CN107795273B - 一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置 - Google Patents
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Abstract
一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，属于钻井、钻探领域，包括外钻头压力调节组件、内钻头压力调节组件和压力调节推杆组件，本发明利用传压轴承的特性，实现钻压由上部静止钻具传递到下部回转钻具，对上部钻具无扭矩作用，实现钻具的静动转换和压力传递；同时当内外钻头钻遇不同硬度地层时，本发明利用内外压力传感器和压力调节推杆的协同作用实现对加在内外钻头上钻压的自动调整，动态分配加在内钻头、外钻头上的钻压，使内钻头、外钻头在工作时能够协同作用，防止当钻遇不同岩层时内外钻头受力不均匀所导致内外双钻头磨损程度不同及卡钻的情况，可极大程度上提高钻头碎岩效率。
Description
技术领域
本发明属于钻井、钻探领域，特别涉及一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置。
背景技术
在钻井和钻探过程中，钻柱受到的回转扭矩很大，主要来自于钻头回转碎岩、井壁或孔壁摩擦、井内泥浆阻力等，在巨大的反扭力作用下钻柱变形严重，成螺旋状，且井越深变形越大。同时，在回转中钻柱与井壁碰撞摩擦，磨损和交变载荷作用极易使钻杆柱提前损坏，导致断钻具等井内事故的发生，给整个工程带来巨大损失。很明显，钻具在井内回转和碎岩产生的反扭矩危害到整个钻柱和地面设备，也导致了成井质量差、钻井周期长、钻井成本高等一系列不良后果。为此，现有技术中提出了“一种井下扭矩自平衡有缆钻具系统，专利文献申请号为201710082518.8”及“一种井下扭矩自平衡有缆钻具系统，专利文献公告号为CN206448779U”，从根本上解决钻柱回转钻进产生的反扭矩危害，改变钻头单向碎岩对围岩的扰动强度，简化地面钻探装备和配套的工具及工艺方法，实现井内事故少，钻井成本低、能耗小和钻进效率高等目的，但当内外钻头钻遇不同硬度地层时，内外钻头受力不均匀所导致内外双钻头磨损程度不同及卡钻的情况。
发明内容
本发明的目的为井下扭矩自平衡有缆钻具系统配套一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，内外压力传感器和压力调节推杆的协同作用实现对加在内外钻头上钻压的自动调整，动态分配加在内钻头、外钻头上的钻压，使内钻头、外钻头在工作时能够协同作用，使其达到动态平衡，防止当钻遇不同岩层时内外钻头受力不均匀所导致内外双钻头磨损程度不同及卡钻的情况。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，其特征是：该压力调节装置包括外钻头压力调节组件、内钻头压力调节组件和压力调节推杆组件，所述内钻头压力调节组件及压力调节推杆组件设置在外钻头压力调节组件内部，内钻头压力调节组件、压力调节推杆组件及外钻头压力调节组件的中心轴位于同一轴线上，且内钻头压力调节组件位于压力调节推杆组件下部；所述压力调节推杆组件包括压力调节推杆外壳及压力调节推杆，其中压力调节推杆外壳与外钻头压力调节组件固定连接，压力调节推杆位于压力调节推杆外壳内部，且其下端穿过压力调节推杆外壳与内钻头压力调节组件固定连接，压力调节推杆受力时沿着压力调节推杆外壳的轴向在其内部往复运动；
其中外钻头压力调节组件包括压力调节推杆外支撑管、推杆套外水道、外压力传感器上接头、外压力传感器、外压力传感器下接头、外钻头传压件、外钻头防脱件、外钻头传压轴承防脱件、外钻头传压轴承及外钻头传扭杆，所述压力调节推杆外支撑管位于推杆套外水道外部并与其同轴布置，压力调节推杆外支撑管及推杆套外水道下端均与外压力传感器上接头密封连接，所述外压力传感器上接头、外压力传感器、外压力传感器下接头、外钻头传压件、外钻头防脱件、外钻头传压轴承防脱件及外钻头传扭杆自上而下顺次密封连接，其中外压力传感器通过电缆线与地面控制终端连接；所述外钻头传压轴承内圈套设在外钻头传扭杆上，外钻头传压轴承内圈与外钻头传扭杆过盈配合连接，外钻头传压轴承外圈与外钻头传压件过盈配合连接；
其中内钻头压力调节组件包括推杆连接件、调压机构连接件、内压力传感器、内钻头传力接头、内钻头传压轴承、内钻头传压轴承防脱件及内钻头传扭杆，所述推杆连接件一端与压力调节推杆固定连接，推杆连接件的另一端自上而下顺次与调压机构连接件、内压力传感器、内钻头传力接头及内钻头传压轴承防脱件密封连接，其中内压力传感器通过电缆线与地面控制终端连接；所述内钻头传压轴承内圈套设在内钻头传扭杆上，内钻头传压轴承内圈与内钻头传扭杆过盈配合连接，内钻头传压轴承外圈与内钻头传压轴承防脱件过盈配合连接；所述内钻头传扭杆与位于外钻头压力调节组件内部的电机相连，且电机与地面控制终端连接。
优选的，所述推杆套外水道与外压力传感器上接头之间设有密封垫。
优选的，所述推杆连接件、调压机构连接件、内压力传感器、内钻头传力接头及内钻头传压轴承防脱件自上而下顺次丝扣连接，并在连接处设置有密封圈。
优选的，所述推杆连接件、调压机构连接件、内压力传感器、内钻头传力接头及内钻头传压轴承防脱件自上而下顺次扣接式连接，并在连接处设置有密封圈。
优选的，所述外压力传感器上接头、外压力传感器、外压力传感器下接头、外钻头传压件、外钻头防脱件、外钻头传压轴承防脱件及外钻头传扭杆自上而下顺次丝扣连接，并在连接处设置有密封圈。
优选的，所述外压力传感器上接头、外压力传感器、外压力传感器下接头、外钻头传压件、外钻头防脱件、外钻头传压轴承防脱件及外钻头传扭杆自上而下顺次扣接式连接，并在连接处设置有密封圈。
优选的，所述压力调节推杆外支撑管下端与外压力传感器上接头丝扣连接，并在连接处设置有密封圈。
优选的，所述压力调节推杆外支撑管下端与外压力传感器上接头扣接式连接，并在连接处设置有密封圈。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出了一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，包括外钻头压力调节组件、内钻头压力调节组件和压力调节推杆组件，本发明利用传压轴承的特性，实现钻压由上部静止钻具传递到下部回转钻具，对上部钻具无扭矩作用，实现钻具的静动转换和压力传递；同时当内外钻头钻遇不同硬度地层时，本发明利用内外压力传感器和压力调节推杆的协同作用实现对加在内外钻头上钻压的自动调整，动态分配加在内钻头、外钻头上的钻压，使内钻头、外钻头在工作时能够协同作用，防止当钻遇不同岩层时内外钻头受力不均匀所导致内外双钻头磨损程度不同及卡钻的情况，可极大程度上提高钻头碎岩效率，本发明的压力调节装置具能减少井内事故，钻井成本低、能耗小和钻进效率高等特点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明的一种井下扭矩自平衡双钻头的压力调节装置的结构示意图。
图2为本发明的一种井下扭矩自平衡双钻头的压力调节装置的立体示意图。
图中各标记如下：1-压力调节推杆外支撑管、2-推杆套外水道、3-压力调节推杆外壳、4-压力调节推杆、5-外压力传感器上接头、6-推杆连接件、7-调压机构连接件、8-外压力传感器、9-内压力传感器、10-外压力传感器下接头、11-内钻头传力接头、12-内钻头传压轴承、13-内钻头传压轴承防脱件、14-外钻头传压件、15-外钻头防脱件、16-外钻头传压轴承防脱件、17-外钻头传压轴承、18-外钻头传扭杆、19-内钻头传扭杆。
具体实施方式
为了更清楚地表明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细的叙述。
在本发明的描述中，需要解释的是，术语中“上下”指示的方位为基于附图所示的方位，仅是为了便于描述本发明和简化描述。
请参阅图1和图2所示，本发明提出了一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，该装置包括外钻头压力调节组件、内钻头压力调节组件和压力调节推杆组件，利用传压轴承的传压不传扭的特性，实现钻压由上部静止钻具传递到下部回转钻具，对上部钻具无扭矩作用，动态分配加在内钻头、外钻头上的钻压，使内钻头、外钻头在工作时能够协同作用，使其达到动态平衡，防止当钻遇不同岩层时内外钻头受力不均匀所导致内外双钻头磨损程度不同及卡钻的情况，可极大程度上提高钻头碎岩效率，所述内钻头压力调节组件及压力调节推杆组件设置在外钻头压力调节组件内部，内钻头压力调节组件、压力调节推杆组件及外钻头压力调节组件的中心轴位于同一轴线上，且内钻头压力调节组件位于压力调节推杆组件下部；所述压力调节推杆组件包括压力调节推杆外壳3及压力调节推杆4，其中压力调节推杆外壳3与外钻头压力调节组件固定连接，压力调节推杆4位于压力调节推杆外壳3内部，且其下端穿过压力调节推杆外壳3与内钻头压力调节组件固定连接，压力调节推杆4受力时沿着压力调节推杆外壳3的轴向在其内部往复运动；
其中外钻头压力调节组件包括压力调节推杆外支撑管1、推杆套外水道2、外压力传感器上接头5、外压力传感器8、外压力传感器下接头10、外钻头传压件14、外钻头防脱件15、外钻头传压轴承防脱件16、外钻头传压轴承17及外钻头传扭杆18，所述压力调节推杆外支撑管1位于推杆套外水道2外部并与其同轴布置，压力调节推杆外支撑管1及推杆套外水道2下端均与外压力传感器上接头5密封连接，所述外压力传感器上接头5、外压力传感器8、外压力传感器下接头10、外钻头传压件14、外钻头防脱件15、外钻头传压轴承防脱件16及外钻头传扭杆18自上而下顺次密封连接，其中外压力传感器8通过电缆线与地面控制终端连接；所述外钻头传压轴承17内圈套设在外钻头传扭杆18上，外钻头传压轴承17内圈与外钻头传扭杆18过盈配合连接，外钻头传压轴承17外圈与外钻头传压件14过盈配合连接；
其中内钻头压力调节组件包括推杆连接件6、调压机构连接件7、内压力传感器9、内钻头传力接头11、内钻头传压轴承12、内钻头传压轴承防脱件13及内钻头传扭杆19，所述推杆连接件6一端与压力调节推杆4固定连接，推杆连接件6的另一端自上而下顺次与调压机构连接件7、内压力传感器9、内钻头传力接头11及内钻头传压轴承防脱件13密封连接，其中内压力传感器9通过电缆线与地面控制终端连接；所述内钻头传压轴承12内圈套设在内钻头传扭杆19上，内钻头传压轴承12内圈与内钻头传扭杆19过盈配合连接，内钻头传压轴承12外圈与内钻头传压轴承防脱件13过盈配合连接；所述内钻头传扭杆19与位于外钻头压力调节组件内部的电机相连，且电机与地面控制终端连接。
优选的，所述推杆套外水道2与外压力传感器上接头5之间设有密封垫。所述推杆连接件6、调压机构连接件7、内压力传感器9、内钻头传力接头11及内钻头传压轴承防脱件13自上而下顺次丝扣连接或扣接式连接，并在连接处设置有密封圈。所述外压力传感器上接头5、外压力传感器8、外压力传感器下接头10、外钻头传压件14、外钻头防脱件15、外钻头传压轴承防脱件16及外钻头传扭杆18自上而下顺次丝扣连接或扣接式连接，并在连接处设置有密封圈。所述压力调节推杆外支撑管1下端与外压力传感器上接头5丝扣连接或扣接式连接，并在连接处设置有密封圈。
本发明的工作原理和过程：
请参阅图1所示，本发明的压力调节装置把上部钻具给下部钻头施加的钻压分别通过内钻头传压轴承12、外钻头传压轴承17传递给下部钻具的内钻头传扭杆19、外钻头传扭杆18，实现了钻压由上部静止钻具到下部回转钻具的传递。该压力调节装置及以上钻具均无来自钻头的扭矩作用，只承担轴向拉压力作用。压力调节推杆4通过推杆连接件6、调压机构连接件7、内压力传感器9、内钻头传力接头11、内钻头传压轴承12和内钻头传扭杆19与电机相连，总钻压由上部钻具分别传递给外钻头压力调节组件和压力调节推杆组件，当内外钻头钻遇不同岩层时，内外钻头钻进效率不同，导致进尺不同，压力依次通过内钻头传扭杆19、内钻头传压轴承12、内钻头传力接头11、内压力传感器9、调压机构连接件7和推杆连接件6传递到压力调节推杆4，从而压力调节推杆4受力上下运动；外压力传感器8和内压力传感器9将获取的钻压数据通过电缆线传到地面控制终端，地面控制终端根据内外压力调节组件的压力值偏差大小，将信号传递到下部电机，由电机自动调节分配不同压力到内外钻头压力调节组件，调整加在内外钻头上的钻压比例，对其进行自动调节。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，其特征是：该压力调节装置包括外钻头压力调节组件、内钻头压力调节组件和压力调节推杆组件，所述内钻头压力调节组件及压力调节推杆组件设置在外钻头压力调节组件内部，内钻头压力调节组件、压力调节推杆组件及外钻头压力调节组件的中心轴位于同一轴线上，且内钻头压力调节组件位于压力调节推杆组件下部；所述压力调节推杆组件包括压力调节推杆外壳(3)及压力调节推杆(4)，其中压力调节推杆外壳(3)与外钻头压力调节组件固定连接，压力调节推杆(4)位于压力调节推杆外壳(3)内部，且其下端穿过压力调节推杆外壳(3)与内钻头压力调节组件固定连接，压力调节推杆(4)受力时沿着压力调节推杆外壳(3)的轴向在其内部往复运动；
其中外钻头压力调节组件包括压力调节推杆外支撑管(1)、推杆套外水道(2)、外压力传感器上接头(5)、外压力传感器(8)、外压力传感器下接头(10)、外钻头传压件(14)、外钻头防脱件(15)、外钻头传压轴承防脱件(16)、外钻头传压轴承(17)及外钻头传扭杆(18)，所述压力调节推杆外支撑管(1)位于推杆套外水道(2)外部并与其同轴布置，压力调节推杆外支撑管(1)及推杆套外水道(2)下端均与外压力传感器上接头(5)密封连接，所述外压力传感器上接头(5)、外压力传感器(8)、外压力传感器下接头(10)、外钻头传压件(14)、外钻头防脱件(15)、外钻头传压轴承防脱件(16)及外钻头传扭杆(18)自上而下顺次密封连接，其中外压力传感器(8)通过电缆线与地面控制终端连接；所述外钻头传压轴承(17)内圈套设在外钻头传扭杆(18)上，外钻头传压轴承(17)内圈与外钻头传扭杆(18)过盈配合连接，外钻头传压轴承(17)外圈与外钻头传压件(14)过盈配合连接；
其中内钻头压力调节组件包括推杆连接件(6)、调压机构连接件(7)、内压力传感器(9)、内钻头传力接头(11)、内钻头传压轴承(12)、内钻头传压轴承防脱件(13)及内钻头传扭杆(19)，所述推杆连接件(6)一端与压力调节推杆(4)固定连接，推杆连接件(6)的另一端自上而下顺次与调压机构连接件(7)、内压力传感器(9)、内钻头传力接头(11)及内钻头传压轴承防脱件(13)密封连接，其中内压力传感器(9)通过电缆线与地面控制终端连接；所述内钻头传压轴承(12)内圈套设在内钻头传扭杆(19)上，内钻头传压轴承(12)内圈与内钻头传扭杆(19)过盈配合连接，内钻头传压轴承(12)外圈与内钻头传压轴承防脱件(13)过盈配合连接；所述内钻头传扭杆(19)与位于外钻头压力调节组件内部的电机相连，且电机与地面控制终端连接。
2.根据权利要求1所述的一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，其特征是：所述推杆套外水道(2)与外压力传感器上接头(5)之间设有密封垫。
3.根据权利要求1所述的一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，其特征是：所述推杆连接件(6)、调压机构连接件(7)、内压力传感器(9)、内钻头传力接头(11)及内钻头传压轴承防脱件(13)自上而下顺次丝扣连接，并在连接处设置有密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，其特征是：所述推杆连接件(6)、调压机构连接件(7)、内压力传感器(9)、内钻头传力接头(11)及内钻头传压轴承防脱件(13)自上而下顺次扣接式连接，并在连接处设置有密封圈。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，其特征是：所述外压力传感器上接头(5)、外压力传感器(8)、外压力传感器下接头(10)、外钻头传压件(14)、外钻头防脱件(15)、外钻头传压轴承防脱件(16)及外钻头传扭杆(18)自上而下顺次丝扣连接，并在连接处设置有密封圈。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，其特征是：所述外压力传感器上接头(5)、外压力传感器(8)、外压力传感器下接头(10)、外钻头传压件(14)、外钻头防脱件(15)、外钻头传压轴承防脱件(16)及外钻头传扭杆(18)自上而下顺次扣接式连接，并在连接处设置有密封圈。
7.根据权利要求6中所述的一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，其特征是：所述压力调节推杆外支撑管(1)下端与外压力传感器上接头(5)丝扣连接，并在连接处设置有密封圈。
8.根据权利要求6中任一项所述的一种双钻头扭矩自平衡压力调节装置，其特征是：所述压力调节推杆外支撑管(1)下端与外压力传感器上接头(5)扣接式连接，并在连接处设置有密封圈。
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