CN112253008A - 一种具有井眼修整功能的扶正器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有井眼修整功能的扶正器，属于钻井工程设备领域，扶正器本体为圆柱状，扶正器本体上沿截面圆周方向均匀设置有多个凹槽，凹槽内设置有滚轮；滚轮分为设置于中部的圆柱体轮廓和设置于滚轮两侧的渐缩形轮廓，所述圆柱体轮廓表面设置有第二坚齿，所述渐缩形轮廓表面设置有第一坚齿；还包括设置于滚轮中心的主轴，主轴的长度大于滚轮的长度，主轴的两端通过固定结构与扶正器本体连接，滚轮的两侧设置有套设在主轴上的轴承组；本发明增大了扶正器与井眼之间的空间，改善了钻井液的流动、岩屑的清洁和钻具的通过性，降低了发生井下事故的风险，更有效提高了起到破碎岩石作用的滚轮的修整井眼效果。

Description

一种具有井眼修整功能的扶正器

技术领域

本发明涉及钻井工程设备领域，特别涉及一种具有井眼修整功能的扶正器。

背景技术

目前，扶正器又称稳定器，是连接在石油钻柱上或作为井底钻具组合一部分的石油井下工具，按在钻柱的位置可分为钻柱扶正器和井底钻具组合两大类，其作用包括：控制井眼轨迹，在钻柱中起到扶正和支点作用，与钻柱其他构件一起实现控制井眼轨迹和曲率；井眼修整，扶正器在随钻柱钻进的过程中，可以对井眼的缩径或弯曲进行一定的扩眼，对井壁的不规则进行一定的修整，提高井身质量；减少钻柱振动，降低钻进过程中钻柱和井底钻具组合在井眼内的剧烈振动，提高工具寿命，同时减少工具的磨损。

扶正器按结构可分为整体式扶正器、可换套扶正器、滚轮扶正器等，其中滚轮扶正器的特点是在本体上安装有三个可以自由旋转的滚轮，其作用除了常规扶正器的功能外，由于通过旋转的滚轮接触井壁，因此可以大大减小扶正器与井壁之间的摩擦力；同时，对于经常发生的井眼缩径、井眼不规则等异常情况，可以利用滚轮扶正器的滚轮破碎、修整井壁异常处的岩石，形成规则的井眼直径，提高钻井质量；由于滚轮扶正器的修整井眼的功能，故也被称为划眼器。

目前，国内用的滚轮扶正器主要结构形式均由扶正器本体、滚轮、滚轮轴、固定结构、固定螺栓等组成。其在钻井应用中存在的一个主要问题是：其自由旋转的滚轮、滚轮轴、固定结构等均安装在从本体凸起的筋翼上，比如三滚轮扶正器安装在三条从本体凸起的筋翼上，这些凸起的筋翼与本体常作为牢固的一体，使得整个滚轮扶正器非常笨重，降低了扶正器与井眼之间的空间，影响了钻井泥浆流动和钻井岩屑的清洁，影响了钻柱的移动，因此增加了钻井事故发生的风险；另一方面，凸起的筋翼作为固定的结构，无法像滚轮那样可以自由旋转，其作用只是类似于常规的扶正器，无法起到降低摩擦力、旋转破碎岩石的作用。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有井眼修整功能的扶正器，以解决背景技术中提出的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有井眼修整功能的扶正器，包括扶正器本体，其中，所述扶正器本体为圆柱状，扶正器本体上沿截面圆周方向均匀设置有三个凹槽，凹槽内设置有滚轮；所述滚轮分为设置于中部的圆柱体轮廓和设置于滚轮两侧的渐缩形轮廓，所述渐缩形轮廓处的滚轮的半径由靠近圆柱体轮廓的部分向两端逐渐缩小，所述圆柱体轮廓表面设置有均匀分布的第二坚齿，所述渐缩形轮廓表面设置有均匀分布的第一坚齿；所述滚轮还包括设置于滚轮中心的主轴，主轴的长度大于滚轮的长度，主轴的两端通过固定结构与扶正器本体连接，滚轮的两侧设置有套设在主轴上的轴承组，所述轴承组从滚轮向外依次为第二轴承、第一轴承和缓冲部件，扶正器本体还设置有贯通扶正器本体的水眼；

进一步的，所述固定结构为固定螺栓或者是楔形结构；

进一步的，还包括呼吸孔，所述呼吸孔贯穿设置在固定结构上；

进一步的，所述第一轴承、第二轴承为耐磨的硬质合金类轴承；

作为优选的，所述第一轴承、第二轴承为聚晶金刚石轴承；

进一步的，所述滚轮的形状为椭球型、阶梯圆柱体和圆锥体中的一种；

进一步的，所述缓冲部件为碟形弹簧、橡胶弹性体、并联弹簧组中的一种；

作为优选的，所述凹槽和滚轮的数量包括但不限于为三个。

进一步的，凸出于扶正器本体(1)轮廓的只有滚轮(2)

本发明具有以下积极的技术效果：

1、本发明提出了一种滚轮扶正器的设计，通过本发明增大了扶正器与井眼之间的空间，改善了钻井液的流动、岩屑的清洁和钻具的通过性，降低了发生井下事故的风险。

2、本发明提出的滚轮扶正器的设计，最大化了有效部件——滚轮的作用效果，露出扶正器本体轮廓的只有起到旋转修整、扶正功能的滚轮，没有凸起的静止襟翼，增大了滚轮的作用面积，提高了扶正和修整效果。

3、本发明采用全新的设计，旋转的滚轮由中部较粗的圆柱体轮廓和两端尺寸逐渐变小的轮廓组成，在各轮廓表面分别设有大量的齿，有效提高了起到破碎岩石作用的滚轮的修整井眼效果；在滚轮的两端还分别各设有一组耐磨的轴承进行支撑，并使用缓冲部件进行缓冲，延长了滚轮的工作寿命。

附图说明

图1是本发明立体结构示意图；

图2是本发明的正视图；

图3是本发明扶正器本体的立体结构示意图；

图4是本发明的滚轮、固定结构的立体结构示意图；

图5是本发明滚轮的立体结构示意图；

图6是本发明滚轮的立体结构示意图；

图1-图6中：1-扶正器本体；2-滚轮；3-固定结构；4-凹槽；5-水眼；7-主轴；8-缓冲部件；9-第一轴承；10-第二轴承；11-径向轴承；21-渐缩形轮廓；22-圆柱体轮廓；23-第一坚齿；24-第二坚齿；31-固定螺栓；32-呼吸孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例一

如图1至图4所示，本发明是一种具有井眼修整功能的扶正器，包括扶正器本体1，其中，所述扶正器本体1为圆柱状，扶正器本体1上沿截面圆周方向均匀设置有多个凹槽4，凹槽4内设置有滚轮2；所述滚轮2分为设置于中部的圆柱体轮廓22和设置于滚轮两侧的渐缩形轮廓21，所述渐缩形轮廓21处的滚轮2的半径由靠近圆柱体轮廓22的部分向两端逐渐缩小，所述圆柱体轮廓22表面设置有均匀分布的第二坚齿24，所述渐缩形轮廓21表面设置有均匀分布的第一坚齿23；所述滚轮2还包括设置于滚轮2中心的主轴7，主轴7的长度大于滚轮2的长度，主轴7的两端通过固定结构3与扶正器本体1连接，滚轮2的两侧设置有套设在主轴7上的轴承组，轴承组从滚轮2向外依次为第二轴承10、第一轴承9和缓冲部件8，扶正器本体1还设置有贯通扶正器本体1的水眼5。

在扶正器本体1上设有多个凹槽4，在凹槽4内分别安装有可以自由旋转的滚轮2，滚轮通过两端的固定结构3固定在扶正器本体1上，设置有贯通扶正器本体1的水眼5是用作钻井液的内部通道，扶正器本体1的外部轮廓为规则的圆柱体，露出圆柱体表面的只有滚轮2；扶正器本体的外部轮廓取消现有扶正器中的凸出筋翼，可以获得两个优点；一个优点是增大了扶正器与钻井井眼之间的空间，提高了通过该空间的钻井液的流动性，降低了岩屑等异物在此卡住的风险，另一个优点是露出圆柱体表面的只有可以自由旋转的滚轮，没有静止的凸出的筋翼，增大了滚轮旋转破碎的作用面积，提高了对井眼的修整效果。

进一步的，滚轮2包括一个较粗的圆柱体轮廓22，在圆柱体轮廓22的上端和下端分别设有尺寸逐渐变小的渐缩形轮廓21；较粗的圆柱体轮廓22主要起到扶正井眼的作用，在其表面设有大量的均匀分布的第二坚齿24；尺寸逐渐变小的渐缩形轮廓21主要起到在扶正器沿轴向运动时的修整井眼的作用，在其表面设有大量的均匀分布的可以切削岩石的第一坚齿23；滚轮2的内部设有一根主轴7，主轴7可以通过固定结构3固定，滚轮2可以在主轴7上自由旋转；在滚轮2的上端和下端，在主轴7上分别设有两组轴承组，轴承组包括与滚轮2固定的第二轴承10，与固定结构3固定的第一轴承9，设在第一轴承9和固定结构3之间的缓冲部件8；通过该设计，以扶正器本体为相对坐标系，扶正器本体1、固定结构3、主轴7、第一轴承9、缓冲部件8为相对静止件，滚轮2、第二轴承10为相对旋转件；轴承之间承载扶正器沿轴向运动时加载在滚轮上的轴向力，轴承之间通过流过的钻井液进行润滑和冷却，缓冲部件8对突然增大的载荷进行缓冲作用。

滚轮2轴向的载荷通过分别设在上端和下端的第二轴承10、第一轴承9、缓冲部件8承载，轴承之间通过流过的钻井液润滑；滚轮2径向的载荷通过设在滚轮2内孔的径向轴承11和主轴7承载，径向轴承11可以是具有自润滑特性的铜合金径向轴承，主轴7的配合表面可以设有耐磨处理表面，径向轴承之间通过预先填充的润滑脂进行润滑。

实施例二

在实施例一的基础之上，滚轮2通过固定结构3固定在扶正器本体1上，固定结构3分别设在滚轮的两端，其结构与凹槽4相配合，固定结构3可以通过固定螺栓31固定在扶正器本体1上，做等效替换的，也可以通过楔形结构的方式固定在扶正器本体1上。

实施例三

在实施例一的基础之上，固定结构3上增设呼吸孔32，联通内部润滑脂腔与外部的压力。

实施例四

在实施例一的基础之上，所述第一轴承9、第二轴承10为耐磨的硬质合金类轴承，本发明的轴承可以替换为聚晶金刚石轴承等其他具有高耐磨性质的轴承，优选为聚晶金刚石轴承，其原因在于聚晶金刚石轴承具有优异的表面耐磨性、表面硬度和长时间的使用寿命。

实施例五

在实施例一的基础之上，滚轮2的外部轮廓可以是椭球型、阶梯圆柱体、圆锥体中的一种，从理论上来说，只要具有较为连续的外表面的结构都可以用作本发明滚轮2的具体形状中。

实施例六

在实施例一的基础之上，本发明的缓冲部件8的可以采用其他类似的可以起到缓冲作用的结构，比如碟形弹簧、橡胶弹性体、并联弹簧组等。

实施例七

在实施例一的基础之上，本发明的凹槽4为多个，优选为三个，从本发明的具体应用场景来说，本发明的尺寸是有一定限制的，太少则达不到设计要求，太多又将会十分复杂，对加工精度的要求就更高，经过长期运用的经验，凹槽设置为三个时具有更佳的实施效果。

在上文中，结合具体的实施例对本发明的各种实施方式进行了描述。然而，应当得出的理解是：本发明的对各个实施例描述的用意不是对本发明的限制。以上所述仅是本发明的示范性实施例，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (9)

1.一种具有井眼修整功能的扶正器，包括扶正器本体(1)，其特征在于，

所述扶正器本体(1)为圆柱状，扶正器本体(1)上沿截面圆周方向均匀设置有多个凹槽(4)，凹槽(4)内设置有滚轮(2)；

所述滚轮(2)分为设置于中部的圆柱体轮廓(22)和设置于滚轮两侧的渐缩形轮廓(21)，所述渐缩形轮廓(21)处的滚轮(2)的半径由靠近圆柱体轮廓(22)的部分向两端逐渐缩小，所述圆柱体轮廓(22)表面设置有均匀分布的第二坚齿(24)，所述渐缩形轮廓(21)表面设置有均匀分布的第一坚齿(23)；所述滚轮(2)还包括设置于滚轮(2)中心的主轴(7)，主轴(7)的长度大于滚轮(2)的长度，主轴(7)的两端通过固定结构(3)与扶正器本体(1)连接，滚轮(2)的两侧设置有套设在主轴(7)上的轴承组，轴承组从滚轮(2)向外依次为第二轴承(10)、第一轴承(9)和缓冲部件(8)，扶正器本体(1)还设置有贯通扶正器本体(1)的水眼(5)。

2.根据权利要求1所述的具有井眼修整功能的扶正器，其特征在于，所述固定结构(3)为固定螺栓或者是楔形结构。

3.根据权利要求2所述的具有井眼修整功能的扶正器，其特征在于，还包括呼吸孔(32)，所述呼吸孔(32)贯穿设置在固定结构(3)上。

4.根据权利要求1所述的具有井眼修整功能的扶正器，其特征在于，所述第一轴承(9)、第二轴承(10)为耐磨的硬质合金类轴承。

5.根据权利要求4所述的具有井眼修整功能的扶正器，其特征在于，所述第一轴承(9)、第二轴承(10)为聚晶金刚石轴承。

6.根据权利要求1所述的具有井眼修整功能的扶正器，其特征在于，所述滚轮(2)的形状为椭球型、阶梯圆柱体和圆锥体中的一种。

7.根据权利要求1所述的具有井眼修整功能的扶正器，其特征在于，所述缓冲部件(8)为碟形弹簧、橡胶弹性体、并联弹簧组中的一种。

8.根据权利要求1所述的具有井眼修整功能的扶正器，其特征在于，所述凹槽(4)和滚轮(2)的数量包括但不限于为三个。

9.根据权利要求1所述的具有井眼修整功能的扶正器，其特征在于，凸出于扶正器本体(1)轮廓的只有滚轮(2)。

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