CN114922573B - 用于钻井提速的自适应扶正器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于钻井提速的自适应扶正器，包括芯轴，芯轴的第一端连接下接头，芯轴的外壁上设置第一台阶部，下接头的外壁上设置第二台阶部，第一台阶部和第二台阶部之间套设支撑套结构，支撑套结构和芯轴之间套设磁性滑动结构，磁性滑动结构能产生大小能调整的轴向力；轴向力能在支撑套结构的径向压力作用下减小以使芯轴和下接头能相对支撑套结构向芯轴的第一端轴向移动；下接头的外壁能沿支撑套结构的第二端滑动，下接头能向芯轴的第一端移动至与支撑套结构周向卡止以传递扭矩。本发明的磁性滑动结构能根据井况自适应调整轴向力，在下钻、钻进、起钻的不同工况，其状态不同，可以满足现有要求，同时延长了扶正器的使用寿命。

Description

用于钻井提速的自适应扶正器

技术领域

本发明涉及石油天然气钻探工程技术领域，尤其涉及一种用于钻井提速的自适应扶正器。

背景技术

钻具扶正器是石油钻井中防止井斜的重要工具，在钻井过程中对扶正器的工作外径尺寸要求严格，当工作外径磨小后，钻具扶正器即失去了作用，必须更换新的扶正器。现有的整体式扶正器耐磨带磨损较快，修复困难，修复周期长。一口井消耗多只扶正器，造成钻井成本高。

现有整体式扶正器的扶正肋与井壁接触，且与钻具同时转动，造成钻井旋转阻力增加，泥浆循环不畅通形成泥包，容易造成起钻困难、卡钻等事故。

当井下遇阻上提钻具时，扶正器处的外径最大，往往难以上提钻具，需要旋转钻具，修整井眼尺寸，这样加速了扶正器的磨损。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于钻井提速的自适应扶正器，可以根据井况自适应调整压缩力，在下钻、钻进、起钻的不同工况，其状态不同，可以满足现有要求，同时延长了扶正器的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于钻井提速的自适应扶正器，克服现有技术中存在的问题，本发明的磁性滑动结构能根据井况自适应调整轴向力，在下钻、钻进、起钻的不同工况，其状态不同，可以满足现有要求，同时延长了扶正器的使用寿命。

本发明的目的是这样实现的，一种用于钻井提速的自适应扶正器，包括芯轴，所述芯轴的第一端连接下接头，所述芯轴上沿轴向设置第一中心孔，所述下接头上沿轴向设置与所述第一中心孔连通的第二中心孔，所述芯轴的外壁上设置第一台阶部，所述下接头的外壁上设置第二台阶部，所述第一台阶部和所述第二台阶部之间套设支撑套结构，所述支撑套结构和所述芯轴之间套设磁性滑动结构，所述磁性滑动结构能产生大小能调整的轴向力，所述轴向力能使所述支撑套结构的第一端顶抵于所述第一台阶部；且所述轴向力能在所述支撑套结构的径向压力作用下减小以使芯轴和下接头能相对支撑套结构向芯轴的第一端轴向移动；所述下接头的外壁能沿所述支撑套结构的第二端滑动，所述下接头能向芯轴的第一端移动至与所述支撑套结构周向卡止以传递扭矩。

在本发明的一较佳实施方式中，所述支撑套结构包括套本体，所述套本体的外壁上设置多个扶正块，多个所述扶正块沿周向间隔设置于所述套本体的外壁上，所述扶正块的外径尺寸大于所述芯轴和所述下接头的外径尺寸；所述套本体的内壁上自第一端向内设置第一环槽，所述第一环槽的第一端套设于所述下接头的外壁上，所述第一环槽的槽底端面构成第三台阶面，所述磁性滑动结构套设于所述第一环槽内，所述磁性滑动结构的两端分别顶抵于所述第三台阶面和所述下接头的端面上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述磁性滑动结构包括多个套设于所述第一环槽内的磁性单元，相邻两个所述磁性单元的磁极呈相斥设置以产生轴向力，相邻两个所述磁性单元之间设置挡片，各所述挡片能在套本体的径向压力作用下径向压缩以减小轴向力。

在本发明的一较佳实施方式中，所述套本体的内壁上自第二端向内设置第二环槽，所述第二环槽内设置轴瓦，所述套本体的第二端设置轴承，所述轴承的第一端能顶抵于所述第一台阶部上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述轴承为推力轴承。

在本发明的一较佳实施方式中，各所述扶正块的外壁呈波浪形设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述套本体和各所述扶正块的外表面经硬化形成耐磨层。

在本发明的一较佳实施方式中，所述套本体的第一端设置第一卡止牙，所述下接头的外壁上设置第二卡止牙，所述第一卡止牙能与所述第二卡止牙周向卡止以使所述套本体与所述下接头周向固定。

在本发明的一较佳实施方式中，所述芯轴的外壁上自第一端沿轴向向内设置第三环槽，所述第三环槽的槽底端面构成所述第一台阶部，所述下接头的外壁上自第一端沿轴向向内设置第四环槽，所述第四环槽的槽底端面构成所述第二台阶部，所述第四环槽的内径尺寸大于所述第三环槽的内径尺寸。

在本发明的一较佳实施方式中，所述下接头和所述芯轴通过锥螺纹连接；所述下接头的第二端设置外锥螺纹部。

由上所述，本发明的用于钻井提速的自适应扶正器具有如下有益效果：

本发明的用于钻井提速的自适应扶正器中，磁性滑动结构能根据井况自适应调整轴向力，在下钻、钻进、起钻的不同工况，其状态不同；正常钻井施工时，芯轴和下接头能相对支撑套结构周向转动，本发明可以传递钻压、扭矩，起到扶正作用；钻进施工需要划眼时，磁性滑动结构可以根据受阻情况，自适应地改变支撑套结构向下接头传递的扭矩，有利于划眼；上提钻具遇阻时，钻具扶正器可以刮削井壁，降低阻力，便于钻具起出；本发明的结构形式便于支撑套结构磨损后的更换；本发明既可以满足现有钻井扶正器的施工要求，同时能有效延长扶正器的使用寿命。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为正常钻进时本发明的用于钻井提速的自适应扶正器的示意图。

图2：为上提遇阻时本发明的用于钻井提速的自适应扶正器的示意图。

图3：为本发明的芯轴的示意图。

图4：为本发明的套本体及扶正块的示意图。

图中：

100、用于钻井提速的自适应扶正器；

1、芯轴；

10、第一中心孔；11、第一台阶部；12、第三环槽；

2、下接头；

20、第二中心孔；21、第二台阶部；22、第二卡止牙；23、外锥螺纹部；24、第四环槽；

3、支撑套结构；

31、套本体；311、第一环槽；312、第三台阶面；313、第二环槽；314、第一卡止牙；32、扶正块；33、轴瓦；34、轴承；

41、磁性单元；42、挡片。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明提供一种用于钻井提速的自适应扶正器100，包括芯轴1，芯轴1的第一端连接下接头2，芯轴1上沿轴向设置第一中心孔10，下接头2上沿轴向设置与第一中心孔10连通的第二中心孔20，芯轴1的外壁上设置第一台阶部11，下接头2的外壁上设置第二台阶部21，第一台阶部11和第二台阶部21之间套设支撑套结构3，支撑套结构3和芯轴1之间套设磁性滑动结构，磁性滑动结构能产生朝向第一台阶部11且大小能调整的轴向力，轴向力能使支撑套结构3的第一端顶抵于第一台阶部11；且轴向力能在支撑套结构3的径向压力作用下减小以使芯轴1和下接头2能相对支撑套结构3向芯轴的第一端轴向移动；下接头2的外壁能沿支撑套结构的第二端滑动，下接头2能向芯轴的第一端(图1中向左)移动至与支撑套结构周向卡止以传递扭矩，或支撑套结构3在磁性滑动结构轴向力作用下向芯轴的第一端移动，使二者周向相对自由以实现芯轴1和下接头2与支撑套结构3之间的相对转动。

如图2所示，下接头2的外壁能与支撑套结构3周向卡止以传递扭矩，或下接头2的外壁能与支撑套结构3周向自由以相对转动，如图1所示。

本发明的用于钻井提速的自适应扶正器中，磁性滑动结构能根据井况自适应调整轴向力(压缩力)，在下钻、钻进、起钻的不同工况，其状态不同；正常钻井施工时，芯轴和下接头能相对支撑套结构周向转动，本发明可以传递钻压、扭矩，起到扶正作用；钻进施工需要划眼时，磁性滑动结构可以根据受阻情况，自适应地改变支撑套结构向下接头传递的扭矩，有利于划眼；上提钻具遇阻时，钻具扶正器可以刮削井壁，降低阻力，便于钻具起出；本发明的结构形式便于支撑套结构磨损后的更换；本发明既可以满足现有钻井扶正器的施工要求，同时能有效延长扶正器的使用寿命。

进一步，如图1、图2、图4所示，支撑套结构3包括套本体31，套本体31的外壁上设置多个扶正块32，多个扶正块32沿周向间隔设置于套本体31的外壁上，扶正块32的外径尺寸大于芯轴和下接头的外径尺寸，在本实施方式中，套本体31和多个扶正块32一体构成；支撑套结构3的最大外径(扶正块32的外径尺寸)为钻具扶正器的工作外径，满足钻井施工要求；套本体31的内壁上自第一端向内设置第一环槽311，第一环槽311的第一端套设于下接头的外壁上，第一环槽311的槽底端面构成第三台阶面312，磁性滑动结构套设于第一环槽内，磁性滑动结构的两端分别顶抵于第三台阶面和下接头的端面上。

进一步，如图1、图2所示，磁性滑动结构包括多个套设于第一环槽311内的磁性单元41，相邻两个磁性单元41的磁极呈相斥设置以产生轴向力，相邻两个磁性单元41之间设置挡片42，各挡片42能在套本体31的径向压力作用下径向压缩以减小轴向力。

磁性单元41和挡片42在轴向上间隔安装，磁性单元41的N级、S级间隔安装，一种方式如：磁性单元41-N级、磁性单元41-S级、挡片42、磁性单元41-S级、磁性单元41-N级、挡片42、磁性单元41-N级、磁性单元41-S级、……。

由于相邻的磁性单元41是异性相斥的，这种磁力限制着套本体31和下接头2的轴向距离。挡片42在相邻磁性单元41之间，其宽度影响的相邻磁性单元41的磁力，挡片42的宽度越大，其两侧磁性单元41的磁力就越小。当套本体31受到径向力时，径向压缩挡片42，使得挡片42外径变小、宽度变大，其两侧磁性单元41的磁力就越小。

进一步，如图1、图2、图4所示，套本体31的内壁上自第二端向内设置第二环槽313，第二环槽313内设置轴瓦33，套本体31的第二端设置轴承34，轴承34的第一端能顶抵于第一台阶部11上。轴承34优选推力轴承。

正常钻进时，支撑套结构3固定不动，芯轴1和下接头2旋转，轴承34、轴瓦33可以减少芯轴1与套本体31之间的摩擦力，从而减缓磨损。

进一步，如图1、图2所示，各扶正块32的外壁呈波浪形设置，目的是减少与井壁的接触面积，降低摩擦力。

进一步，套本体31和各扶正块32的外表面经硬化形成耐磨层。各扶正块32的外表面可以刮削井壁，修整井壁尺寸，降低阻力，便于钻具起出。各扶正块32的外表面进行表面硬化处理，提高其耐磨性，延长使用寿命。当各扶正块32由于磨损，造成最大外径小于规定的工作外径时，需要对支撑套结构3进行更换，本发明的支撑套结构3更换方便。

进一步，如图1、图2所示，套本体31的第一端设置第一卡止牙314，下接头2的外壁上设置第二卡止牙22，第一卡止牙314能与第二卡止牙22周向卡止以使套本体31与下接头2周向固定，从而传递扭矩。第一卡止牙314和第二卡止牙22均为锯齿状牙形。

进一步，如图1、图2、图3所示，芯轴1的外壁上自第一端沿轴向向内设置第三环槽12，第三环槽12的槽底端面构成第一台阶部11，下接头2的外壁上自第一端沿轴向向内设置第四环槽24，第四环槽24的槽底端面构成第二台阶部21，第四环槽24的内径尺寸大于第三环槽12的内径尺寸。

进一步，如图1、图2所示，下接头2和芯轴1通过锥螺纹连接，保证连接密封可靠；下接头2的第二端设置外锥螺纹部23，用于连接下部钻具。

芯轴1的两端均设有连接螺纹，分别用于连接上部钻具和下接头2.

本发明的用于钻井提速的自适应扶正器100的使用方法如下：

钻井施工前，在钻具中连接本发明的用于钻井提速的自适应扶正器100，即芯轴1的第一端连接下接头2，芯轴1的第二端连接上部钻具；下接头的第二端连接下部钻具。用于钻井提速的自适应扶正器100随钻具(上部钻具和下部钻具)下入井内。

正常钻进时，本发明的用于钻井提速的自适应扶正器100如图1所示，支撑套结构3固定不动，起到扶正的作用；上部钻具带动芯轴1、下接头2、下部钻具旋转，可以施加钻压、传递扭矩，实现钻进。

如果此时井眼不规则，导致扶正器最大外径处划过井眼不顺畅，需要划眼。此时支撑套结构3受到地层岩石径向力，支撑套结构3向内有微量变形，套本体31径向压缩挡片42，使得挡片42外径变小、宽度变大，挡片42两侧的磁性单元41的磁力变小，使得套本体31、下接头2的轴向距离变小，套本体31、下接头2的卡止牙配合卡止(第一卡止牙314与第二卡止牙22周向卡止使套本体31与下接头2周向固定)，使得下接头2向支撑套结构3传递扭矩，带动套本体31和扶正块32旋转，有助于划眼。而且，井眼越小，支撑套结构3受到地层岩石的径向力就越大，支撑套结构3向内变形就越大，挡片42径向压缩量就越大，挡片外径就越小、宽度变得越大，挡片42两侧的磁性单元41的磁力变得越小，下接头2向套本体31传递的扭矩越大。用于钻井提速的自适应扶正器100的磁性单元41可以根据受阻情况，自适应地改变支撑套向下接头传递的扭矩，有利于划眼。

当上提钻具遇阻时，在阻力的作用下，套本体31和扶正块32在井内无法移动，下接头2压缩磁性单元41向上移动，当套本体31的第一卡止牙314与下接头的第二卡止牙22相配合(如图2所示)后旋转钻具，芯轴1、下接头2、支撑套结构3一起旋转。扶正块32的外表面可以刮削井壁，修整井壁尺寸，降低阻力，便于钻具起出。

由上所述，本发明的用于钻井提速的自适应扶正器具有如下有益效果：

本发明的用于钻井提速的自适应扶正器中，磁性滑动结构能根据井况自适应调整轴向力，在下钻、钻进、起钻的不同工况，其状态不同；正常钻井施工时，芯轴和下接头能相对支撑套结构周向转动，本发明可以传递钻压、扭矩，起到扶正作用；钻进施工需要划眼时，磁性滑动结构可以根据受阻情况，自适应地改变支撑套结构向下接头传递的扭矩，有利于划眼；上提钻具遇阻时，钻具扶正器可以刮削井壁，降低阻力，便于钻具起出；本发明的结构形式便于支撑套结构磨损后的更换；本发明既可以满足现有钻井扶正器的施工要求，同时能有效延长扶正器的使用寿命。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于钻井提速的自适应扶正器，包括芯轴，所述芯轴的第一端连接下接头，所述芯轴上沿轴向设置第一中心孔，所述下接头上沿轴向设置与所述第一中心孔连通的第二中心孔，其特征在于，所述芯轴的外壁上设置第一台阶部，所述下接头的外壁上设置第二台阶部，所述第一台阶部和所述第二台阶部之间套设支撑套结构，所述支撑套结构和所述芯轴之间套设磁性滑动结构，所述磁性滑动结构能产生大小能调整的轴向力，所述轴向力能使所述支撑套结构的第一端顶抵于所述第一台阶部；且所述轴向力能在所述支撑套结构的径向压力作用下减小以使芯轴和下接头能相对支撑套结构向芯轴的第一端轴向移动；所述下接头的外壁能沿所述支撑套结构的第二端滑动，所述下接头能向芯轴的第一端移动至与所述支撑套结构周向卡止以传递扭矩；

所述支撑套结构包括套本体，所述套本体的外壁上设置多个扶正块，多个所述扶正块沿周向间隔设置于所述套本体的外壁上，所述扶正块的外径尺寸大于所述芯轴和所述下接头的外径尺寸；所述套本体的内壁上自第一端向内设置第一环槽，所述第一环槽的第一端套设于所述下接头的外壁上，所述第一环槽的槽底端面构成第三台阶面，所述磁性滑动结构套设于所述第一环槽内，所述磁性滑动结构的两端分别顶抵于所述第三台阶面和所述下接头的端面上；

所述磁性滑动结构包括多个套设于所述第一环槽内的磁性单元，相邻两个所述磁性单元的磁极呈相斥设置以产生轴向力，相邻两个所述磁性单元之间设置挡片，各所述挡片能在套本体的径向压力作用下径向压缩以减小轴向力。

2.如权利要求1所述的用于钻井提速的自适应扶正器，其特征在于，所述套本体的内壁上自第二端向内设置第二环槽，所述第二环槽内设置轴瓦，所述套本体的第二端设置轴承，所述轴承的第一端能顶抵于所述第一台阶部上。

3.如权利要求2所述的用于钻井提速的自适应扶正器，其特征在于，所述轴承为推力轴承。

4.如权利要求1所述的用于钻井提速的自适应扶正器，其特征在于，各所述扶正块的外壁呈波浪形设置。

5.如权利要求1所述的用于钻井提速的自适应扶正器，其特征在于，所述套本体和各所述扶正块的外表面经硬化形成耐磨层。

6.如权利要求1所述的用于钻井提速的自适应扶正器，其特征在于，所述套本体的第一端设置第一卡止牙，所述下接头的外壁上设置第二卡止牙，所述第一卡止牙能与所述第二卡止牙周向卡止以使所述套本体与所述下接头周向固定。

7.如权利要求1所述的用于钻井提速的自适应扶正器，其特征在于，所述芯轴的外壁上自第一端沿轴向向内设置第三环槽，所述第三环槽的槽底端面构成所述第一台阶部，所述下接头的外壁上自第一端沿轴向向内设置第四环槽，所述第四环槽的槽底端面构成所述第二台阶部，所述第四环槽的内径尺寸大于所述第三环槽的内径尺寸。

8.如权利要求1所述的用于钻井提速的自适应扶正器，其特征在于，所述下接头和所述芯轴通过锥螺纹连接；所述下接头的第二端设置外锥螺纹部。

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