CN111734321B - 一种三维恒稳器 - Google Patents

Abstract

本发明的一种三维恒稳器属于石油作业设备技术领域，是由上接头、壳体和芯轴组成，其上接头下端与壳体上端丝扣连接，壳体下端与传动套上端丝扣连接、传动套下端与保护套上端丝扣连接，所述的芯轴前部置于上接头、壳体、传动套和保护套内腔中、芯轴后部置于保护套外部，传动套上的内螺旋与芯轴上的外螺旋啮合，壳体内的芯轴上安装着弹簧总成。本发明的一种三维恒稳器，是一种缓冲轴线钻压的震动和轴向扭矩波动的工具，避免由于地面操作不平稳，送钻不均匀，甚至溜钻对钻头和其它井下工具和仪器的振动损伤。有效解决了在钻进不同地层不同岩性时，岩性界面的变化使得扭矩波动大，损伤钻头和井下工具的问题。

Description

一种三维恒稳器

技术领域

本发明属于石油作业设备技术领域，特别涉及一种三维恒稳器。

背景技术

在钻井作业中，随着井深的增加和井斜的增大，粘滑现象非常普遍。当粘附力突然释放时，会产生破怀性的振动，这对于正在切屑岩石的钻头特别是PDC钻头危害巨大，同时也是造成井下工具和仪器故障或失效的主要原因。除了粘滑现象，地层岩性突变，井底压差波动，泥浆携岩效率，以及地面操作等原因均会造成井下仪器以及钻头等井下工具受力不均，长时间的震动累计将影响到井下工具的寿命。

发明内容

本发明旨在于克服现有技术的不足，而提供的一种三维恒稳器。

本发明的一种三维恒稳器，是由上接头、壳体和芯轴组成，所述的上接头下端与壳体上端丝扣连接，壳体下端与传动套上端丝扣连接、传动套下端与保护套上端丝扣连接；芯轴从上至下依次贯穿壳体、传动套和保护套，且上端置于上接头内与其配合、下端置于保护套外部，传动套上的内螺旋与芯轴上的外螺旋相啮合；在壳体内的芯轴上安装着弹簧总成，所述的弹簧总成是在壳体内的芯轴上自上至下依次安装锁紧螺母、预紧力调节螺母、弹簧、轴承垫圈、轴承、锁紧销钉和支撑座，所述的支撑座座于传动套的顶端。

作为本发明的进一步改进，上接头内的芯轴上端丝扣连接着上活塞，上活塞外端的芯轴上安装着锁紧螺母。

作为本发明的进一步改进，保护套与芯轴的下端设有密封和挡泥圈。

作为本发明的进一步改进，弹簧中部置有弹簧隔圈。

作为本发明的进一步改进，预紧力调节螺母和弹簧之间置有垫片。

作为本发明的进一步改进，壳体上设有上注油孔和下注油孔。

本发明的一种三维恒稳器，是一种缓冲轴线钻压的震动和轴向扭矩波动的工具，避免由于地面操作不平稳，送钻不均匀，甚至溜钻对钻头和其它井下工具和仪器的振动损伤。有效解决了在钻进不同地层不同岩性时，岩性界面的变化使得扭矩波动大，损伤钻头和井下工具的问题。针对钻井中常遇的粘滑现象也得到缓解，组合中使用该工具后，由于其芯轴外螺旋与传动套内螺旋的螺旋体和弹簧的组合设计，工具上、下钻具组合一直处在一定范围内旋转上升、下降的动平衡中，避免了由于钻具静止粘卡，或钻头处扭矩积累再突然释放出的冲击力对钻头的损伤和对井下工具和仪器造成的巨大震动。动平衡的切屑过程提高了钻进效率，并且由于其能有效的保护钻头，使得可以使用攻击性更强的钻头，进一步提高钻井效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A部分结构放大图；

图3为图1中B部分结构放大图。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2和附图3对本发明的一种三维恒稳器，作进一步说明。

实施例1

本发明的一种三维恒稳器，是由上接头1、壳体2和芯轴10组成，所述的上接头1下端与壳体2上端丝扣连接，壳体2下端与传动套5上端丝扣连接、传动套5下端与保护套7上端丝扣连接；芯轴10从上至下依次贯穿壳体2、传动套5和保护套7。

芯轴10的上端置于上接头1内、上接头1内的芯轴10上端丝扣连接着上活塞14，上活塞14外端的芯轴10上安装着锁紧螺母15；芯轴10的下端置于保护套7外部，保护套7与芯轴10的下端的接触面上设有密封8和挡泥圈9。

传动套5上的内螺旋6与芯轴10上的外螺旋11相啮合；

在壳体2内的芯轴10上安装着弹簧总成，所述的弹簧总成是在壳体2内的芯轴10上自上至下依次套装有锁紧螺母22、预紧力调节螺母21、垫片20、弹簧19、弹簧隔圈18、弹簧19、轴承垫圈17、轴承16、锁紧销钉13和支撑座12，所述的支撑座12座于传动套5的顶端。壳体2上设有上注油孔3和下注油孔4。

实施例2

本发明的一种三维恒稳器，上接头1、壳体2、传动套5、保护套7和芯轴10均为筒型，上接头1上端为常规钻具扣型，与上部钻具组合连接，下部与壳体2丝扣连接，中间供流体通道及上活塞14往复运动。壳体2、上注油孔3和下注油孔4构成壳体总成，壳体2承装内部机构，连接上下部件，传递动力；上注油孔3和下注油孔4用于向壳体2内的运动机构注入润滑油，保护其正常工作，上注油孔3和下注油孔4设计，便于注油排气。传动套5、传动套内螺旋6、保护套7、密封圈8、挡泥圈9构成周向传动总成。传动套5上端与壳体2丝扣连接，下端与保护套7丝扣连接，内部加工成螺旋体，上端作为支撑做的限位。传动套内螺旋6与芯轴10上的外螺旋11配合，上部钻具的力量通过此螺旋将钻压和扭矩传递给芯轴10，芯轴10再给予下部钻具组合钻压和扭矩。保护套7上部与传动套5丝扣连接，下部通过密封8密封保护套7与芯轴10的下端，同时提供芯轴10上外螺旋11的周向及轴向的运动空间。密封8密封保护套7与芯轴10的环形空间，避免润滑油泄漏及泥浆进入。挡泥圈9用于芯轴10在周向和轴向活动时，刮挡泥浆中体积较大的固相，保护密封8，减缓对密封8的磨损。芯轴10、芯轴外螺旋11、支撑座12、锁紧销钉13、上活塞14和锁紧螺母15构成芯轴总成。芯轴10下端为钻具扣型，与下部组合相接，上部有芯轴外螺旋11承接钻压和扭矩，上部其它部分供连接芯轴总成其它部件，以及装载弹簧总成。芯轴10外螺旋11与传动套内螺旋6配合，可沿着传动套内螺旋方向周向旋转上升或下降。支撑座12与芯轴10丝扣连接，外径大于传动套5内径，继续下行受限，起到芯轴的防脱作用，上部承托弹簧总成。锁紧销钉13可设置多个，避免支撑座12的丝扣在长时间工作后松开。上活塞14与芯轴10上端丝扣连接，上活塞14外圈设有密封圈23，密封芯轴10与上接头1的间隙，避免润滑油外泄以及泥浆进入腔体，另外还设有耐磨环24，减缓上活塞14往复运动的磨损。锁紧螺母15用于锁紧上活塞14，防止上活塞14松扣。轴承16把芯轴10旋转上下往复运动转变为上下往复运动作用于弹簧19，减小对弹簧19的磨损，并且大幅减小了工具内部摩擦力对作业的影响。轴承垫圈17放置在轴承16和弹簧19之间，起到减震阻尼作用。弹簧隔圈18的两端均放置安装有弹簧19，隔离上下两组弹簧，上下两组弹簧的刚性不同，根据现场需求调节。弹簧19对轴线的钻压起到缓冲作用，同时缓冲周向的扭矩波动，周向的扭矩力是通过下部传动套内螺旋6、芯轴外螺旋11的传动转向为轴向的力。垫片20用于调节弹簧组与内部腔体高度的偏差，确保紧密贴合。预紧力调节螺母21用于调节弹簧组的预紧力，其通常为该工具正常开始工作的受力。锁紧螺母22是在预紧力调剂螺母21调节好弹簧组预紧力后，锁住预紧力调剂螺母21，防止其在弹簧频繁弹压工作下松动。芯轴外螺旋11与传动套内螺旋6的螺旋体传动设计，将周向的扭矩波动，有效地转换为轴向力的波动。内部弹簧设计，缓冲了轴线钻压的震动，与扭矩的波动。设计有预紧力调节螺母，可根据现场需求调节预紧力，满足井下作业的需要。上下两组弹簧设计，调节弹簧的刚性，满足不同层位钻进的需求。

Claims (5)

1.一种三维恒稳器，是由上接头（1）、壳体（2）和芯轴（10）组成，其特征在于上接头（1）下端与壳体（2）上端丝扣连接，壳体（2）下端与传动套（5）上端丝扣连接、传动套（5）下端与保护套（7）上端丝扣连接；芯轴（10）从上至下依次贯穿壳体（2）、传动套（5）和保护套（7），且上端置于上接头（1）内与其配合、下端置于保护套（7）外部，传动套（5）上的内螺旋（6）与芯轴（10）上的外螺旋（11）相啮合；在壳体（2）内的芯轴（10）上安装着弹簧总成，所述的弹簧总成是在壳体（2）内的芯轴（10）上自上至下依次安装锁紧螺母（22）、预紧力调节螺母（21）、弹簧（19）、轴承垫圈（17）、轴承（16）、锁紧销钉（13）和支撑座（12），支撑座（12）与芯轴（10）丝扣连接，所述的支撑座（12）座于传动套（5）的顶端，外径大于传动套（5）内径；在弹簧（19）中部置有弹簧隔圈（18），弹簧隔圈（18）两端的弹簧（19）刚性不同。

2.如权利要求1所述的一种三维恒稳器，其特征在于上接头（1）内的芯轴（10）上端丝扣连接着上活塞（14），上活塞（14）外端的芯轴（10）上安装着锁紧螺母（15）。

3.如权利要求1或2所述的一种三维恒稳器，其特征在于保护套（7）与芯轴（10）的下端设有密封（8）和挡泥圈（9）。

4.如权利要求1或2所述的一种三维恒稳器，其特征在于预紧力调节螺母（21）和弹簧（19）之间置有垫片（20）。

5.如权利要求1或2所述的一种三维恒稳器，其特征在于壳体（2）上设有上注油孔（3）和下注油孔（4）。

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