CN107401377A - 一种深井钻井抗摩减阻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种深井钻井抗摩减阻装置，属井下作业工具技术领域。它由上筒体、下筒体、滚筒、球篮、上滑筒和下滑筒构成；上筒体的一端装有下筒体；上筒体内套装有滚筒，滚筒一侧的下筒体内套装有球篮，球篮的端头通过滑套活动安装有球座，球篮一侧的下筒体内套装有上滑筒，上滑筒一端的中心孔内套装有下滑筒。该装置工作过程中通过球篮的下移，可迫使上滑筒与下筒体之间实现分离或啮合，以保证钻压的传递和减小托压，有效降低了钻柱与井壁的摩擦阻力，提高了钻井效率；解决了现有钻进过程中钻柱与井壁的摩擦阻力很大，极大的消减了钻井速度的问题，对深井钻井抗摩减阻具有积极的推广意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种深井钻井抗摩减阻装置，属井下作业工具技术领域。
背景技术
随着石油资源的日益减少，井下结构也日趋复杂。其中为了节约成本，更好的提高开采效率和产量而出现了越来越多的水平井和大斜井。但因为在水平井和大斜井的钻进过程中钻柱与井壁的摩擦阻力很大，极大的消减了钻井的速度，其中在钻柱不动时的钻进速度仅仅为钻柱转动时的钻进速度的20%、甚至更低，导致开采效率极大降低。为了应对这一问题，国内外也研发了不少如振荡器、推力器等相关工具，但由于设计和结构原因，致使应用效果欠佳，因此，有必要对其进行改进。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单、实用性好，工作过程中可实现上、下两端钻柱分离或啮合，以保证钻压的传递和减小托压，有效降低钻柱与井壁的摩擦阻力，提高钻井效率的深井钻井抗摩减阻装置。
本发明的技术方案是：
一种深井钻井抗摩减阻装置，它由上筒体、下筒体、滚筒、球篮、上滑筒和下滑筒构成；其特征在于：上筒体的一端螺纹安装有下筒体；下筒体的端头螺纹安装有密封头，上筒体内套装有滚筒，滚筒的圆周上均布有限位槽，与滚筒对应的上筒体上设置有限位销钉，滚筒通过限位槽和限位销钉的配合与上筒体滑动连接；滚筒一侧的下筒体内套装有球篮，球篮的端头通过滑套活动安装有球座，球篮一侧的下筒体内套装有上滑筒，上滑筒一端的中心孔内套装有下滑筒，下滑筒的端头螺纹安装有钻柱，钻柱的一端通过密封头延伸至下筒体外端。
所述的滚筒端头螺纹安装有密封帽。
所述的滑套一侧通过套筒螺纹安装有定位套，滑套通过套筒与滚筒卡接。
所述的套筒与定位套和滑套之间设置有滚珠。
所述的球篮为变径体，球篮下端小径处的球篮圆周上均布有过流孔。
所述的球篮外表圆周上和下筒体内壁上分别设置有台肩，台肩之间的球篮上套装有复位弹簧。
所述的复位弹簧一端的下筒体内壁上设置有球座凹，球座与球座凹滑动接触连接。
所述的球座为两个半圆对接形成的圆筒状，球座的内壁截面呈喇叭状。
所述的球篮与上滑筒之间设置有垫块，垫块呈X型，垫块的圆周上设置有液流槽。
所述的上滑筒一端的圆周上均布有滑键，与上滑筒对应的下筒体内壁上均布键槽，上滑筒与下筒体之间通过滑键与键槽的配合滑动连接。
所述的滑键与键槽的对应的端头分别呈锥形。
所述的上滑筒中心孔内的下滑筒圆周上均布有下滑筒滑键，与下滑筒滑键对应的上滑筒内壁上均布有上滑筒滑键槽，上滑筒与下滑筒之间通过上滑筒滑键槽和下滑筒滑键的配合滑动连接。
所述的上滑筒中心孔内的下滑筒端头装有密封圈。
所述的钻柱上通过挡块安装有推力轴承。
所述的上滑筒圆周上设置有凸起，凸起与挡块之间的上滑筒圆周上套装有上滑筒复位弹簧。
所述的限位槽由轴向槽和周向槽构成，多个轴向槽在滚筒圆周上均布，轴向槽一端的滚筒圆周上设置有，轴向槽与周向槽连通；所述的周向槽为由多个Y型槽相互连通构成。
本发明的有益效果在于：
该深井钻井抗摩减阻装置，工作过程中通过球篮的下移，可迫使上滑筒与下筒体之间实现分离或啮合，以保证钻压的传递和减小托压，有效降低了钻柱与井壁的摩擦阻力，提高了钻井效率；解决了现有钻进过程中钻柱与井壁的摩擦阻力很大，极大的消减了钻井速度的问题，该深井钻井抗摩减阻装置具有结构简单、实用性好的特点，对深井钻井抗摩减阻具有积极的推广意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的A处放大结构示意图；
图3为图1中的B处放大结构示意图；
图4为图1中的C处放大结构示意图；
图5为本发明的上滑筒的结构示意图；
图6为本发明的下滑筒的结构示意图；
图7为本发明的滚筒的结构示意图；
图8为本发明的垫块的截面结构示意图；
图中：1、上筒体，2、下筒体，3、滚筒，4、球篮，5、上滑筒，6、下滑筒，7、密封头，8、密封帽，9、轴向槽，10、周向槽，11、限位销钉，12、过流孔，13、滑套，14、球座，15、套筒，16、定位套，17、滚珠，18、复位弹簧，19、球座凹，20、垫块，21、液流槽，22、滑键，23、键槽，24、下滑筒滑键，25、上滑筒滑键槽，26、密封圈，27、钻柱，28、挡块，29、推力轴承，30、上滑筒复位弹簧，31、憋压球；32、A部，33、B部。
具体实施方式
该深井钻井抗摩减阻装置由上筒体1、下筒体2、滚筒3、球篮4、上滑筒5和下滑筒6构成。上筒体1的一端螺纹安装有下筒体2；下筒体2的端头螺纹安装有密封头7，上筒体1内套装有滚筒3，滚筒3端头螺纹安装有密封帽8,以保证滚筒3与上筒体1件的密封。滚筒3的圆周上均布有限位槽，限位槽由多个轴向槽9和周向槽10构成，多个轴向槽9在滚筒3圆周上均布，轴向槽9一端的滚筒3圆周上周向均布有周向槽10，周向槽由多个Y型槽相互连通构成；轴向槽9与周向槽10连通；与滚筒3对应的上筒体1上设置有限位销钉11，滚筒3通过限位槽和限位销钉11的配合与上筒体1滑动连接。
滚筒3一侧的下筒体2内套装有球篮4，球篮4为筒状变径体，球篮4下端小径处的球篮4圆周上均布有过流孔12。
球篮4的端头通过过滑套13活动安装有球座14，球座14为两个半圆对接形成的圆筒状，球座14的内壁截面呈喇叭状；滑套13与球座14之间相互卡接。滑套13一侧通过套筒15螺纹安装有定位套16，套筒15与定位套16和滑套13之间设置有滚珠17；滑套13通过套筒15与滚筒3卡接；通过滚珠17滚筒3可相对上筒体1和下筒体2转动。
球篮4外表圆周上和下筒体2内壁上分别设置有台肩，台肩之间的球篮4上套装有复位弹簧18；复位弹簧18一端的下筒体2内壁上设置有球座凹19，球座14与球座凹19滑动接触连接。
球篮4一侧的下筒体2内套装有上滑筒5，球篮4与上滑筒5之间设置有垫块20，垫块20截面呈X型，垫块20的圆周上设置有液流槽21。上滑筒5一端的圆周上均布有滑键22，与上滑筒5对应的下筒体2内壁上均布键槽23，上滑筒5与下筒体2之间通过滑键22与键槽23的配合滑动连接；滑键22与键槽23对应的端头分别呈锥形；工作过程中，在滑键22与键槽23的配合作用下，上滑筒5可随下筒体2转动。
上滑筒5另一端的中心孔内套装有下滑筒6，上滑筒5中心孔内的下滑筒6一端端头装有密封圈26，以保证上滑筒5与下滑筒6之间的密封；下滑筒6端头圆周上均布有下滑筒滑键24，与下滑筒滑键24对应的上滑筒5内壁上均布有上滑筒滑键槽25，上滑筒5与下滑筒6之间通过上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24的配合滑动连接。上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24对应的端头分别呈锥形；下滑筒6的另一端端头螺纹安装有钻柱27，钻柱27上通过挡块28安装有推力轴承29；钻柱27的一端通过密封头7延伸至下筒体2外端。
上滑筒5圆周上设置有凸起，凸起与挡块28之间的上滑筒5圆周上套装有上滑筒复位弹簧30。
该深井钻井抗摩减阻装置适用于大位移井、水平井和大斜井的钻进工作；工作时，钻进液由上筒体1经滚筒3、球座14进入球篮4，然后经球篮4上的过流孔12流出，再经垫块20上的液流槽21、上滑筒5、下滑筒6和钻柱27作用至钻头上；正常状态下，上滑筒5随下筒体2转动，由于上滑筒5与下滑筒6之间通过上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24的配合滑动连接，上滑筒5转动的过程中可带动下滑筒6随之转动，从而带动钻柱27转动；进而通过螺杆带动钻头转动。
在定向钻井需要调整方位时，由于钻柱与钻柱与井壁的摩擦阻力大，因此需要切断上部钻柱的旋转动力输出；使上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24之间脱离啮合状态；具体过程为：
将憋压球31由上筒体1投入，憋压球31经滚筒3进入至球座14处，并被球座14卡住形成密封憋压，在钻进液的压力作用下；憋压球31通过球座14推动球篮4下行，这一过程中，由于滑套13与球座14之间相互卡接，且滑套13通过套筒15与滚筒3卡接；球篮4下行时带动滚筒3下行，同时压缩复位弹簧18使其蓄能。
球篮4下行过程中，通过垫块20推动上滑筒5沿键槽23下行，由于上滑筒5与下滑筒6之间通过上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24的配合滑动连接。上滑筒5沿键槽23下行过程中，上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24的配合状态解除（脱离啮合），由此上滑筒5与下滑筒6之间的旋转动力传输中断。由于滑键22与键槽23之间的行程大于上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24之间的行程；上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24之间脱离啮合时，滑键22与键槽23之间还是处于啮合状态。
憋压球31通过球座14推动球篮4下行过程中，限位销钉11同时也在滚筒3的限位槽中轴向滑动，当限位销钉11滑动至限位槽的轴向槽9和周向槽10连接处时，球座14也同时下行至下筒体2内壁的球座凹19处，在压力作用下球座14继续下行并进入球座凹19中，与此同时，限位销钉11同时进入限位槽的周向槽10中。
进入球座凹19中的球座14由于受到的径向压力得以释放，球座14的内孔相应扩大，憋压球31所受到的压力及球座14对其形成的阻碍力消除，憋压球31穿过球座14掉落于球篮4底部的小径处暂存；此时该装置的内部流道连通。
憋压球31掉落于球篮4底部的小径处暂存过程中，由于球篮4所受的压力消失，同时也在复位弹簧18的作用下；球篮4推动滚筒3上行复位，这一过程中，在周向槽10的导向作用下，限位销钉11进入至周向槽10的A部32，从而将滚筒3卡住，使其不能上行，由此使上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24的啮合脱离状态得以保持。限位销钉11进入至周向槽10的A部32时，球座14由下筒体2内壁的球座凹19内推出，进入再次接球准备状态。
当方位调整完成后，该装置需要回复正常状态时，即，需要上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24之间啮合时；具体过程为：
再次将憋压球31由上筒体1投入，加压以使滚筒3下行，从而使限位销钉11由周向槽10的A部32向上移动，此时在周向槽10的导向作用下和压力作用下滚筒3转动，球座14逐步进入下筒体2内壁的球座凹19内；限位销钉11进入至周向槽10的B部33的同时球座14进入球座凹19内；憋压球31掉落，在复位弹簧18的作用下，球篮4推动滚筒3上行复位，使限位销钉11由周向槽10的B部33处退出，进入至另一周向槽10的A部32处，当限位销钉11进入至另一周向槽10的A部32时，球座14再次由下筒体2内壁的球座凹19内推出，进入又一的次接球准备状态；如此循环直至限位销钉11进入限位槽的另一轴向槽9内。
当限位销钉11进入限位槽的另一轴向槽9内后，在复位弹簧18及上滑筒复位弹簧30的作用下；带动滚筒3、球篮4和上滑筒5上行复位；由于上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24对应的端头分别呈锥形；上滑筒5上行复位时，上滑筒滑键槽25和下滑筒滑键24即可顺利地实现相互啮合，由此上部钻柱的旋转动力可顺利输出。
该深井钻井抗摩减阻装置可极大的提高在水平井、大位移井中的钻井效率，通过上滑筒与下筒体之间的分离或啮合，以保证钻压的传递和减小托压，有效降低了钻柱与井壁的摩擦阻力，提高了钻井效率；解决了现有钻进过程中钻柱与井壁的摩擦阻力很大，极大的消减了钻井速度的问题，该深井钻井抗摩减阻装置具有结构简单、实用性好的特点，对深井钻井抗摩减阻具有积极的推广意义。
Claims (10)
1.一种深井钻井抗摩减阻装置，它由上筒体（1）、下筒体（2）、滚筒（3）、球篮（4）、上滑筒（5）和下滑筒（6）构成；其特征在于：上筒体（1）的一端螺纹安装有下筒体（2）；下筒体（2）的端头螺纹安装有密封头（7），上筒体（1）内套装有滚筒（3），滚筒（3）的圆周上均布有限位槽，与滚筒（3）对应的上筒体（1）上设置有限位销钉（11），滚筒（3）通过限位槽和限位销钉（11）的配合与上筒体（1）滑动连接；滚筒（3）一侧的下筒体（2）内套装有球篮（4），球篮（4）的端头通过滑套（13）活动安装有球座（14），球篮（4）一侧的下筒体（2）内套装有上滑筒（5），上滑筒（5）一端的中心孔内套装有下滑筒（6），下滑筒（6）的端头螺纹安装有钻柱（27），钻柱（27）的一端通过密封头（7）延伸至下筒体（2）外端。
2.根据权利要求1所述的一种深井钻井抗摩减阻装置，其特征在于：所述的滚筒（3）端头螺纹安装有密封帽（8）。
3.根据权利要求1所述的一种深井钻井抗摩减阻装置，其特征在于：所述的滑套（13）一侧通过套筒（15）螺纹安装有定位套（16），套筒（15）与定位套（16）和滑套（13）之间设置有滚珠（17）；滑套（13）通过套筒（15）与滚筒（3）卡接。
4.根据权利要求1所述的一种深井钻井抗摩减阻装置，其特征在于：所述的球篮（4）为变径体，球篮（4）下端小径处的球篮圆周上均布有过流孔（12）；球篮（4）外表圆周上和下筒体（2）内壁上分别设置有台肩，台肩之间的球篮（4）上套装有复位弹簧（18）。
5.根据权利要求4所述的一种深井钻井抗摩减阻装置，其特征在于：所述的复位弹簧（18）一端的下筒体（2）内壁上设置有球座凹（19），球座（14）与球座凹（19）滑动接触连接；球座（14）为两个半圆对接形成的圆筒状，球座（14）的内壁截面呈喇叭状。
6.根据权利要求1所述的一种深井钻井抗摩减阻装置，其特征在于：所述的球篮（4）与上滑筒（5）之间设置有垫块（20），垫块（20）呈X型，垫块（20）的圆周上设置有液流槽（21）。
7.根据权利要求1所述的一种深井钻井抗摩减阻装置，其特征在于：所述的上滑筒（5）一端的圆周上均布有滑键（22），与上滑筒（5）对应的下筒体（2）内壁上均布键槽（23），滑键（22）与键槽（23）对应的端头分别呈锥形，上滑筒（5）与下筒体（2）之间通过滑键（22）与键槽（23）的配合滑动连接。
8.根据权利要求7所述的一种深井钻井抗摩减阻装置，其特征在于：所述的上滑筒（5）中心孔内的下滑筒（6）圆周上均布有下滑筒滑键（24），与下滑筒滑键（24）对应的上滑筒（6）内壁上均布有上滑筒滑键槽（25），上滑筒（5）与下滑筒（6）之间通过上滑筒滑键槽（25）和下滑筒滑键（24）的配合滑动连接；上滑筒（5）中心孔内的下滑筒（6）端头装有密封圈（26）。
9.根据权利要求1所述的一种深井钻井抗摩减阻装置，其特征在于：所述的钻柱（27）上通过挡块（28）安装有推力轴承（29）；上滑筒（5）圆周上设置有凸起，凸起与挡块（28）之间的上滑筒（5）圆周上套装有上滑筒复位弹簧（30）。
10.根据权利要求1所述的一种深井钻井抗摩减阻装置，其特征在于：所述的限位槽由轴向槽（9）和周向槽（10）构成，多个轴向槽（9）在滚筒（3）圆周上均布，轴向槽（9）一端的滚筒（3）圆周上设置有（10），轴向槽（9）与周向槽（10）连通；所述的周向槽（10）为由多个Y型槽相互连通构成。
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