CN108952571B - 一种可带钻压的液压式连续油管钻井定向工具 - Google Patents
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Abstract
一种可带钻压的液压式连续油管钻井定向工具，包括上接头和下接头，上接头下端螺纹连接有外筒总成，外筒总成由上活塞套筒、定位套筒、下活塞套筒、扭矩轴套筒及离合器套筒从上至下依此序螺纹连接构成，上、下活塞连接分别插装于上活塞套筒与下活塞套筒中，下活塞与下活塞套筒直花键套装，下活塞与扭矩轴螺旋花键套装且插装于扭矩轴套筒中，下活塞轴向下移使扭矩轴转动；上、下离合器棘齿配合插装于离合器套筒内卡环定位，上离合器通过直花键套装于扭矩轴上，下离合器通过直花键套装有与离合器套筒棘齿配合的防反扭环，其下端与下接头螺纹连接；上活塞、扭矩轴、下离合器外壁分别套装复位弹簧。本发明解决了现有技术扭矩小，钻进效率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于石油钻采井下工具技术领域，具体涉及一种可带钻压的液压式连续油管钻井定向工具。
背景技术
目前，已有连续管钻井定向工具有两种。一种是电控方式，可以根据钻井过程中井斜、方位控制需求，带动弯头螺杆马达产生正向或者反向旋转，定向较为快捷。但是，此工具的问题是一方面在高温高压下的电控工具成本高昂，易出现故障；另一方面，由于井下电机输出机械力有限，不能大扭矩旋转，因此定向过程中，只能将钻具提离井底，这样，下放钻具施加钻压不适当时(例如有托压存在情况下，钻具突然释放)，会导致定向工具面跑偏，需要重新提起钻具定向。这类操作在托压比较严重的井上，会严重降低滑动钻进效率。另一种定向工具是液压式，但是也存在输出扭矩小的问题，无法在施加钻压的情况下，进行定向，甚至发生由于螺杆马达扭矩过大导致工具防反扭零件损坏的情况。
发明内容
本发明提供一种可带钻压的液压式连续油管钻井定向工具，解决了现有工具扭矩小、在连续油管钻井过程中，定向工具无法在正常钻进施加钻压的情况，导致定向工具面定向困难，滑动钻进效率低的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种可带钻压的液压式连续油管钻井定向工具，包括上接头和下接头，所述上接头的下端螺纹连接有外筒总成，所述外筒总成由上活塞套筒、定位套筒、下活塞套筒、扭矩轴套筒及离合器套筒从上至下依此序螺纹连接构成；
所述上活塞套筒、定位套筒中插装有上活塞，所述上活塞上空套有复位弹簧Ⅰ，且复位弹簧Ⅰ两端分别抵在上活塞上端头和定位套筒上端之间；所述下活塞套筒中插装有下活塞，所述上活塞下端与下活塞上端连接；所述下活塞下端部外壁与下活塞套筒下端部内壁之间通过直花键Ⅰ套装，下活塞下端部内壁与扭矩轴上端部外壁之间通过螺旋花键套装，使下活塞在轴向直线移动的同时推动扭矩轴转动；所述扭矩轴插装于扭矩轴套筒中，且其下端部套装有限位轴套，所述限位轴套与扭矩轴套筒固定连接；所述扭矩轴外围空套有复位弹簧Ⅱ，且复位弹簧Ⅱ两端分别抵在限位轴套的上端与下活塞的下端；所述离合器套筒中插装有上离合器和下离合器，且上离合器下端与下离合器上端通过棘齿Ⅰ配合，下离合器与离合器套筒之间通过卡环定位；所述扭矩轴的下端外壁与上离合器内壁之间通过直花键套装，所述下离合器下端与下接头螺纹连接；
所述上接头、上活塞下端、下活塞、扭矩轴、下离合器及下接头均具有相同的内通径；
所述下离合器外壁上通过直花键Ⅱ套装有防反扭环、空套有复位弹簧Ⅲ，且复位弹簧Ⅲ两端分别抵在防反扭环下端和下接头上端之间，所述防反扭环上端与离合套下端通过棘齿Ⅱ配合，且棘齿Ⅱ与棘齿Ⅰ旋向相同。
所述下活塞内插装有连接套筒，连接套筒内插装有内通径套筒，且内通径套筒插装在扭矩轴的上端中；所述连接套筒的上端与上活塞的下端固定连接，上活塞通过连接套筒推动下活塞向下移动。
所述复位弹簧Ⅲ下端与下接头上端之间套装有调节环。
相较于现有技术，本发明具有的有益效果：
1、结构简单、拆卸方便、便于现场维护和修复，只需要利用常规工具进行拆装和清洗，装配要求较低，适用于不同角度定向工具，使用寿命长可达400-500小时。
2、采用螺旋花键机构输出扭矩，扭矩大，将上下活塞轴向直线运动转换为圆周旋转运动通过离合器带动下接头旋转一定角度，采用单向棘齿副离合器，保证上下活塞上移时不带动扭矩轴反转，反转力不传递到下接头，通过上下活塞往复运动可在正常钻进时随时调整下接头方位。
3、防反扭矩结构采用单项棘齿副有效的防止油管的弹性反转带动下接头反转，保证下接头的位置。
4、全通径结构，可穿电缆，方便井下仪器发送信号。
5、运动件采用封装结构，防止内部零件意外掉井的情况发生。
6、运动件可大排量过流，即可长时间带扭矩静止。
7、运动机构对流体、气体及混相液体具有优异的兼容性，适合淡水基泥浆、海水基泥浆、油基泥浆、加重泥浆、漂白剂、化学溶剂、1％的酸、3％KCL、聚合物凝胶、除垢剂、空气、CO2、氮气或混合气体。
8、当工具内部运动机构发生意外卡阻，并不影响正常循环。
附图说明
图1是本发明上部结构示意图；
图2是本发明中部结构示意图；
图3是本发明下部结构示意图；
图4是本发明图2中部A-A处剖视图；
图5是本发明图3中部B-B处剖视图；
图6是图2中D处局部放大图；
图7是本发明上离合器、下离合器配合爆炸图；
图8是本发明离合器套筒、防反扭环配合爆炸图；
图9是本发明扭矩轴结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-9和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种可带钻压的液压式连续油管钻井定向工具，包括上接头1和下接头18，所述上接头1的下端螺纹连接有外筒总成，所述外筒总成由上活塞套筒2、定位套筒5、下活塞套筒6、扭矩轴套筒9及离合器套筒13从上至下依此序螺纹连接构成；
所述上活塞套筒2、定位套筒5中插装有上活塞3，所述上活塞3上空套有复位弹簧Ⅰ4，且复位弹簧Ⅰ4两端分别抵在上活塞3上端头和定位套筒5上端之间；所述下活塞套筒6中插装有下活塞7，所述上活塞3下端与下活塞7上端连接；所述下活塞7下端部外壁与下活塞套筒6下端部内壁之间通过直花键Ⅰ23套装，下活塞7下端部内壁与扭矩轴8上端部外壁之间通过螺旋花键24套装，使下活塞7在轴向直线移动的同时推动扭矩轴8转动；所述扭矩轴8插装于扭矩轴套筒9中，且其下端部套装有限位轴套11，所述限位轴套11与扭矩轴套筒9固定连接；所述扭矩轴8外围空套有复位弹簧Ⅱ10，且复位弹簧Ⅱ10两端分别抵在限位轴套11的上端与下活塞7的下端；所述离合器套筒13中插装有上离合器12和下离合器15，且上离合器12下端与下离合器15上端通过棘齿Ⅰ19配合，下离合器15与离合器套筒13之间通过卡环14定位；所述扭矩轴8的下端外壁与上离合器12内壁之间通过直花键套装，所述下离合器15下端与下接头18螺纹连接；
所述上接头1、上活塞3下端、下活塞7、扭矩轴8、下离合器15及下接头18均具有相同的内通径；
所述下离合器15外壁上通过直花键Ⅱ25套装有防反扭环16、空套有复位弹簧Ⅲ17，且复位弹簧Ⅲ17两端分别抵在防反扭环16下端和下接头18上端之间，所述防反扭环16上端与离合套13下端通过棘齿Ⅱ20配合，且棘齿Ⅱ20与棘齿Ⅰ19旋向相同。
所述下活塞7内插装有连接套筒21，连接套筒21内插装有内通径套筒22，且内通径套筒22插装在扭矩轴8的上端中；所述连接套筒21的上端与上活塞3的下端固定连接，上活塞3通过连接套筒21推动下活塞7向下移动。
所述复位弹簧Ⅲ17下端与下接头18上端之间套装有调节环26。
现场使用时将下接头下端连接节流水眼、稳定器、螺杆马达、LWD或MWD、钻头等钻具或捞筒、捞锚等修井工具，上接头上端通过连续管连接器与连续油管相连。
工作原理：井口泵注的高压液体(泥浆或清水)达到一定排量后，通过本发明下接头连接的螺杆马达、钻头等钻具，产生节流压力。
一旦产生此节流压力，管内液压驱动上活塞3和下活塞7克服复位弹簧Ⅰ4和复位弹簧Ⅱ10的阻力向下移动，并通过下活塞7下端内螺旋花键与扭矩轴8外螺旋花键套合产生扭矩旋转力，驱动下端上离合12带动下离合15及下接头18产生旋转一个角度。如果此时的螺杆弯头定向工具面准确，则不停泵，持续钻进，在此期间，上活塞3和下活塞7始终保持在下死点。
当需要再次旋转下接头18以调整工具面或处理卡钻情况时，停泵，此时下部钻具无节流压力，上活塞3和下活塞7在复位弹簧4和复位弹簧10的作用下，沿轴向上移，并带动扭矩轴8产生反向旋转，由于上离合12与下离合15的单项棘齿副套合反转时无法传递扭矩，下接头18位置保持不变。再次开泵，如上所述的过程一样，上活塞3和下活塞7再次沿轴向下移。如此往复停泵-开泵操作，可以不断的旋转下接头18，直至达到合适的定向方位或者钻井解卡。
由于井深较深，因此随着扭矩的不断增加，井下油管或连续油管存在较大的弹扭力使外筒产生一定的反扭力，外筒迫使下接头产生反向旋转。本发明离合套筒与下接头之间设有防反扭环，且离合套通13下端面和防反扭环16上端面采用单向棘齿副套合，离合套通正向旋转可以传递扭矩，而反向旋转不传递扭矩，使外筒产生的反扭力得以释放，确保了下接头18上积累的扭矩不发生释放。下活塞7下端内螺旋花键与扭矩轴8上端外螺旋花键的旋向、螺旋升角是根据不同的井下应用需求设计，通常下接头旋转角度为30°、-50°、120°、-180°，从而调整螺杆马达弯接头的工具面方位角度，不同旋转角度的需求，只需更换对应旋转角度的下活塞和扭矩轴即可。
本发明采用螺旋花键机构输出扭矩，将上下活塞轴向直线运动转换为圆周旋转运动通过离合器带动下接头旋转一定角度，离合器采用单向棘齿副，保证上下活塞上移不带动下离合器反转，反转力不传递到下接头。通过上下活塞往复运动可在正常钻进时随时调整下接头方位；防反扭矩结构采用单项棘齿副有效的防止油管的弹性反转带动下接头反转，保证下接头的位置。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (3)
1.一种可带钻压的液压式连续油管钻井定向工具，包括上接头（1）和下接头（18），其特征在于：所述上接头（1）的下端螺纹连接有外筒总成，所述外筒总成由上活塞套筒（2）、定位套筒（5）、下活塞套筒（6）、扭矩轴套筒（9）及离合器套筒（13）从上至下依此序螺纹连接构成；
所述上活塞套筒（2）、定位套筒（5）中插装有上活塞（3），所述上活塞（3）上空套有复位弹簧Ⅰ（4），且复位弹簧Ⅰ（4）两端分别抵在上活塞（3）上端头和定位套筒（5）上端之间；所述下活塞套筒（6）中插装有下活塞（7），所述上活塞（3）下端与下活塞（7）上端连接；所述下活塞（7）下端部外壁与下活塞套筒（6）下端部内壁之间通过直花键Ⅰ（23）套装，下活塞（7）下端部内壁与扭矩轴（8）上端部外壁之间通过螺旋花键（24）套装，使下活塞（7）在轴向直线移动的同时推动扭矩轴（8）转动；所述扭矩轴（8）插装于扭矩轴套筒（9）中，且其下端部套装有限位轴套（11），所述限位轴套（11）与扭矩轴套筒（9）固定连接；所述扭矩轴（8）外围空套有复位弹簧Ⅱ（10），且复位弹簧Ⅱ（10）两端分别抵在限位轴套（11）的上端与下活塞（7）的下端；所述离合器套筒（13）中插装有上离合器（12）和下离合器（15），且上离合器（12）下端与下离合器（15）上端通过棘齿Ⅰ（19）配合，下离合器（15）与离合器套筒（13）之间通过卡环（14）定位；所述扭矩轴（8）的下端外壁与上离合器（12）内壁之间通过直花键（27）套装，所述下离合器（15）下端与下接头（18）螺纹连接；
所述上接头（1）、上活塞（3）下端、下活塞（7）、扭矩轴（8）、下离合器（15）及下接头（18）均具有相同的内通径；
所述下离合器（15）外壁上通过直花键Ⅱ（25）套装有防反扭环（16）、空套有复位弹簧Ⅲ（17），且复位弹簧Ⅲ（17）两端分别抵在防反扭环（16）下端和下接头（18）上端之间，所述防反扭环（16）上端与离合器套筒（13）下端通过棘齿Ⅱ（20）配合，且棘齿Ⅱ（20）与棘齿Ⅰ（19）旋向相同；采用螺旋花键（24）机构输出扭矩，将上下活塞轴向直线运动转换为圆周旋转运动，通过离合器（15）带动下接头（18）旋转角度为30°、-50°、120°、-180°，从而调整螺杆马达弯接头的工具面方位角度，不同旋转角度的需求，采用单向棘齿副离合器，保证上下活塞上移时不带动扭矩轴反转，反转力不传递到下接头，通过上下活塞往复运动可在正常钻进时随时调整下接头方位。
2.根据权利要求1所述的一种可带钻压的液压式连续油管钻井定向工具，其特征在于：所述下活塞（7）内插装有连接套筒（21），连接套筒（21）内插装有内通径套筒（22），且内通径套筒（22）插装在扭矩轴（8）的上端中；所述连接套筒（21）的上端与上活塞（3）的下端固定连接，上活塞（3）通过连接套筒（21）推动下活塞（7）向下移动。
3.根据权利要求1或2所述的一种可带钻压的液压式连续油管钻井定向工具，其特征在于：所述复位弹簧Ⅲ（17）下端与下接头（18）上端之间套装有调节环（26）。
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