CN115467907B - 钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置及其方法，包括电气短节外壳、分流器外壳、转换接头、换向阀外壳、内花键壳体A、内花键壳体B以及下接头；分流器外壳内设有分流体；转换接头内设有增压活塞；换向阀外壳内部设有换向阀、换向阀保护套；内花键壳体A内设有上花键轴、下油腔密封环A以及下油腔密封环B；内花键壳体B内设有下花键轴。本发明通过地面钻井工程师调节钻井液排量，从而控制工具来传递和分离钻柱扭矩，以实现钻柱旋转情况下的定向钻井，同时可达到与旋转导向钻井系统相媲美的减阻效果，但使用成本更低；可有效解决钻柱摩阻高、定向效率低、机械钻速慢、水平段延伸困难等复杂结构井钻井难题。

Description

钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置及其方法
技术领域
本发明涉及钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置及其方法，属于油气资源钻井工具技术领域。
背景技术
随着非常规油气资源勘探开发的持续推进，大斜度井、水平井、大位移井等复杂结构井钻井数量不断增长，而定向钻井技术是钻成复杂结构井的关键。目前，在油气钻井领域中，广泛采用的定向钻井技术主要包括滑动导向钻井和旋转导向钻井。当采用“螺杆钻具+随钻测量系统”组成的滑动导向技术钻进时，虽然其技术服务成本较低，但由于钻柱不旋转而导致钻进摩阻高、托压严重等难题，进而导致机械钻速慢、定向效率低和钻井成本增加。旋转导向技术虽能够达到较高机械钻速与钻井效率，但该技术高度依赖于旋转导向钻井系统，该系统制造和使用成本较高，且存在卡钻、埋钻具等井下事故风险。
基于此，设计一种能够综合滑动导向低成本的特点与旋转导向高钻速、高钻井效率的特点，能够实现在绝大部分钻柱旋转的前提下，保持井下螺杆钻具滑动导向的方法及配套工具具有很好的经济效益。
发明内容
为了解决现有定向钻井技术所存在的问题，本发明提供钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置及其方法，本发明以螺杆钻具的滑动导向为基础，通过在距离钻头约150m处假装所述井下扭矩传递与分离装置，依靠工具至钻头之间钻柱与井壁之间的摩擦抵消钻头反扭矩对工具面的影响。地面钻井工程师通过调节钻井液排量来控制工具的啮合与分离，以实现井下钻柱扭矩的传递与分离。该装置能够达到良好的降摩减阻效果，并能够将钻井效率提升到旋转导向钻井水平，且具有较好的经济效益。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，包括耐磨套、内花键壳体Ⅱ、下接头和从上到下依次连接的电气短节外壳、分流器外壳、转换接头、换向阀外壳、内花键壳体Ⅰ；
所述内花键壳体Ⅰ与内花键壳体Ⅱ通过耐磨套配合连接，内花键壳体Ⅰ能与内花键壳体Ⅱ相对转动，所述内花键壳体Ⅱ与下接头螺纹连接；
所述电气短节外壳内设有电气短节；
所述分流器外壳内设有分流体、钻井液主流道，所述钻井液主流道上端与分流体连接，下端穿过转换接头并连接在换向阀外壳内，所述钻井液主流道套设有增压活塞，所述增压活塞能够在转换接头内上下滑动；
所述换向阀外壳内设有换向阀、换向阀保护套；换向阀与换向阀保护套刚性连接在一起，换向阀保护套能够在换向阀外壳内部上下滑动；
所述内花键壳体Ⅰ、内花键壳体Ⅱ内分别设有上花键轴、下花键轴；
所述内花键壳体Ⅰ内设有凸块，所述上花键轴上设有与凸块匹配的凹槽；所述上花键轴上端与换向阀刚性连接，下端与下花键轴上端螺纹连接；上花键轴能够与换向阀、换向阀保护套一同在换向阀外壳、内花键壳体Ⅰ内上下滑动；
所述内花键壳体Ⅱ内设有花键槽；所述下花键轴设有与花键槽匹配的外花键和位于花键上方的下油腔密封环A、下油腔密封环B，所述下油腔密封环A螺纹连接下花键轴上端；所述下花键轴能够在内花键壳体Ⅱ与下接头内壁上下滑动；
所述换向阀外壳、换向阀保护套、内花键壳体Ⅰ与上花键轴共同围成的空腔构成了上油腔；所述内花键壳体Ⅰ、下花键轴、下油腔密封环A以及下油腔密封环B共同围成的空腔构成了下油腔；所述增压活塞下端面与换向阀外壳所围成的空腔构成了高压油腔，所述分流器外壳、分流体、钻井液主流道、转换接头、增压活塞上端面围成的空腔构成了增压腔；所述分流体4具有与增压腔连通的内孔，所述换向阀外壳设有高压油进油路，所述高压油进油路两端分别与高压油腔、换向阀连通，所述上油腔、下油腔均与换向阀连通。
进一步的技术方案是，所述电气短节内设有流量传感器，能够感应钻井液流量的变化发出不同的指令。
进一步的技术方案是，所述内花键壳体Ⅰ上设有与下油腔相通的单向阀。
进一步的技术方案是，所述换向阀由换向阀阀体和换向阀阀芯组成。
进一步的技术方案是，所述换向阀具有第一环形腔、第二环形腔、第三环形腔、第四环形腔、第五环形腔，其中第一环形腔、第五环形腔与钻井液主流道相通，第二环形腔与下油腔相通，第三环形腔通过高压油进油路与高压油腔相通，第四环形腔与上油腔相通。
进一步的技术方案是，所述换向阀外壳内设有与上油腔相通的上油腔油路，所述换向阀保护套上设有分别与上油腔油路、第四环形腔相通的保护套油路。
进一步的技术方案是，所述凸块、凹槽、花键槽、花键的个数均为4个，且径向均布。
进一步的技术方案是，所述上花键轴上设有下油腔油路，所述下油腔密封环A上设有与下油腔油路、下油腔连通的密封环油路，所述下油腔油路与换向阀的第二环形腔连通。
基于钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离方法，其具体包括以下步骤：
S1、将钻头、螺杆钻具、随钻测量工具、无磁钻铤、钻柱扭矩传递与分离装置、钻杆依次连接并放入井下；
S2、当钻井液流过分流体时，小部分钻井液经过分流体的内孔，流向工具的增压腔，剩余的钻井液继续依次流动至钻井液主流道、换向阀、上花键轴、下花键轴、下接头；
S3、驱动顶驱旋转，扭矩输入至钻柱扭矩传递与分离装置内的上花键轴和下花键轴，此时电气短节控制换向阀阀芯处于中位，即第一环形腔、第三环形腔、第五环形腔相互连通，使得高压油腔与钻井液主流道连通，下花键轴中的外花键未处于花键槽内，即下花键轴未与内花键壳体Ⅱ 啮合，内花键壳体Ⅱ 以及后续钻柱没有扭矩输入，此刻上部钻柱保持旋转钻进，连接在钻柱扭矩传递与分离装置以下的钻柱保持滑动钻进状态；
S4、当需要采用复合钻井方式进行水平段钻进时，即全井钻柱处于旋转状态，此时钻井工程师需要将全井钻柱提离井底2m，并在地面发送啮合指令，电气短节接收到完整的啮合指令后，电气短节控制换向阀阀芯移动至下位，即第三环形腔与第四环形腔相通，使得高压油腔与上油腔连通，高压油经过高压油进油路进入上油腔内部，进而推动上花键轴与下花键轴向下运动，内花键壳体Ⅰ内的凸块逐渐进入到上花键轴的凹槽同时下花键轴的外花键逐渐进入到花键槽内，即上花键轴逐渐啮合内花键壳体Ⅰ以及下花键轴逐渐啮合内花键壳体Ⅱ ，使得内花键壳体Ⅰ的扭矩输入至内花键壳体Ⅱ，全井钻柱保持旋转状态；
S5、当需要采用导向钻井方式进行水平段钻进时，即工具以上钻柱旋转、工具以下保持滑动钻进，此时钻井工程师需要将全井钻柱提离井底2m，并在地面遥控分离指令，电气短节接收到遥控指令后，电气短节控制换向阀阀芯移动至上位，即第二环形腔、第三环形腔相通，第四环形腔、第五环形腔相通，使得上油腔通向钻井液主流道，高压油通过下油腔油路流向下油腔，进而推动上花键轴与下花键轴向上运动，下花键轴的外花键逐渐退出内花键壳体Ⅱ内的花键槽，使得内花键壳体Ⅱ再次失去扭矩的输入，使得工具以下钻具组合保持滑动钻进状态。
本发明具有以下有益效果：本发明通过地面工程师调节钻井液排量以控制对井下钻柱扭矩的传递与分离，进一步实现大部分钻柱旋转条件下使用螺杆钻具导向钻进，在降低钻井摩阻的同时，极大降低了钻井成本；本发明通过优化安装位置，抵消了钻头反扭矩对工具面的影响，保证了良好的工具面控制。
附图说明
图1为本发明的结构上半部分示意图；
图2为本发明的结构中半部分示意图；
图3为本发明的结构下半部分示意图；
图4为本发明与图1径向成90°角的上半部分剖面视图；
图5为本发明与图2径向成90°角的中半部分剖面视图；
图6为本发明与图3径向成90°角的下半部分剖面视图；
图7为本发明图3中的A-A截面图；
图8为本发明图3中的B-B截面图；
图9为本发明图4中的C-C截面图；
图10为本发明换向阀的结构示意图；
图11为本发明启动指令的编码规范；
图12为本发明啮合指令的编码规范；
图13为本发明分离指令的编码规范。
图中所示：1-电气短节、2-电气短节外壳、3-分流器外壳、4-分流体、5-钻井液主流道、6-增压活塞、7-转换接头、8-换向阀外壳、9-高压油进油路、10-换向阀阀体、11-换向阀阀芯、12-换向阀保护套、13-上油腔、14-上花键轴、15-内花键壳体Ⅰ、16-下油腔油路、17-下油腔密封环A、18-下油腔、19-下油腔密封环B、20-下花键轴、21-耐磨套、22-内花键壳体Ⅱ、23-下接头、A-第一环形腔、B-第二环形腔、C-第三环形腔、D-第四环形腔、E-第五环形腔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
如图1-10所示，本发明的钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，包括耐磨套21、内花键壳体Ⅱ22、下接头23和从上到下依次连接的电气短节外壳2、分流器外壳3、转换接头7、换向阀外壳8、内花键壳体Ⅰ15；
所述内花键壳体Ⅰ15与内花键壳体Ⅱ22通过耐磨套21配合连接，内花键壳体Ⅰ15能与内花键壳体Ⅱ22相对转动，所述内花键壳体Ⅱ22与下接头23螺纹连接；
所述电气短节外壳2内设有电气短节1，所述电气短节1内设有流量传感器，能够感应钻井液流量的变化发出不同的指令；
所述分流器外壳内设有分流体4、钻井液主流道5，所述钻井液主流道5上端与分流体4连接，下端穿过转换接头7并连接在换向阀外壳8内，所述钻井液主流道5套设有增压活塞6，所述增压活塞6能够在转换接头7内上下滑动；
所述换向阀外壳8内设有换向阀、换向阀保护套12；换向阀与换向阀保护套12刚性连接在一起，换向阀保护套12能够在换向阀外壳8内部上下滑动，所述换向阀由换向阀阀体10和换向阀阀芯11组成；
其如图6所示，换向阀具有第一环形腔A、第二环形腔B、第三环形腔C、第四环形腔D、第五环形腔E，此刻换向阀阀芯11处于中位，此刻第三环形腔C、第一环形腔A、第五环形腔E相互连通；当换向阀阀芯处于上位时，第三环形腔C与第二环形腔B相通，第四环形腔D与第五环形腔E相通；当换向阀阀芯处于下位时候，第三环形腔C与第四环形腔D相通；
所述内花键壳体Ⅰ15、内花键壳体Ⅱ22内分别设有上花键轴14、下花键轴20；所述内花键壳体Ⅰ15内设有4个径向均布的凸块，所述上花键轴14上设有与凸块匹配的4个径向均布的凹槽，当凸块与放置在内花键壳体Ⅰ15内部的上花键轴14的凹槽配合，以保证内花键壳体Ⅰ15与上花键轴14能够传递扭矩；所述上花键轴14上端与换向阀阀体10刚性连接，下端与下花键轴20上端螺纹连接；上花键轴14能够与换向阀、换向阀保护套12一同在换向阀外壳8、内花键壳体Ⅰ15内上下滑动；
所述内花键壳体Ⅱ22内设有花键槽；所述下花键轴20设有与花键槽匹配的外花键和位于花键上方的下油腔密封环A17、下油腔密封环B19，所述下油腔密封环A17螺纹连接下花键轴20上端；所述下花键轴20能够在内花键壳体Ⅱ22与下接头23内壁上下滑动；
所述换向阀外壳8、换向阀保护套12、内花键壳体Ⅰ15与上花键轴14共同围成的空腔构成了上油腔13；所述内花键壳体Ⅰ15、下花键轴20、下油腔密封环A17以及下油腔密封环B19共同围成的空腔构成了下油腔18；所述增压活塞6下端面与换向阀外壳8所围成的空腔构成了高压油腔，所述分流器外壳3、分流体4、钻井液主流道5、转换接头7、增压活塞6上端面围成的空腔构成了增压腔；所述分流体4具有与增压腔连通的内孔，所述换向阀外壳8设有高压油进油路9、与上油腔13相通的上油腔油路，所述换向阀保护套12上设有分别与上油腔油路、第四环形腔D相通的保护套油路；
所述上花键轴14上设有下油腔油路16，所述下油腔密封环A17上设有与下油腔油路16、下油腔18连通的密封环油路，所述下油腔油路16与换向阀的第二环形腔B连通；其中第一环形腔A与第五环形腔E与钻井液主流道5相通，第二环形腔B通过下油腔油路16、密封环油路与下油腔18连通，第三环形腔C通过高压油进油路9与高压油腔连通，第四环形腔D通过上油腔油路与上油腔13连通。
本实施例中增压活塞6上端面面积大于下端面积，由液压力公式：F=PS可知，增压活塞6力平衡的条件仅能是增压活塞6下端面所接触的液体压力大于其上端面所接触的液体压力，进而达到增压的作用。
如图4-6所示，在本实施例中所述内花键壳体Ⅰ15上设有与下油腔18相通的单向阀。
如图11所示，启动指令由000组成，编码0表示高电平标准持续时间为8s，而由于信号的非矩形波特征，上升沿和下降沿只要控制在30s以内即可。
如图12、13所示，啮合指令由100101组成，分离指令由101011组成，编码0表示高电平标准持续时间为8s，编码1表示高电平标准持续时间为30s，而由于信号的非矩形波特征，上升沿和下降沿只要控制在30s以内即可。
完整的遥控指令由启动指令和动作指令组成，发送启动指令后间隔60s再发送动作指令，即可实现工具工作状态的遥控切换。
上述实施例的具体工作流程为：
S1、将钻头、螺杆钻具、随钻测量工具、无磁钻铤、钻柱扭矩传递与分离装置、钻杆依次连接并放入井下；
S2、当钻井液流过分流体4时，小部分钻井液经过分流体4的内孔，流向工具的增压腔，剩余的钻井液继续依次流动至钻井液主流道5、换向阀、上花键轴14、下花键轴20、下接头23；
S3、驱动顶驱旋转，扭矩输入至钻柱扭矩传递与分离装置内的上花键轴14和下花键轴20，此时电气短节1控制换向阀阀芯11处于中位，即第一环形腔A、第三环形腔C、第五环形腔E相互连通，使得高压油腔与钻井液主流道5连通，下花键轴20中的外花键未处于花键槽内，即下花键轴20未与内花键壳体Ⅱ22啮合，内花键壳体Ⅱ22以及后续钻柱没有扭矩输入，此刻上部钻柱保持旋转钻进，连接在钻柱扭矩传递与分离装置以下的钻柱保持滑动钻进状态；
S4、当需要采用复合钻井方式进行水平段钻进时，即全井钻柱处于旋转状态，此时钻井工程师需要将全井钻柱提离井底2m，并在地面发送啮合指令，电气短节1接收到完整的啮合指令后，电气短节1控制换向阀阀芯11移动至下位，即第三环形腔C与第四环形腔D相通，使得高压油腔与上油腔13连通，高压油经过高压油进油路9进入上油腔13内部，进而推动上花键轴14与下花键轴20向下运动，内花键壳体Ⅰ15内的凸块逐渐进入到上花键轴14的凹槽同时下花键轴20的外花键逐渐进入到花键槽内，即上花键轴14逐渐啮合内花键壳体Ⅰ15以及下花键轴20逐渐啮合内花键壳体Ⅱ22，使得内花键壳体Ⅰ15的扭矩输入至内花键壳体Ⅱ22，全井钻柱保持旋转状态；
此处发送的遥控指令由启动指令和动作指令组成，发送启动指令后，间隔60s再发送动作指令，启动指令编码为000，啮合动作指令编码为100101。指令编码0表示泥浆泵泵冲由40冲快速升高至140冲，持续8s后快速降低至40冲；指令编码1表示泥浆泵泵冲由40冲快速升高至140冲，持续30s后快速降低至40冲；
S5、当需要采用导向钻井方式进行水平段钻进时，即工具以上钻柱旋转、工具以下保持滑动钻进，此时钻井工程师需要将全井钻柱提离井底2m，并在地面遥控分离指令，电气短节1接收到遥控指令后，电气短节1控制换向阀阀芯11移动至上位，即第二环形腔B、第三环形腔C相通，第四环形腔D、第五环形腔E相通，使得上油腔13通向钻井液主流道5，高压油通过下油腔油路16
流向下油腔18，进而推动上花键轴14与下花键轴20向上运动，下花键轴20的外花键逐渐退出内花键壳体Ⅱ22内的花键槽，使得内花键壳体Ⅱ22再次失去扭矩的输入，使得工具以下钻具组合保持滑动钻进状态。
此处发送的遥控指令也由启动指令和动作指令组成，发送启动指令后，间隔60s再发送动作指令，启动指令编码为000，分离动作指令编码为101011。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容做出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，其特征在于，包括耐磨套(21)、内花键壳体Ⅱ(22)、下接头(23)和从上到下依次连接的电气短节外壳(2)、分流器外壳(3)、转换接头(7)、换向阀外壳(8)、内花键壳体Ⅰ(15)；
所述内花键壳体Ⅰ(15)与内花键壳体Ⅱ(22)通过耐磨套(21)配合连接，内花键壳体Ⅰ(15)能与内花键壳体Ⅱ(22)相对转动，所述内花键壳体Ⅱ(22)与下接头(23)螺纹连接；
所述电气短节外壳(2)内设有电气短节(1)；
所述分流器外壳内设有分流体(4)、钻井液主流道(5)，所述钻井液主流道(5)上端与分流体(4)连接，下端穿过转换接头(7)并连接在换向阀外壳(8)内，所述钻井液主流道(5)套设有增压活塞(6)，所述增压活塞(6)能够在转换接头(7)内上下滑动；
所述换向阀外壳(8)内设有换向阀、换向阀保护套(12)；换向阀与换向阀保护套(12)刚性连接在一起，换向阀保护套(12)能够在换向阀外壳(8)内部上下滑动；
所述内花键壳体Ⅰ(15)、内花键壳体Ⅱ(22)内分别设有上花键轴(14)、下花键轴(20)；
所述内花键壳体Ⅰ(15)内设有凸块，所述上花键轴(14)上设有与凸块匹配的凹槽；所述上花键轴(14)上端与换向阀刚性连接，下端与下花键轴(20)上端螺纹连接；上花键轴(14)能够与换向阀、换向阀保护套(12)一同在换向阀外壳(8)、内花键壳体Ⅰ(15)内上下滑动；
所述内花键壳体Ⅱ(22)内设有花键槽；所述下花键轴(20)设有与花键槽匹配的外花键和位于花键上方的下油腔密封环A(17)、下油腔密封环B(19)，所述下油腔密封环A(17)螺纹连接下花键轴(20)上端；所述下花键轴(20)能够在内花键壳体Ⅱ(22)与下接头(23)内壁上下滑动；
所述换向阀外壳(8)、换向阀保护套(12)、内花键壳体Ⅰ(15)与上花键轴(14)共同围成的空腔构成了上油腔(13)；所述内花键壳体Ⅰ(15)、下花键轴(20)、下油腔密封环A(17)以及下油腔密封环B(19)共同围成的空腔构成下油腔(18)；所述增压活塞(6)下端面与换向阀外壳(8)所围成的空腔构成了高压油腔，所述分流器外壳(3)、分流体(4)、钻井液主流道(5)、转换接头(7)、增压活塞(6)上端面围成的空腔构成了增压腔；所述分流体(4)具有与增压腔连通的内孔，所述换向阀外壳(8)设有高压油进油路(9)，所述高压油进油路(9)两端分别与高压油腔、换向阀连通，所述上油腔(13)、下油腔(18)均与换向阀连通；
换向阀具有第一环形腔A、第二环形腔B、第三环形腔C、第四环形腔D、第五环形腔E，此刻换向阀阀芯(11)处于中位，此刻第三环形腔C、第一环形腔A、第五环形腔E相互连通；当换向阀阀芯处于上位时，第三环形腔C与第二环形腔B相通，第四环形腔D与第五环形腔E相通；当换向阀阀芯处于下位时候，第三环形腔C与第四环形腔D相通；所述换向阀保护套(12)上设有分别与上油腔油路、第四环形腔D相通的保护套油路；所述下油腔油路(16)与换向阀的第二环形腔B连通；其中第一环形腔A与第五环形腔E与钻井液主流道(5)相通，第二环形腔B通过下油腔油路(16)、密封环油路与下油腔(18)连通，第三环形腔C通过高压油进油路(9)与高压油腔连通，第四环形腔D通过上油腔油路与上油腔(13)连通。
2.根据权利要求1所述的钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，其特征在于，所述电气短节(1)内设有流量传感器，能够感应钻井液流量的变化发出不同的指令。
3.根据权利要求1所述的钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，其特征在于，所述换向阀由换向阀阀体(10)和换向阀阀芯(11)组成。
4.根据权利要求3所述的钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，其特征在于，所述换向阀具有第一环形腔(A)、第二环形腔(B)、第三环形腔(C)、第四环形腔(D)、第五环形腔(E)，其中第一环形腔(A)、第五环形腔(E)与钻井液主流道(5)相通，第二环形腔(B)与下油腔(18)相通，第三环形腔(C)通过高压油进油路(9)与高压油腔相通，第四环形腔(D)与上油腔(13)相通。
5.根据权利要求4所述的钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，其特征在于，所述换向阀外壳(8)内设有与上油腔(13)相通的上油腔油路，所述换向阀保护套(12)上设有分别与上油腔油路、第四环形腔(D)相通的保护套油路。
6.根据权利要求1所述的钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，其特征在于，所述凸块、凹槽、花键槽、花键的个数均为4个，且径向均布。
7.根据权利要求4所述的钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，其特征在于，所述上花键轴(14)上设有下油腔油路(16)，所述下油腔密封环A(17)上设有与下油腔油路(16)、下油腔(18)连通的密封环油路，所述下油腔油路(16)与换向阀的第二环形腔(B)连通。
8.根据权利要求1所述的钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，其特征在于，所述内花键壳体Ⅰ(15)上设有与下油腔(18)相通的单向阀。
9.基于钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离方法，其特征在于，该方法采用了权利要求1-8任一所述的钻井液排量控制的钻柱扭矩传递与分离装置，其具体包括以下步骤：
S1、将钻头、螺杆钻具、随钻测量工具、无磁钻铤、钻柱扭矩传递与分离装置、钻杆依次连接并放入井下；
S2、当钻井液流过分流体(4)时，小部分钻井液经过分流体(4)的内孔，流向工具的增压腔，剩余的钻井液继续依次流动至钻井液主流道(5)、换向阀、上花键轴(14)、下花键轴(20)、下接头(23)；
S3、驱动顶驱旋转，扭矩输入至钻柱扭矩传递与分离装置内的上花键轴(14)和下花键轴(20)，此时电气短节(1)控制换向阀阀芯(11)处于中位，即第一环形腔(A)、第三环形腔(C)、第五环形腔(E)相互连通，使得高压油腔与钻井液主流道(5)连通，下花键轴(20)中的外花键未处于花键槽内，即下花键轴(20)未与内花键壳体Ⅱ(22)啮合，内花键壳体Ⅱ(22)以及后续钻柱没有扭矩输入，此刻上部钻柱保持旋转钻进，连接在钻柱扭矩传递与分离装置以下的钻柱保持滑动钻进状态；
S4、当需要采用复合钻井方式进行水平段钻进时，即全井钻柱处于旋转状态，此时钻井工程师需要将全井钻柱提离井底2m，并在地面发送啮合指令，电气短节(1)接收到完整的啮合指令后，电气短节(1)控制换向阀阀芯(11)移动至下位，即第三环形腔(C)与第四环形腔(D)相通，使得高压油腔与上油腔(13)连通，高压油经过高压油进油路(9)进入上油腔(13)内部，进而推动上花键轴(14)与下花键轴(20)向下运动，内花键壳体Ⅰ(15)内的凸块逐渐进入到上花键轴(14)的凹槽同时下花键轴(20)的外花键逐渐进入到花键槽内，即上花键轴(14)逐渐啮合内花键壳体Ⅰ(15)以及下花键轴(20)逐渐啮合内花键壳体Ⅱ(22)，使得内花键壳体Ⅰ(15)的扭矩输入至内花键壳体Ⅱ(22)，全井钻柱保持旋转状态；
S5、当需要采用导向钻井方式进行水平段钻进时，即工具以上钻柱旋转、工具以下保持滑动钻进，此时钻井工程师需要将全井钻柱提离井底2m，并在地面遥控分离指令，电气短节(1)接收到遥控指令后，电气短节(1)控制换向阀阀芯(11)移动至上位，即第二环形腔(B)、第三环形腔(C)相通，第四环形腔(D)、第五环形腔(E)相通，使得上油腔(13)通向钻井液主流道(5)，高压油通过下油腔油路(16)流向下油腔(18)，进而推动上花键轴(14)与下花键轴(20)向上运动，下花键轴(20)的外花键逐渐退出内花键壳体Ⅱ(22)内的花键槽，使得内花键壳体Ⅱ(22)再次失去扭矩的输入，使得工具以下钻具组合保持滑动钻进状态。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115977534B (zh) * 2023-03-22 2023-05-16 西南石油大学 一种水平井降摩减阻液力离合器钻井工具及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2100321A (en) * 1981-06-15 1982-12-22 Amf Inc Well instrument telemetry
CN1060330A (zh) * 1991-11-19 1992-04-15 石油勘探开发研究院机械研究所 井下液压式加压推进器
DE10351907A1 (de) * 2002-11-12 2004-07-22 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg Hydraulisches System
EP1610019A2 (en) * 2004-06-25 2005-12-28 Ford Global Technologies, LLC A hydraulically operable coupling
JP2011106345A (ja) * 2009-11-17 2011-06-02 Yanmar Co Ltd 排水ポンプ装置
CN203180719U (zh) * 2013-03-15 2013-09-04 中国石油大学(北京) 一种井下振动发电机
DE102016118423A1 (de) * 2016-09-07 2018-03-08 Lsp Innovative Automotive Systems Gmbh Elektrohydraulisches System für die Betätigung von Kupplung(en) und Gangsteller(n) von Schaltgetrieben
WO2019205578A1 (zh) * 2018-04-28 2019-10-31 中国矿业大学 一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6808455B1 (en) * 2000-05-03 2004-10-26 Michael Solorenko Torsional shock absorber for a drill string
US20030168222A1 (en) * 2002-03-05 2003-09-11 Maguire Patrick G. Closed system hydraulic expander
JP4875384B2 (ja) * 2006-02-28 2012-02-15 本田技研工業株式会社 車両用変速機
US7946361B2 (en) * 2008-01-17 2011-05-24 Weatherford/Lamb, Inc. Flow operated orienter and method of directional drilling using the flow operated orienter
CA2642713C (en) * 2008-11-03 2012-08-07 Halliburton Energy Services, Inc. Drilling apparatus and method
CN114110035B (zh) * 2022-01-27 2022-06-07 合力（天津）能源科技股份有限公司 一种液力离合器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2100321A (en) * 1981-06-15 1982-12-22 Amf Inc Well instrument telemetry
CN1060330A (zh) * 1991-11-19 1992-04-15 石油勘探开发研究院机械研究所 井下液压式加压推进器
DE10351907A1 (de) * 2002-11-12 2004-07-22 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg Hydraulisches System
EP1610019A2 (en) * 2004-06-25 2005-12-28 Ford Global Technologies, LLC A hydraulically operable coupling
JP2011106345A (ja) * 2009-11-17 2011-06-02 Yanmar Co Ltd 排水ポンプ装置
CN203180719U (zh) * 2013-03-15 2013-09-04 中国石油大学(北京) 一种井下振动发电机
DE102016118423A1 (de) * 2016-09-07 2018-03-08 Lsp Innovative Automotive Systems Gmbh Elektrohydraulisches System für die Betätigung von Kupplung(en) und Gangsteller(n) von Schaltgetrieben
WO2019205578A1 (zh) * 2018-04-28 2019-10-31 中国矿业大学 一种构造煤原位煤层气水平井洞穴卸压开采模拟试验系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
液压旋转支撑转盘液压控制系统设计;张延忠等;《机床与液压》;20170728(第14期);全文 *
石油钻井喷漏同存处置初探;刘阳;《科技信息》;20130825(第24期);全文 *
车载钻修井机液压转盘及控制系统设计;肖冠琦;《机械工程师》;20190510(第05期);全文 *

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