CN112593869B

CN112593869B - 一种可自适应变径的扶正器

Info

Publication number: CN112593869B
Application number: CN202011565202.2A
Authority: CN
Inventors: 张梁; 俞海; 王义陇; 赵通
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: CN112593869A

Abstract

本发明涉及一种油气井工程领域用的可自适应变径的扶正器。它解决钻柱居中度差，钻柱摩擦阻力大的问题。其技术方案是：定子外壳上端和上接头下端丝扣连接，定子外壳下端和连接筒上端丝扣连接；橡胶定子固定在定子外壳内腔；螺旋转子置入橡胶定子内腔，轴承a安装在螺旋转子外圆上端；传动丝杠置入连接筒内腔，传动丝杠在连接筒内腔灵活转动；下接头上端和连接筒下端丝扣连接；滚轮和支撑臂a下端铰接，滚轮和支撑臂b下端铰接。本发明可在井下实现有效变径功能，滚轮与井壁完全贴合，钻柱居中度好；滚轮和井壁做纯滚动，钻柱与井壁之间轴向摩擦力小，钻柱送进方便。

Description

一种可自适应变径的扶正器

技术领域

本发明涉及一种油气井工程领域用的可自适应变径的扶正器。

背景技术

油气田在水平井、定向井、大位移井的钻井作业中，由于钻柱重力作用，是的钻柱很容易在井眼内偏斜甚至躺在井壁上，居中度差，定向困难，严重影响钻井质量。传统的刚性扶正器外径大，外径不可变，下入困难，尤其水平井和大位移井曲率半径较小的转角段。而传统的弹性扶正器，在初始状态即为满眼状态，下入井下的过程弹性片和井壁持续摩擦，下入摩擦力大，弹性片易磨损，扶正力弱，支撑能力不如刚性扶正器。

钻井作业是一项及其复杂的工程技术，井下环境恶劣，只有精准有效地控制井眼轨迹，减小轴向摩擦，才能提高机械钻速，降低钻井成本，提高钻井合格率。扶正器是保证钻井质量的关键工具，其在控制井眼轨迹，降低钻柱摩擦，提高钻柱居中度发挥着不可取代的作用，并且随着钻井数量越来越多，钻井难度越来越大，对扶正器的要求也越来越高。

针对上述技术背景，本发明特提供一种可自适应变径的扶正器，提高钻柱居中度，降低钻柱摩擦阻力。

发明内容

本发明的目的是：为了解决钻柱居中度差，钻柱摩擦阻力大的问题，特提供一种可自适应变径的扶正器。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可自适应变径的扶正器，是由上接头、轴承a、橡胶定子、螺旋转子、定子外壳、轴承b、钢球a、支座环、支撑臂a、滚轮、支撑臂b、推力筒、螺母筒、外磁环、内磁环、连接筒、传动丝杠、轴承c、下接头和钢球b 构成；其结构特征是：上接头和上部钻柱丝扣连接，下接头和下部钻柱丝扣连接；定子外壳上端和上接头下端丝扣连接，定子外壳下端和连接筒上端丝扣连接；橡胶定子固定在定子外壳内腔；螺旋转子外圆中部设置有螺旋叶片，螺旋转子上端设置有通孔连通上部内腔盲孔和外圆空间，螺旋转子下端设置有通孔连通下部内腔盲孔和外圆空间；螺旋转子置入橡胶定子内腔，轴承a安装在螺旋转子外圆上端；螺旋转子下端和传动丝杠上端丝扣连接；传动丝杠外圆中部设置为梯形公螺纹，螺母筒内腔设置为梯形母螺纹，螺母筒和传动丝杠配合形成丝杠传动副；轴承b安装在传动丝杠外圆上部，轴承c安装在传动丝杠外圆下部；传动丝杠置入连接筒内腔，传动丝杠在连接筒内腔灵活转动；下接头上端和连接筒下端丝扣连接；螺母筒外圆安装有六个内磁环，内磁环具有强磁性，相邻内磁环的N极和S极贴合，内磁环和螺母筒用胶水粘连；推力筒内腔安装有六个外磁环，外磁环具有强磁性，相邻外磁环的N极和 S极贴个，外磁环和推力筒用胶水粘连；推力筒上端均匀设置六个铰支座；支座环下端均匀设置六个铰支座，支座环上端面设置一圈环形凹槽；连接筒用不导磁材料构成；连接筒外圆上部台阶面设置一圈环形凹槽，连接筒内腔下部周向均匀设置六个轴向凹槽；支座环套入连接筒外圆，钢球a放入支座环上端面的环形凹槽和连接筒外圆台阶面上的环形凹槽内；六个支撑臂a上端分别和支座环下端的六个铰支座铰接，六个支撑臂b下端分别和推力筒上端的六个铰支座铰接；滚轮和支撑臂a下端铰接，滚轮和支撑臂b下端铰接；螺母筒外圆上部周向均匀设置六个半球形凹槽，钢球b置入螺母筒外圆上部的六个半球形凹槽内，钢球b可在连接筒内腔下部的轴向凹槽内滚动。

正循环钻井，钻井液驱动螺旋转子正转，进而驱动传动丝杠正转，进而推动螺母筒轴向上移，外磁环和内磁环在磁力作用下，内磁环驱动外磁环轴向上移，滚轮在支撑臂a和支撑臂b的推动下径向撑开，对钻柱产生扶正居中作用；螺母筒在传动丝杠上具有自锁效应，在钻井液流量减小，甚至停止循环的情况下，螺母筒仍然保持在传动丝杠上的相对位置不发生变化；外磁环和内磁环之间的磁力作用为非刚性力作用，在经过局部缩径、扩大、不规则井眼的情况下，滚轮可根据井眼直径变化进行自适应变径调节；反循环钻井，钻井液驱动螺旋转子反转，进而驱动传动丝杠反转，进而推动螺母筒轴向下移，滚轮径向收回。

本发明的有益效果是：(1)采用钻井液动力驱动，动力来源方便，适应钻井需求；(2) 采用磁力非接触式传动，完全避免了运动件密封失效引起的泄漏风险；(3)可在井下实现有效变径功能，滚轮与井壁完全贴合，钻柱居中度好；(4)滚轮和井壁做纯滚动，钻柱与井壁之间轴向摩擦力小，钻柱送进方便；(5)滚轮与井壁贴合，有效扶正的情况下，钻柱可以根据需求进行旋转而不影响滚轮状态。

附图说明

图1是本发明一种可自适应变径的扶正器滚轮撑开状态的结构示意图；

图2是本发明一种可自适应变径的扶正器滚轮收回状态的结构示意图；

图3是图2中A-A截面的剖视图；

图4是图2中B-B截面的剖视图；

图中：1.上接头、2.轴承a、3.橡胶定子、4.螺旋转子、5.定子外壳、6.轴承b、7.钢球a、 8.支座环、9.支撑臂a、10.滚轮、11.支撑臂b、12.推力筒、13.螺母筒、14.外磁环、15.内磁环、 16.连接筒、17.传动丝杠、18.轴承c、19.下接头、20.钢球b。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种可自适应变径的扶正器，是由上接头1、轴承a2、橡胶定子3、螺旋转子4、定子外壳5、轴承b6、钢球a7、支座环8、支撑臂a9、滚轮10、支撑臂b11、推力筒12、螺母筒13、外磁环14、内磁环15、连接筒16、传动丝杠17、轴承c18、下接头19和钢球b20构成；其结构特征是：上接头1和上部钻柱丝扣连接，下接头19和下部钻柱丝扣连接；定子外壳5上端和上接头1下端丝扣连接，定子外壳5下端和连接筒16上端丝扣连接；橡胶定子3固定在定子外壳5内腔；螺旋转子4外圆中部设置有螺旋叶片，螺旋转子4上端设置有通孔连通上部内腔盲孔和外圆空间，螺旋转子4下端设置有通孔连通下部内腔盲孔和外圆空间；螺旋转子4置入橡胶定子3内腔，轴承a2安装在螺旋转子 4外圆上端；螺旋转子4下端和传动丝杠17上端丝扣连接；传动丝杠17外圆中部设置为梯形公螺纹，螺母筒13内腔设置为梯形母螺纹，螺母筒13和传动丝杠17配合形成丝杠传动副；轴承b6安装在传动丝杠17外圆上部，轴承c18安装在传动丝杠17外圆下部；传动丝杠17 置入连接筒16内腔，传动丝杠17在连接筒16内腔灵活转动；下接头19上端和连接筒16下端丝扣连接；螺母筒13外圆安装有六个内磁环15，内磁环15具有强磁性，相邻内磁环15 的N极和S极贴合，内磁环15和螺母筒13用胶水粘连；推力筒12内腔安装有六个外磁环 14，外磁环14具有强磁性，相邻外磁环14的N极和S极贴个，外磁环14和推力筒12用胶水粘连；推力筒12上端均匀设置六个铰支座；支座环8下端均匀设置六个铰支座，支座环8 上端面设置一圈环形凹槽；连接筒16用不导磁材料构成；连接筒16外圆上部台阶面设置一圈环形凹槽，连接筒16内腔下部周向均匀设置六个轴向凹槽；支座环8套入连接筒16外圆，钢球a7放入支座环8上端面的环形凹槽和连接筒16外圆台阶面上的环形凹槽内；六个支撑臂a9上端分别和支座环8下端的六个铰支座铰接，六个支撑臂b11下端分别和推力筒12上端的六个铰支座铰接；滚轮10和支撑臂a9下端铰接，滚轮10和支撑臂b11下端铰接；螺母筒13外圆上部周向均匀设置六个半球形凹槽，钢球b20置入螺母筒13外圆上部的六个半球形凹槽内，钢球b20可在连接筒16内腔下部的轴向凹槽内滚动。

正循环钻井，钻井液驱动螺旋转子4正转，进而驱动传动丝杠17正转，进而推动螺母筒 13轴向上移，外磁环14和内磁环15在磁力作用下，内磁环15驱动外磁环14轴向上移，滚轮10在支撑臂a9和支撑臂b11的推动下径向撑开，对钻柱产生扶正居中作用；螺母筒13在传动丝杠17上具有自锁效应，在钻井液流量减小，甚至停止循环的情况下，螺母筒13仍然保持在传动丝杠17上的相对位置不发生变化；外磁环14和内磁环15之间的磁力作用为非刚性力作用，在经过局部缩径、扩大、不规则井眼的情况下，滚轮10可根据井眼直径变化进行自适应变径调节；反循环钻井，钻井液驱动螺旋转子4反转，进而驱动传动丝杠17反转，进而推动螺母筒13轴向下移，滚轮10径向收回。

Claims

1.一种可自适应变径的扶正器，是由上接头（1）、轴承a（2）、橡胶定子（3）、螺旋转子（4）、定子外壳（5）、轴承b（6）、钢球a（7）、支座环（8）、支撑臂a（9）、滚轮（10）、支撑臂b（11）、推力筒（12）、螺母筒（13）、外磁环（14）、内磁环（15）、连接筒（16）、传动丝杠（17）、轴承c（18）、下接头（19）和钢球b（20）构成；其特征是：上接头（1）和上部钻柱丝扣连接，下接头（19）和下部钻柱丝扣连接；定子外壳（5）上端和上接头（1）下端丝扣连接，定子外壳（5）下端和连接筒（16）上端丝扣连接；橡胶定子（3）固定在定子外壳（5）内腔；螺旋转子（4）外圆中部设置有螺旋叶片，螺旋转子（4）上端设置有通孔连通上部内腔盲孔和外圆空间，螺旋转子（4）下端设置有通孔连通下部内腔盲孔和外圆空间；螺旋转子（4）置入橡胶定子（3）内腔，轴承a（2）安装在螺旋转子（4）外圆上端；螺旋转子（4）下端和传动丝杠（17）上端丝扣连接；传动丝杠（17）外圆中部设置为梯形公螺纹，螺母筒（13）内腔设置为梯形母螺纹，螺母筒（13）和传动丝杠（17）配合形成丝杠传动副；轴承b（6）安装在传动丝杠（17）外圆上部，轴承c（18）安装在传动丝杠（17）外圆下部；传动丝杠（17）置入连接筒（16）内腔，传动丝杠（17）在连接筒（16）内腔灵活转动；下接头（19）上端和连接筒（16）下端丝扣连接；螺母筒（13）外圆安装有六个内磁环（15），内磁环（15）具有强磁性，相邻内磁环（15）的N极和S极贴合，内磁环（15）和螺母筒（13）用胶水粘连；推力筒（12）内腔安装有六个外磁环（14），外磁环（14）具有强磁性，相邻外磁环（14）的N极和S极贴合，外磁环（14）和推力筒（12）用胶水粘连；推力筒（12）上端均匀设置六个铰支座；支座环（8）下端均匀设置六个铰支座，支座环（8）上端面设置一圈环形凹槽；连接筒（16）用不导磁材料构成；连接筒（16）外圆上部台阶面设置一圈环形凹槽，连接筒（16）内腔下部周向均匀设置六个轴向凹槽；支座环（8）套入连接筒（16）外圆，钢球a（7）放入支座环（8）上端面的环形凹槽和连接筒（16）外圆台阶面上的环形凹槽内；六个支撑臂a（9）上端分别和支座环（8）下端的六个铰支座铰接，六个支撑臂b（11）下端分别和推力筒（12）上端的六个铰支座铰接；滚轮（10）和支撑臂a（9）下端铰接，滚轮（10）和支撑臂b（11）下端铰接；螺母筒（13）外圆上部周向均匀设置六个半球形凹槽，钢球b（20）置入螺母筒（13）外圆上部的六个半球形凹槽内，钢球b（20）可在连接筒（16）内腔下部的轴向凹槽内滚动；正循环钻井，钻井液驱动螺旋转子（4）正转，进而驱动传动丝杠（17）正转，进而推动螺母筒（13）轴向上移，外磁环（14）和内磁环（15）在磁力作用下，内磁环（15）驱动外磁环（14）轴向上移，滚轮（10）在支撑臂a（9）和支撑臂b（11）的推动下径向撑开，对钻柱产生扶正居中作用；螺母筒（13）在传动丝杠（17）上具有自锁效应，在钻井液流量减小，甚至停止循环的情况下，螺母筒（13）仍然保持在传动丝杠（17）上的相对位置不发生变化；外磁环（14）和内磁环（15）之间的磁力作用为非刚性力作用，在经过局部缩径、扩大、不规则井眼的情况下，所述可自适应变径的扶正器根据井眼直径变化进行自适应变径调节；反循环钻井，钻井液驱动螺旋转子（4）反转，进而驱动传动丝杠（17）反转，进而推动螺母筒（13）轴向下移，滚轮（10）径向收回。