CN106368621A - 一种多级可变径稳定器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级可变径稳定器;属于石油钻井工具技术领域。包括上筒体、下筒体、连接头、芯轴和中心管；上筒体一端螺纹安装有连接头；上筒体另一端螺纹安装有下筒体，下筒体内通过复位弹簧装有中心管；中心管上套装有芯轴，所述的芯轴为变径轴，芯轴下端的小径处通过推力轴承A和推力轴承B装有行程控制轮。该稳定器结构简单，变径工艺操作简便、井下安全可靠性高，解决了现有工具结构复杂、现场变径工艺操作繁琐，井下安全可靠性低的问题。该稳定器可有效减少井下钻具的起下钻次数、提高钻井效率、降低钻井成本。

Description

一种多级可变径稳定器

技术领域

本发明涉及一种多级可变径稳定器;属于石油钻井工具技术领域。

背景技术

目前国内定向井、水平井钻井中多采用弯螺杆配合MWD、LWD等井下仪器进行井眼轨迹的控制，当造斜率过大或过小时，则需要起下钻更换适宜的螺杆，以满足井眼轨迹要求；此外，当井斜变化出现异常，需要增斜或降斜时，则需要更换钻具组合，从而增加了劳动强度和井下事故发生的风险。目前国外贝克休斯、哈里伯顿等公司研制的遥控变径稳定器，通过改变井下稳定器的直径来改变井下钻具组合的力学特性，可更好地控制井斜，满足现场增斜、降斜工艺要求，从而可减少井下钻具的起下钻次数、提高钻井效率、降低钻井成本，但其存有购置成本过高的不足，而这方面技术国内相对起步较晚，所研制的可变径稳定器较国外仍有一定差距，且多存在工具结构复杂、现场变径工艺操作繁琐、井下安全可靠性低的问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结构简单，变径工艺操作简便、井下安全可靠性高，可有效减少井下钻具的起下钻次数、提高钻井效率，降低钻井成本的多级可变径稳定器。

本发明的技术方案是：

一种多级可变径稳定器，包括上筒体、下筒体、连接头、芯轴和中心管；其特征在于：上筒体一端螺纹安装有连接头；上筒体另一端螺纹安装有下筒体，下筒体内通过复位弹簧装有中心管；中心管上套装有芯轴，所述的芯轴为变径轴，芯轴下端的小径处通过推力轴承A和推力轴承B装有行程控制轮。

所述的行程控制轮上方的芯轴圆周上均布有多个楔形凸块，楔形凸块在芯轴圆周上呈螺旋状设置。

所述的行程控制轮的上设置有导向滑槽，与行程控制轮对应的下筒体上设置有销钉，销钉的一端延伸至导向滑槽内与导向滑槽滑动连接。

所述的导向滑槽为连续的人字形。导向滑槽在程控制轮上呈对称设置，导向滑槽之间相互连通。

所述的上筒体为变径体，上筒体的圆周上设置有凸起，凸起上均布有多个流道，流道之间的凸起上设置有多个伸缩孔，所述的流道和伸缩孔分别呈螺旋状设置。

所述的伸缩孔内通过压盖和弹簧活动安装有伸缩块；伸缩块与楔形凸块滑动贴合连接。

所述的伸缩块由底座和伸缩杆构成，伸缩杆通过底座弹簧安装在底座上，伸缩杆的顶部为圆弧形。

所述的楔形凸块与行程控制轮之间的芯轴上均布有限位槽，与限位槽对应的下筒体内壁上设置有限位槽键，限位槽键与限位槽滑动配合连接。

本发明的优点在于：

该多级可变径稳定器结构简单，变径工艺操作简便、井下安全可靠性高，工作时，通过限位槽键与限位槽的配合使芯轴仅能相对本体沿轴向移动而不能周向转动。通过销钉和导向滑槽的配合可控制芯轴的移动行程，进而控制伸缩块的伸缩直径，解决了现有工具结构复杂、现场变径工艺操作繁琐，井下安全可靠性低的问题。该多级可变径稳定器可有效减少井下钻具的起下钻次数、提高钻井效率、降低钻井成本。

附图说明

图1为本发明发明的结构示意图；

图2为本发明发明的剖视结构示意图；

图3为本发明发明的芯轴的结构示意图；

图4为本发明发明的行程控制轮的结构示意图；

图5为本发明发明的上筒体的剖视结构示意图；

图6为本发明发明的伸缩块的结构示意图；

图7为本发明发明行程控制轮上的导向滑槽的展开示意图。

图中：1、上筒体，2、下筒体，3、连接头，4、芯轴，5、中心管，6、复位弹簧，7、凸起，8、流道，9、伸缩孔，10、伸缩块，11、底座，12、伸缩杆，13、底座弹簧，14、推力轴承A，15、推力轴承B，16、行程控制轮，17、楔形凸块，18、限位槽，19、限位槽键，20、导向滑槽，21、销钉，22、连接点A，23、连接点B，24、转折点。

具体实施方式

该多级可变径稳定器包括上筒体1、下筒体2、连接头3、芯轴4和中心管5。上筒体1为变径体，上筒体1的圆周上设置有凸起7，凸起7上均布有多个流道8，流道8之间的凸起7上设置有多个伸缩孔9，流道8和伸缩孔9分别呈螺旋状设置。伸缩孔9内通过压盖和弹簧活动安装有伸缩块10。伸缩块10由底座11和伸缩杆12构成，伸缩杆12通过底座弹簧13安装在底座11上，伸缩杆12的顶部为圆弧形。

流道8和伸缩孔9分别呈螺旋状设置的目的，一是在工作时借助流道8改变泥浆流动状态，促进岩屑的运移，防止岩屑沉积导致卡钻；二是在工作时，借助螺旋状设置的伸缩孔9，可将伸缩孔9 内伸出的伸缩杆12分布在该稳定器的圆周上，从而保持该稳定器的居中。

上筒体1一端螺纹安装有连接头3；上筒体1另一端螺纹安装有下筒体2，下筒体2内通过复位弹簧6装有中心管5；中心管5上套装有芯轴4。芯轴4为变径轴，芯轴4下端的小径处通过推力轴承A14和推力轴承B15套装有行程控制轮16。

行程控制轮16上方的芯轴4圆周上均布有多个呈螺旋状设置的楔形凸块17；楔形凸块17的顶部为坡面；伸缩块10与楔形凸块17滑动贴合连接。楔形凸块17与行程控制轮16之间的芯轴4上均布有4条限位槽18，与限位槽18对应的下筒体1内壁上设置有限位槽键19，限位槽键19与限位槽18滑动配合连接。限位槽键19与限位槽18滑动配合的目的是限制芯轴4仅能沿轴向移动而不能周向转动。

该变径稳定器的行程控制轮16在芯轴4上可转动，行程控制轮16上对称设置有导向滑槽20，导向滑槽20之间相互连通；与行程控制轮20对应的下筒体1上设置有销钉21，销钉21的一端延伸至导向滑槽20内与导向滑槽20滑动连接（参见说明书附图1—6）。

导向滑槽20为连续的人字形（参见说明书附图7），导向滑槽20由右至左设置为一级槽、二级槽、三级槽、四级槽和五级槽，各级槽的底部为“∧”字形，各级槽的顶部为直行槽，各级直行槽的长度不等；各级槽底部的连接点A22为圆弧形，各级槽顶部的连接点B23为“∨”字形；各级槽底部的转折点24相对于直行槽呈偏心设置，连接点B23相对于连接点A22呈偏心设置。其作用是在工作中，连接点B23可引导销钉21顺利进入直行槽，转折点24可引导销钉21顺利进入下下级槽，并限制销钉21只能前行，不能后退。

该多级可变径稳定器的芯轴4、行程控制轮16、推力轴承和中心管5为联动体，可以沿轴向移动。中心管5下端的复位弹簧6主要提供中心管5和芯轴4等零部件构成的联动体向上移动的恢复力。芯轴4为一变截面圆柱体，轴线处制作有等截面流道。芯轴4的上端面与流道口面积差大，可以起到节流增压的作用。

连接头3一方面起到压紧芯轴4的作用，另一方面用于连接钻杆或其它钻具组合。该多级可变径稳定器的销钉21在导向滑槽20的分叉处可实现换向，可使销钉21进入不同轴线长度的直行槽内，由于直行槽轴向长度不一样，芯轴4沿轴向的移动距离也会发生改变，销钉21在导向滑槽20的最大移动距离与伸缩块10和楔形凸块17滑动距离相等，从而可防止伸缩块10和楔形凸块17脱离。导向滑槽20的各级槽分别对应一个伸缩块10的伸出长短，芯轴4沿轴线移动的距离决定了伸缩块10的伸缩程度，同时也就决定了该稳定器外径的大小。导向滑槽20可根据实际工况进行设计，包括调整级数、行程差等。具体工作过程为：

泥浆泵正常开启，该稳定器的芯轴4受到泥浆压力向下运动，并通过导向滑槽20压迫销钉21，从而使销钉21逐步进入至导向滑槽20的一级槽的上端，这一过程中，通过楔形凸块17与伸缩块10的滑动配合，可将伸缩块10最大顶出，此时该稳定器的外径最大。

降低泥浆泵出口压力后，在复位弹簧6的作用下，芯轴4向上移动；此时的销钉21在一级槽的上端逐步向下滑行（退出），并在转折点24的作用下顺利进入其底部的连接点A22处。再次增加泥浆泵出口压力，芯轴4再次向下运动，销钉21在连接点B23的作用下顺利进入二级槽的直行槽内并向最高点移动；如此循环进入三级槽、四级槽和五级槽。该多级可变径稳定器结构简单，变径工艺操作简便、井下安全可靠性高，解决了现有工具结构复杂、现场变径工艺操作繁琐，井下安全可靠性低的问题。该多级可变径稳定器可有效减少井下钻具的起下钻次数、提高钻井效率、降低钻井成本。

Claims (8)

1.一种多级可变径稳定器，包括上筒体（1）、下筒体（2）、连接头（3）、芯轴（4）和中心管（5）；其特征在于：上筒体（1）一端螺纹安装有连接头（3）；上筒体（1）另一端螺纹安装有下筒体（2），下筒体（2）内通过复位弹簧（6）装有中心管（5）；中心管（5）上套装有芯轴（4），所述的芯轴（4）为变径轴，芯轴（4）下端的小径处通过推力轴承A（14）和推力轴承B（15）装有行程控制轮（16）。

2.根据权利要求1所述的一种多级可变径稳定器，其特征在于：所述的行程控制轮（16）上方的芯轴（4）圆周上均布有多个楔形凸块（17），楔形凸块（17）在芯轴（4）圆周上呈螺旋状设置。

3.根据权利要求1所述的一种多级可变径稳定器，其特征在于：所述的行程控制轮（16）上设置有导向滑槽（20），与行程控制轮（16）对应的下筒体（2）上设置有销钉（21），销钉（21）的一端延伸至导向滑槽（20）内与导向滑槽（20）滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种多级可变径稳定器，其特征在于：所述的导向滑槽（20）为连续的人字形；导向滑槽在（20）程控制轮（16）上呈对称设置，导向滑槽（20）之间相互连通。

5.根据权利要求1所述的一种多级可变径稳定器，其特征在于：所述的上筒体（1）为变径体，上筒体（1）的圆周上设置有凸起（7），凸起（7）上均布有多个流道（8），流道（8）之间的凸起（7）上设置有多个伸缩孔（9），所述的流道（8）和伸缩孔（9）分别呈螺旋状设置。

6.根据权利要求5所述的一种多级可变径稳定器，其特征在于：所述的伸缩孔（9）内通过压盖和弹簧活动安装有伸缩块（10）；伸缩块（11）与楔形凸块（17）滑动贴合连接。

7.根据权利要求6所述的一种多级可变径稳定器，其特征在于：所述的伸缩块（10）由底座（11）和伸缩杆（12）构成，伸缩杆（12）通过底座弹簧（13）安装在底座（11）上，伸缩杆（12）的顶部为圆弧形。

8.根据权利要求6所述的一种多级可变径稳定器，其特征在于：所述的楔形凸块（17）与行程控制轮（16）之间的芯轴（4）上均布有限位槽（18），与限位槽（18）对应的下筒体（2）内壁上设置有限位槽键（19），限位槽键（19）与限位槽（18）滑动配合连接。