CN105863522A - 一种自润滑套筒式螺旋扶正器 - Google Patents

一种自润滑套筒式螺旋扶正器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自润滑套筒式螺旋扶正器，包括扶正器本体，在所述扶正器本体的外周形成有沿径向向外凸出的内圈体，所述内圈体沿轴向分别朝向两端的方向逐渐缩径形成；在所述内圈体的外周套设有相对于所述内圈体可旋转的套筒，所述套筒的内表面与所述内圈体的外周表面相适配且相互之间形成有间隙空间。本发明设计的自润滑套筒式螺旋扶正器的套筒脱离扶正器本体上的内圈体，与之形成间隙配合，并在接触表面镶有复合材料或者进行特殊工艺处理，使得套筒与扶正器本体之间形成一个类似自润滑关节轴承的结构，具有自润滑、自调心的技术性能和工作特点。

Description

一种自润滑套筒式螺旋扶正器
技术领域
本发明涉及地质钻探技术领域，更具体地说，涉及一种自润滑套筒式螺旋扶正器。
背景技术
螺旋扶正器是一种刚性满眼钻具稳定器，在钻柱适当位置组装一定数量的螺旋扶正器所形成的底部钻具组合既能在钻直井时防止井斜，钻定向井时控制井眼轨迹，又能使钻柱居中，保证测斜数据的准确性，提高钻头工作的稳定性。
现有技术的螺旋扶正器是在一根圆筒状钢体的有效扶正段上按照一定的尺寸车几根螺旋带，再在螺旋带上按照一定的排列规则镶多个保径合金块，这种结构设计可以改变环空钻井液的流速剖面，增加周向剪切驱动力使流经螺旋扶正器的钻井液做螺旋运动，减小钻进时的阻力，使钻井液顺畅地返上地面，减少卡钻事故的发生(梁贵和，关洪军，毛云.螺旋式扶正器与钻铤组合满眼防斜钻具在基岩地层深水井施工中的应用[J].水文地质工程地质.2005(1):99)，但是普通的螺旋扶正器在刚性较大的地层即基岩中使用效果明显，而在塑性较大的地层中效果相对较差，特别在吸水易膨胀的地层中易发生缩径，造成的卡钻、粘钻现象(梁贵和，关洪军，毛云.螺旋式扶正器与钻铤组合满眼防斜钻具在基岩地层深水井施工中的应用[J].水文地质工程地 质.2005(1):101)，并且在水平井和大斜度井中随着井斜的增大钻井液携带岩屑越来越困难，钻井液阻止岩屑沉淀的对流力小于岩屑顺粒的重力，岩屑在运移过程中缺乏再次加速的动力，易在环空底部或井眼低边形成岩屑床，造成井下复杂情况，影响后续施工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工作性能更可靠、具有减少卡钻风险能力的自润滑套筒式螺旋扶正器，解决了现有技术中在塑性较大的地层中使用效果差以及振动过大引起的垂直钻井仪器和随钻测井仪器失效的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种自润滑套筒式螺旋扶正器，包括扶正器本体，在所述扶正器本体的外周形成有沿径向向外凸出的内圈体，所述内圈体沿轴向分别朝向两端的方向逐渐缩径形成；在所述内圈体的外周套设有相对于所述内圈体可旋转的套筒，所述套筒的内表面与所述内圈体的外周表面相适配且相互之间形成有间隙空间。
在本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器中，所述套筒与所述内圈体之间设置有自润滑轴承结构。
在本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器中，所述自润滑轴承结构为在所述套筒内表面和/或所述内圈体外周表面镶设有具有外润滑面衬里的镶嵌纺织结构。
在本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器中，所述自润滑轴承结构为在所述内圈体的外周表面镀有磷化层、镀锌层或镀铬层；和/或所述套筒的内表面镀有磷化层、镀锌层或镀铬层。
在本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器中，所述套筒的内表面与所述内圈体的外周表面之间的间隙为1mm～5mm。
在本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器中，所述内圈体从中间位置沿轴向朝向两端逐渐缩径形成，且所述内圈体的两端逐渐过渡至所述扶正器本体的外周表面上。
在本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器中，所述内圈体与所述扶正器本体一体成型。
在本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器中，所述套筒的两端为边缘修凸结构。
在本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器中，所述套筒的外周表面上形成有均匀排列的依次交替的螺旋凸部和螺旋凹部，所述螺旋凸部的背向所述扶正器本体的一侧表面上设置有用于耐磨的保径合金齿。
在本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器中，所述螺旋凸部的数量为3～6个。
实施本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器，具有以下有益效果：本发明设计的自润滑套筒式螺旋扶正器，利用套筒和内圈体之间的间隙配合，形成一个类似自润滑关节轴承的结构，使其具有自润滑、自调心的技术性能和工作特点，套筒在环空钻井液的冲击下能够类似涡轮一样连续旋转，使钻井液再次加速并产生高速螺旋流场，使远离扶正器的钻井液旋流速度降低缓慢，增加旋流的有效长度，有利于进一步破碎岩屑以及携岩举升，避免形成岩屑床，尤其是当发生扶正器粘卡时，可以适当增加钻井液排量，使套筒可以高速旋转起来，破坏岩屑床，保证钻柱能够上提下放和旋转起来，减少卡钻风险；另外钻井液的流动对钻柱振动的影响是客观存在的，它对钻柱的振型和固有 频率的影响不可忽视，钻井液流体对多扶正器钻柱横振振型的影响，主要来源于流体的科氏惯性力，由于本发明的套筒脱离扶正器本体，与之形成间隙配合，使得钻井液螺旋流动产生的振动主要作用在套筒上，可以使载荷在套筒和本体之间分布合理，减少振动，从而保护底部钻具组合中的垂直钻井仪器或随钻测井仪器，避免振动过大引起的故障和失效。
附图说明
图1为本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器未安装套筒时的结构示意图；
图2为本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器安装套筒后的结构示意图；
图3为本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器的套筒的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器结构作进一步说明：
如图1所示，一种自润滑套筒式螺旋扶正器，包括扶正器本体1，该扶正器本体1为圆柱状，其中心轴线上开设有贯穿的通孔11，在扶正器本体1的外周形成有沿径向向外凸出的内圈体2，内圈体2沿轴向分别朝向两端的方向逐渐缩径形成，且内圈体2的两端逐渐过渡至扶正器本体1的外周表面上，优选地内圈体2是从内圈体2的中间位置沿轴向朝向两端逐渐缩径形成，这样有助于与下述的套筒3进行配合组装，使结构更牢固稳定。内圈体2的外周表面为具有一定弧度的外凸球面内圈。在本实施例中扶正器本体1与内圈体2一体成型，在其它实施例中也可以将内圈体2焊接至扶正器本体1上， 内圈体2的两端也可以过渡连接至扶正器本体1的两端处。
如图2所示，在内圈体2的外周套设有套筒3，套筒3的内表面与内圈体2的外周表面相适配且相互之间形成有间隙空间，这样由于内圈体2的外周表面呈弧形，因此套筒3的内表面与内圈体2的外周表面相适配使得套筒3的内表面也呈相应的弧形，即套筒3的内表面为具有一定弧度的内凹球面外圈，这样二者因弧形表面相互牵制使得套筒3相对于内圈体2沿轴向固定，同时这样设计增加了二者之间的接触面积，可以降低摩擦功率损耗和温升，使磨损速度下降；而二者之间的间隙空间使得套筒3可以相对于内圈体2自由旋转。在本实施例中，套筒3与内圈体2之间设置有自润滑轴承结构，该自润滑轴承结构为在内圈体2内表面和/或套筒3外周表面镶有的复合材料，如具有外润滑面衬里的镶嵌纺织结构等，进一步使得套筒3可以相对于内圈体2更加自由地旋转；自润滑轴承结构还可以为在内圈体2的外周表面和/或套筒3的内表面还可以进行特殊工艺处理，如镀有磷化层、镀锌层或镀铬层等，也可以喷涂，同样使得套筒3可以相对于内圈体2更加自由地旋转，同时还使得本发明的扶正器具有较大的承受载荷能力和抗冲击能力，还具有抗腐蚀、耐磨损等作用；另外润滑层为镶嵌纺织结构时，磷化层、镀锌层或镀铬层也可以镀设在镶嵌纺织结构上。在其它实施例中，套筒3与内圈体2之间还可以设计成滚珠结构实现润滑。
套筒3的内表面与内圈体2的外周表面之间的间隙优选为1mm～5mm，在本实施例中间隙为2mm，在其它实施例中还可以为1mm、3mm或5mm。选择适宜的间隙可以使载荷在套筒3和内圈体2之间分布合理，限制套筒3和内圈体2在轴向和径向的位移，进而使载荷在套筒3和扶正器本体1之间 分布合理，限制套筒3和扶正器本体1在轴向和径向的位移，以保证旋转精度，减少振动，从而保护底部钻具组合中的垂直钻井仪器或随钻测井仪器，避免振动过大引起的故障和失效。
如图3所示，套筒3的两端为边缘修凸结构31，降低了边缘效应产生的应力集中问题。套筒3的外周表面上形成有均匀排列的依次交替的螺旋凸部32和螺旋凹部33，螺旋凸部32的背向扶正器本体的一侧表面上设置有用于耐磨的保径合金齿(图中未标示)。通过选择合适数量的螺旋凸部32和螺旋凹部33以及螺旋凸部32的厚度、选择合适的螺旋凸部32和螺旋凹部33与扶正器本体1的中心轴线之间的夹角，即螺旋角，可以改变本发明的扶正器位置的环空流场的旋流速度，进而增加套筒3的旋转能力，增加防卡钻事故的能力，因此螺旋凸部32的数量优选为3～6个，由于螺旋凸部32与螺旋凹部33依次交替排列，螺旋凹部33的数量与螺旋凸部32的数量必然相同；螺旋凸部32的厚度根据扶正器设计的尺寸而定；而螺旋凹部33与螺旋凸部32分别与扶正器本体1的中心轴线之间的夹角，即螺旋角优选为20°～60°。
本发明设计的自润滑套筒式螺旋扶正器，利用套筒和内圈体之间的间隙配合，形成一个类似自润滑关节轴承的结构，使其具有自润滑、自调心的技术性能和工作特点。由于螺旋扶正器作用下的环空流场为螺旋衰减流，场环空螺旋流场压降和旋流速度呈非线性降低，且初始降低速率很快，随着远离螺旋扶正器，降低速率逐渐降低，最后转为线性降低。本发明通过特殊结构设计，套筒在环空钻井液的冲击下能够类似涡轮一样连续旋转，使钻井液再次加速并产生高速螺旋流场，使远离扶正器的钻井液旋流速度降低缓慢，增加旋流的有效长度，有利于进一步破碎岩屑以及携岩举升，避免形成岩屑床， 尤其是当发生扶正器粘卡时，可以适当增加钻井液排量，使套筒可以高速旋转起来，破坏岩屑床，保证钻柱能够上提下放和旋转起来，减少卡钻风险；另外钻井液的流动对钻柱振动的影响是客观存在的，它对钻柱的振型和固有频率的影响不可忽视，钻井液流体对多扶正器钻柱横振振型的影响，主要来源于流体的科氏惯性力，由于本发明的套筒脱离扶正器本体，与之形成间隙配合，并在接触表面镶有复合材料或者进行特殊工艺处理，使得钻井液螺旋流动产生的振动主要作用在套筒上，可以使载荷在套筒和本体之间分布合理，限制套筒和扶正器本体在轴向和径向的位移以保证旋转精度，减少振动，从而保护底部钻具组合中的垂直钻井仪器或随钻测井仪器，避免振动过大引起的故障和失效。其中扶正器本体和套筒的几何尺寸和配合间隙可以根据不同的要求选择不同的材料加工装配，使自润滑套筒式螺旋扶正器更好地适应不同的工作环境，而且可以通过改变套筒上的螺旋凸部、螺旋凹部和螺旋角的大小来改变螺旋扶正器位置的环空流场的旋流速度，进而增加套筒的旋转能力，增加防卡钻事故的能力。
本发明的自润滑套筒式螺旋扶正器提高了扶正器的携岩举升能力以及承受随机交变载荷能力，降低了振动对垂直钻井仪器和随钻测井仪器的影响，避免了井下复杂情况和仪器失效的发生。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进或变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自润滑套筒式螺旋扶正器，其特征在于，包括扶正器本体(1)，在所述扶正器本体(1)的外周形成有沿径向向外凸出的内圈体(2)，所述内圈体(2)沿轴向分别朝向两端的方向逐渐缩径形成；在所述内圈体(2)的外周套设有相对于所述内圈体(2)可旋转的套筒(3)，所述套筒(3)的内表面与所述内圈体(2)的外周表面相适配且相互之间形成有间隙空间。
2.根据权利要求1所述的自润滑套筒式螺旋扶正器，其特征在于，所述套筒(3)与所述内圈体(2)之间设置有自润滑轴承结构。
3.根据权利要求2所述的自润滑套筒式螺旋扶正器，其特征在于，所述自润滑轴承结构为在所述套筒(3)内表面和/或所述内圈体(2)外周表面镶设有具有外润滑面衬里的镶嵌纺织结构。
4.根据权利要求2所述的自润滑套筒式螺旋扶正器，其特征在于，所述自润滑轴承结构为在所述内圈体(2)的外周表面镀有磷化层、镀锌层或镀铬层；和/或所述套筒(3)的内表面镀有磷化层、镀锌层或镀铬层。
5.根据权利要求1所述的自润滑套筒式螺旋扶正器，其特征在于，所述套筒(3)的内表面与所述内圈体(2)的外周表面之间的间隙为1mm～5mm。
6.根据权利要求1所述的自润滑套筒式螺旋扶正器，其特征在于，所述内圈体(2)从中间位置沿轴向朝向两端逐渐缩径形成，且所述内圈体(2)的两端逐渐过渡至所述扶正器本体(1)的外周表面上。
7.根据权利要求1所述的自润滑套筒式螺旋扶正器，其特征在于，所述内圈体(2)与所述扶正器本体(1)一体成型。
8.根据权利要求1所述的自润滑套筒式螺旋扶正器，其特征在于，所述套筒(3)的两端为边缘修凸结构(31)。
9.根据权利要求1所述的自润滑套筒式螺旋扶正器，其特征在于，所述套筒(3)的外周表面上形成有均匀排列的依次交替的螺旋凸部(32)和螺旋凹部(33)，所述螺旋凸部(32)的背向所述扶正器本体(1)的一侧表面上设置有用于耐磨的保径合金齿。
10.根据权利要求9所述的自润滑套筒式螺旋扶正器，其特征在于，所述螺旋凸部(32)的数量为3～6个。
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