CN108331535B - 一种钻柱离合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻柱离合装置，属井下作业工具技术领域。上壳体的一端螺纹安装有上接头；上壳体的另一端螺纹安装有下壳体，上壳体和下壳体内活动安装有芯管，芯管为变径体，芯管的小径处圆周上均布有多个装配槽；装配槽内通过扭簧和销轴活动安装有棘爪；棘爪对应的下壳体内壁圆周上均布有棘齿，芯管通过棘爪与棘齿的配合与下壳体活动啮合连接。该钻柱离合装置通过芯管上的棘爪和壳体内壁上的棘齿，可使芯管与壳体之间在分离和啮合的两种状态下自由转换，有效降低钻柱与井壁的滑动摩擦阻力，解决了定向井、水平井滑动钻进时托压的问题，提高了机械钻速，特别适用于定向井和水平井钻井作业使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻柱离合装置，属井下作业工具技术领域。
背景技术
随着石油的进一步开发，越来越多的定向井、水平井运用在石油钻井技术中，但是结构复杂的定向井和水平井，会导致钻井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，而且滑动定向施工过程中容易遇到拖压问题，给正常的施工造成了很大的麻烦。通常解决这种问题的方法是改善钻井液性能、洗井等，虽有一定的效果但通常会消耗大量的生产时间。
针对定向钻井中的托压问题，目前国内外出现了一些防托压工具，如旋转导向、水力振荡器等，在一定程度上能解决钻头托压的问题，但是由于设计和结构问题，使用的效果欠佳，并且会使钻井成本增高，降低工作效率。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单，使用成本低，能有效降低钻具摩阻解除滑动定向施工托压问题的钻柱离合装置。
本发明的技术方案是：
一种钻柱离合装置，包括上接头、下接头、上壳体、下壳体和芯管；其特征在于：上壳体的一端螺纹安装有上接头；上壳体的另一端螺纹安装有下壳体，上壳体和下壳体内活动安装有芯管，芯管的上端口内安装有节流阀，芯管的下端端头螺纹安装有下接头，所述的芯管为变径体，芯管的小径处圆周上均布有多个装配槽；装配槽内通过扭簧和销轴活动安装有棘爪；棘爪对应的下壳体内壁圆周上均布有棘齿，芯管通过棘爪与棘齿的配合与下壳体活动啮合连接。
所述的棘爪上方的上壳体内通过复位弹簧安装有离合件；离合件与棘爪间歇接触连接。
所述的下接头上方的芯管上通过挡圈安装有上轴承，上轴承下方的下接头上通过挡环安装有下轴承。
所述的挡圈和挡环分别与下壳体螺纹连接。
所述的离合件由装配环和挤压推杆构成，装配环的底部圆周上均布有多个挤压推杆，挤压推杆的底部端头为锥形，装配环的中心孔上对称设置有导向块。
所述的导向块对应的芯管上轴向设置有导向槽，离合件通过导向块与导向槽的配合与芯管滑动连接。
所述的棘爪上设置有与挤压推杆对应的坡面。
所述的节流阀和芯管上设置有相互连通的导压孔。
本发明的有益效果在于：
该钻柱离合装置结构简单，实用性好，工作过程中，通过芯管上的棘爪和壳体内壁上的棘齿，以及棘爪上方设置的离合件，可使芯管与壳体之间在分离和啮合的两种状态下自由转换，啮合状态下可以保证扭矩传递给下部钻具，不影响钻井工作，分离的状态下使原本滑动钻进的上部管柱可以旋转钻进，有效降低钻柱与井壁的滑动摩擦阻力，解决了定向井、水平井滑动钻进时托压的问题，提高了机械钻速，特别适用于定向井和水平井钻井作业使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是图1中的A-A向截面结构示意图；
图3是本发明的离合件的立体结构示意图；
图4是本发明的离合件的棘爪的工作示意图；
图5是本发明的壳体与芯管脱离啮合状态工作示意图。
图中：1、上接头，2、下接头，3、上壳体，4、下壳体，5、芯管，6、节流阀，7、导压孔，8、挡圈，9、上轴承，10、挡环，11、下轴承，12、棘爪，13、扭簧，14、棘齿，15、复位弹簧，16、离合件，17、装配环,18、挤压推杆，19、导向块。
具体实施方式
该钻柱离合装置包括上接头1、下接头2、上壳体3、下壳体4和芯管5；上壳体3的一端螺纹安装有上接头1；上壳体3的另一端螺纹安装有下壳体4，上壳体3和下壳体4内活动安装有芯管5，芯管5的上端口内螺纹安装有节流阀6，节流阀6和芯管5上设置有相互连通的导压孔7。
芯管5的下端端头螺纹安装有下接头2，下接头2上方的芯管5上通过挡圈8安装有上轴承9，上轴承9下方的下接头2上通过挡环10安装有下轴承11；挡圈8和挡环10分别与下壳体4螺纹连接。
该钻柱离合装置的芯管5为变径体，芯管5的小径处圆周上均布有多个装配槽，装配槽内通过扭簧13和销轴活动安装有棘爪12。棘爪12对应的下壳体4内壁圆周上均布有棘齿14，芯管5通过棘爪12与棘齿14的配合与下壳体4活动啮合连接。
棘爪12上方的上壳体3内通过复位弹簧15安装有离合件16；离合件16由装配环17和挤压推杆18构成，装配环17的底部圆周上均布有多个挤压推杆18，挤压推杆18的底部端头为锥形，装配环17的中心孔上对称设置有导向块19，与导向块19对应的芯管5上轴向设置有导向槽，离合件16通过导向块19和导向槽的配合与芯管5滑动套装连接，离合件16通过挤压推杆18与棘爪12间歇接触连接，由于离合件16通过导向块19和导向槽的配合与芯管5滑动套装连接，从而可使挤压推杆18与棘爪12始终处于一个轴线上，由此在工作中可保证挤压推杆18与棘爪12的准确接触。
该钻柱离合装置的棘爪12上设置有与挤压推杆18对应的坡面。
该钻柱离合装置的上接头1用于连接钻柱，下接头2用于连接钻头；工作时，初始状态下，棘爪12与棘齿14相啮合，动力传输到上接头1时，下壳体4的棘齿14通过棘爪12带动芯管5转动，从而通过下接头2带动钻头转动，由此将扭矩及钻压传递给下部钻具，不影响复合钻进。
当工作过程中遇到托压，需要从复合钻进转换成滑动定向方式时，即将棘齿14和棘爪12从啮合的状态转换成分离状态时，即可向钻柱内注入钻井液，增大流量，钻井液经过节流阀6、导压孔7进入至芯管5与上壳体3之间的环空并作用至离合件16的端面上；当压力达到一定值时，在压力的作用下，推动离合件16下行。
随着离合件16下行，离合件16的挤压推杆18逐步与棘爪12接触，并对棘爪12形成挤压，迫使棘爪12回缩至装配槽内，由此实现棘齿14和棘爪12的脱离，此时芯管5不转动，只有壳体部分转动，扭矩和钻压无法传递不到下面，这样就不影响下部钻具的定向施工。
当需要使滑动定向方式转变成复合钻井方式时，即将棘齿14和棘爪12从分离状态转变成啮合状态时，减小流量，从而降低离合件16所受压力，在复位弹簧15作用下离合件16复位，棘爪12在扭簧13的作用下复位，再次与棘齿14相啮合，啮合后扭矩即可传递给下部钻具，从而正常实施复合钻进方式。
该钻柱离合装置通过离合件16的上下移动，可使棘爪12与棘齿14之间分离或者啮合，啮合状态下可以将扭矩及钻压传递给下部钻具，不影响复合钻进。常规滑动钻井时，只有底部动力钻具旋转，而整个钻柱不旋转与井壁为静摩擦，在大斜度井和长水平引起托压，造成钻压不足破岩效率低下时，该钻柱离合装置可使下上部的管柱分离，让上部钻柱旋转与井壁为动摩擦，下部钻柱不动不影响滑动定向钻进，从而达到降低滑动摩阻，提高钻井效率的目的。该钻柱离合装置可以在啮合和分离两种状态下自由转换，对定向滑动钻进中降低滑动摩阻和提高钻井效率具有积极的意义。
Claims (5)
1.一种钻柱离合装置，包括上接头（1）、下接头（2）、上壳体（3）、下壳体（4）和芯管（5）；上壳体（3）的一端螺纹安装有上接头（1）；上壳体（3）的另一端螺纹安装有下壳体（4），其特征在于：上壳体（3）和下壳体（4）内活动安装有芯管（5），芯管（5）的上端口内安装有节流阀（6），芯管（5）的下端端头螺纹安装有下接头（2），所述的芯管（5）为变径体，芯管（5）的小径处圆周上均布有多个装配槽；装配槽内通过扭簧（13）和销轴活动安装有棘爪（12）；棘爪（12）对应的下壳体（4）内壁圆周上均布有棘齿（14），芯管（5）通过棘爪（12）与棘齿（14）的配合与下壳体（4）活动啮合连接;所述的棘爪（12）上方的上壳体（3）内通过复位弹簧（15）安装有离合件（16）；离合件（16）与棘爪（12）间歇接触连接;所述的离合件（16）由装配环（17）和挤压推杆（18）构成，装配环（17）的底部圆周上均布有多个挤压推杆（18），挤压推杆（18）的底部端头为锥形，装配环（17）的中心孔上对称设置有导向块（19）,导向块（19）对应的芯管（5）上轴向设置有导向槽，离合件（16）通过导向块（19）与导向槽的配合与芯管（5）滑动连接，以使挤压推杆（18）与棘爪（12）始终处于一个轴线上，由此在工作中可保证挤压推杆（18）与棘爪（12）的准确接触。
2.根据权利要求1所述的一种钻柱离合装置，其特征在于：所述的下接头（2）上方的芯管（5）上通过挡圈（8）安装有上轴承（9），上轴承（9）下方的下接头（2）上通过挡环（10）安装有下轴承（11）。
3.根据权利要求2所述的一种钻柱离合装置，其特征在于：所述的挡圈（8）和挡环（10）分别与下壳体（4）螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种钻柱离合装置，其特征在于：所述的棘爪（12）上设置有与挤压推杆（18）对应的坡面。
5.根据权利要求1所述的一种钻柱离合装置，其特征在于：所述的节流阀（6）和芯管（5）上设置有相互连通的导压孔（7）。
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