位扶正体2等其他部件，保证本发明的顺利工作。其中，所述扶正体2通常又称为扶正套、扶正块等等，其为一内部空心的套筒结构，并在外侧面设置有直棱状或螺旋状的扶正条，由于为现有技术，在此不再赘述；而设置所述端面密封装置，在工作过程中能避免钻井液以及岩屑等杂物侵入造成内部磨损或失效，从而延长本发明的使用寿命。
较佳地，另设有一能使所述扶正体13与所述稳定器本体1相对转动的轴承部5，所述轴承部5套接于所述稳定器本体1上，其两端对应与所述限位环11及锁紧环3相抵接，以对所述轴承部5进行轴向定位，所述扶正体2套设于所述轴承部5的外侧。通过所述设置轴承部5，使所述扶正体13能与稳定器本体1产生相对转动，在钻井过程中，所述稳定器本体1顺时针旋转并带动轴承部5旋转时，而扶正体13可不随之旋转，极大的降低了扶正体13外层与井壁接触时造成的扭矩积累，有利于钻井过程中扭矩的传递和释放。
如图2所示，所述轴承部5包括有两滚针轴承51及设置在两所述滚针轴承51之间的隔套52，所述滚针轴承51及隔套52套接在所述稳定器本体1上，使得所述扶正体2对应套设在所述滚针轴承51及隔套52的外侧。其中，所述隔套52是用于限制所述滚针轴套151的轴向运动，其长度在实际组装时可根据具体需要加以选取。
在本发明中，为了避免所述扶正体2处的外径过大，采用的是无外圈的滚针轴承，具体而言，所述滚针轴承51包括有一内圈511及多个滚针(滚子)512，所述内圈511套接在所述稳定器本体1上，各所述滚针512能转动的嵌设在所述内圈511上，并沿所述内圈511的周向均布，所述扶正体2与各所述滚针512相接触。
其中，所述端面密封装置为一橡胶密封圈4，两所述橡胶密封圈4分别嵌设于所述限位环11的下端面以及所述锁紧环3的上端面处，并对应与所述扶正体2的上端面及下端面相接触。
请一并参见图4及图5，所述限位环11的下端面在靠近外边缘处凹设形成有一第一安装平面111，所述第一安装平面111上沿周向间隔设有多个第一圆弧槽112，所述扶正体2的上端面对应于各所述第一圆弧槽112形成有一第一环槽21，各所述第一圆弧槽112与所述第一环槽21之间分别嵌设有一第一滚珠22。
进一步地，所述锁紧环3的上端面在靠近外边缘处凹设形成有一第二安装平面31，所述第二安装平面31上形成有一第二环槽32，所述扶正体2的下端面对应于所述第二环槽32沿周向间隔设有多个第二圆弧槽23，各所述第二圆弧槽23与所述第二环槽32之间分别嵌设有一第二滚珠24。当所述稳定器本体1与所述扶正体2相对转动时，通过设置的所述第一滚珠22及第二滚珠24，能进一步降低所述扶正体2与限位环11及锁紧环3之间在相接处以及在各橡胶密封圈4处的摩擦力，使之能更好的保持与所述稳定器本体1之间处于相对转动状态。
如图5、图6，优选所述限位环11与所述扶正体2之间的所述橡胶密封圈4嵌设于所述第一安装平面111上，并相邻于各所述第一滚珠22的外侧，所述扶正体2与所述锁紧环3之间的所述橡胶密封圈4嵌设于所述第二安装平面31上，并相邻于各所述第二滚珠24的外侧。
如图所示，所述第一圆弧槽112及第一环槽21的截面为与所述第一滚珠22的形状相匹配的凹弧(圆弧)形状，所述第二圆弧槽23及第二环槽32的截面为与所述第二滚珠24的形状相匹配的凹弧(圆弧)形状。
为了降低本发明沿井眼轴线方向摩阻，所述扶正体2的扶正条20上安装有多个万向球6，各所述万向球6沿所述扶正条20的长度方向间隔设置。其中，万向球又称万向输送球、万向滚珠、钢球轮、牛眼等，在使用时，将万向球的支承底座直接安装在所述扶正条20上即可，组装简单方便。在图中示意性的设置了3个所述万向球6，实际应用中不以此为限。此外，通过设置所述万向球6，还可以起到一定的辅助减扭作用。
其中，所述锁紧环3下端的外周面为正多边形，例如正十二边形，从而形成一螺帽结构，以供扳手上紧及松扣时使用。
另外，所述限位环11凸设于所述稳定器本体1的外周面，其与所述稳定器本体1为一体成型，且所述限位环11由其上段11a至下段11b的外径逐渐增大，以使其中间部分为一斜坡式的结构，可以防止稳定器本体外径的突变造成对井壁的损害。
本发明提出的减扭降阻稳定器，在使用时，通过稳定器本体1上下两端的母扣及公扣，对应与上部钻柱的公扣和下部钻柱的母扣相配合，其工作原理是：
在钻井过程中，所述稳定器本体1随钻柱旋转，所述扶正体2在所述轴承部5的滚针轴承51、隔套52、各第一滚珠22及各第二滚珠24的共同作用下，可以不随钻柱的旋转而旋转，起到扶正功能，从而极大的减小了摩阻，橡胶密封圈4则保证了本发明内部的清洁；设置在扶正条20上的万向球6，一方面可以在沿井眼轴线方向钻进时降低摩阻，另一方面，可以在所述稳定器本体1旋转时起到一定的辅助减扭作用。
总之，在钻井过程中，本发明中的稳定器本体1顺时针旋转并带动轴承部5的内圈511旋转，而所述扶正体2可不随之旋转，极大的降低了稳定器外层与井壁接触时造成的扭矩积累，有利于钻井过程中扭矩的传递和释放。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种减扭降阻稳定器，其特征在于，所述减扭降阻稳定器设有一呈管状的稳定器本体，所述稳定器本体的外侧由上至下依次设有一限位环、一能转动的扶正体及一锁紧环，其上下两端对应形成有母扣及公扣，所述扶正体的两端与所述限位环及锁紧环之间分别通过一端面密封装置相密封，所述锁紧环与所述稳定器本体螺纹连接，所述扶正体的扶正条上安装有多个万向球，各所述万向球沿所述扶正条的长度方向间隔设置；
其中，所述端面密封装置为一橡胶密封圈，两所述橡胶密封圈分别嵌设于所述限位环的下端面以及所述锁紧环的上端面处，并对应与所述扶正体的上端面及下端面相接触；
其中，所述限位环的下端面在靠近外边缘处凹设形成有一第一安装平面，所述第一安装平面上沿周向间隔设有多个第一圆弧槽，所述扶正体的上端面对应于各所述第一圆弧槽形成有一第一环槽，各所述第一圆弧槽与所述第一环槽之间分别嵌设有一第一滚珠；
其中，所述锁紧环的上端面在靠近外边缘处凹设形成有一第二安装平面，所述第二安装平面上形成有一第二环槽，所述扶正体的下端面对应于所述第二环槽沿周向间隔设有多个第二圆弧槽，各所述第二圆弧槽与所述第二环槽之间分别嵌设有一第二滚珠。
2.如权利要求1所述的减扭降阻稳定器，其特征在于，另设有一能使所述扶正体与所述稳定器本体相对转动的轴承部，所述轴承部套接于所述稳定器本体上，其两端对应与所述限位环及锁紧环相抵接，所述扶正体套设于所述轴承部的外侧。
3.如权利要求2所述的减扭降阻稳定器，其特征在于，所述轴承部包括有两滚针轴承及设置在两所述滚针轴承之间的隔套，所述滚针轴承及隔套套接在所述稳定器本体上。
4.如权利要求3所述的减扭降阻稳定器，其特征在于，所述滚针轴承包括有一内圈及多个滚针，所述内圈套接在所述稳定器本体上，各所述滚针能转动的嵌设在所述内圈上，并沿所述内圈的周向均布，所述扶正体与各所述滚针相接触。
5.如权利要求1所述的减扭降阻稳定器，其特征在于，所述限位环与所述扶正体之间的所述橡胶密封圈嵌设于所述第一安装平面上，并相邻于各所述第一滚珠的外侧，所述扶正体与所述锁紧环之间的所述橡胶密封圈嵌设于所述第二安装平面上，并相邻于各所述第二滚珠的外侧。
6.如权利要求5所述的减扭降阻稳定器，其特征在于，所述第一圆弧槽及第一环槽的截面为与所述第一滚珠的形状相匹配的凹弧形状，所述第二圆弧槽及第二环槽的截面为与所述第二滚珠的形状相匹配的凹弧形状。
7.如权利要求1所述的减扭降阻稳定器，其特征在于，所述锁紧环下端的外周面为正多边形。
8.如权利要求1所述的减扭降阻稳定器，其特征在于，所述限位环凸设于所述稳定器本体的外周面，其与所述稳定器本体为一体成型，且所述限位环由其上段至下段的外径逐渐增大。
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