CN204081990U

CN204081990U - 一种低摩阻可变径液力推力器

Info

Publication number: CN204081990U
Application number: CN201420528818.6U
Authority: CN
Inventors: 张德荣; 孔春岩; 曾涛
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2024-09-16

Abstract

本实用新型涉及一种用于石油天然气钻井作业的低摩阻可变径液力推力器。其技术方案：上接头与副缸体用螺纹连接，副缸体与主缸体用螺纹连接，主缸体与花键筒用螺纹连接；活塞置于副缸体内，活塞上依次设置有第二活塞垫套、第一活塞环和第一活塞垫套，第一压帽和第一防松帽分别与活塞用螺纹连接；心轴置于主缸体和花键筒内，心轴中部设置有半环，心轴头部依次设置有第四活塞垫套、第二活塞环和第三活塞垫套，第二压帽和第二防松帽与心轴用螺纹连接；喷嘴座位于活塞与心轴之间，喷嘴座内设置有喷嘴；四个钢球座均布于心轴和花键筒之间，钢球座内装有钢球。本工具可使钻头真正获得足够大的、平稳的、均匀的钻压，可防止砂堵现象，用于钻井作业中。

Description

一种低摩阻可变径液力推力器

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油天然气钻井作业的低摩阻可变径液力推力器。

背景技术

在常规钻井作业中，无论是转盘钻进，还是井底动力钻具钻进，均依靠钻柱的重量施加钻压。但是在大斜度井、水平井钻进过程中，随着井斜角的增加，依靠钻柱重量施加钻压就越来越困难，井壁摩擦阻力也越来越大，直接影响了钻柱的受力情况，进而对钻压的传递起到阻碍作用；而且钻柱所承受的作业工况更加恶劣，易产生振动，特别是钻柱的纵向振动导致钻压不能保持恒定，进而降低了机械钻速，引起钻头早期失效，甚至引起钻柱扭断破坏等严重事故。因此，在大斜度井和小井眼侧钻井以及侧钻水平井中，这种传统施加钻压的方法存在很大的缺陷，已经不能很好的满足施工需要。

现目前还没有一套真正能解决该问题的钻井加压工具，如中国专利200720081370.8，公开了一种微小井眼水力加压器，该专利结构采用六方钻杆传递扭矩和钻压；又如中国专利200820173683.0，公开了一种新型水力加压器，该专利结构采用花键连接的型式传递扭矩和钻压；再如中国专利201310327533.6，公开了一种缩入式长冲程水力加压器，该专利也是采用花键结构来传递扭矩和钻压。以上几个专利虽然从原理上实现了水力加压，但是六方钻杆和花键传递扭矩和钻压的方式都是面与面接触，为滑动摩擦，因此在传递扭矩时造成工具系统自身摩阻急剧增大，阻碍了钻压的传递，使得该类工具的加压效率很低；同时由于该类工具大都采用节流喷嘴获得压降，但是当停止钻进或中途暂停施工后，在喷嘴处易堆积沉沙，产生砂堵现象，种种原因导致该类水力加压器无法真正在现场得到推广应用。

发明内容

本实用新型的目的是：为了解决在大斜度井、小井眼侧钻井以及侧钻水平井的钻井过程中钻头加压难的问题，使钻头真正获得足够大的、平稳的、均匀的钻压，并且降低钻柱的摩阻，起到良好的减震作用，防止砂堵现象，减少卡钻事故的发生，实现高效钻进，特提供一种低摩阻可变径液力推力器。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种低摩阻可变径液力推力器是一种能量转换装置，即利用钻井液作为源动力，将钻井液动能有效转换为钻头钻压。该工具是由上接头、第一O型密封圈、副缸体、第一防松帽、第一压帽、第一活塞垫套、第二O型密封圈、第三O型密封圈、第一活塞环、第二活塞垫套、活塞、第四O型密封圈、第五O型密封圈、主缸体、卡簧、第六O型密封圈、喷嘴、第七O型密封圈、喷嘴座、第二防松帽、第二压帽、第三活塞垫套、第八O型密封圈、第九O型密封圈、第二活塞环、第四活塞垫套、半环、心轴、挡环、钢球挡片、钢球、钢球座、花键筒、橡胶盘根、心轴接头和螺钉组成。其结构特征是：将上接头与副缸体用螺纹连接，副缸体与主缸体用螺纹连接，主缸体与花键筒用螺纹连接；将活塞置于副缸体内，在活塞上依次设置有第二活塞垫套、第一活塞环和第一活塞垫套，将第一压帽与活塞用螺纹连接，再将第一防松帽与活塞用螺纹连接；将心轴置于主缸体和花键筒内，心轴中部设置有半环，心轴头部依次设置有第四活塞垫套、第二活塞环和第三活塞垫套，将第二压帽与心轴用螺纹连接，再将第二防松帽与心轴用螺纹连接；喷嘴座位于活塞与心轴之间，喷嘴座与活塞粘接在一起，喷嘴座内设置有喷嘴；四个钢球座均布于心轴和花键筒之间，钢球座内装有钢球，钢球座顶部的插槽内插有钢球挡片；在花键筒端部设置有挡环，挡环与花键筒之间用四个螺钉连接。上接头与副缸体之间设置有第一O型密封圈；第一活塞环与副缸体之间设置有第二O型密封圈；第一活塞环与活塞之间设置有第三O型密封圈；副缸体与活塞之间设置有第四O型密封圈；副缸体与主缸体之间设置有第五O型密封圈；喷嘴座与第二防松帽之间设置有第六O型密封圈；喷嘴与喷嘴座之间设置有第七O型密封圈；第二活塞环与主缸体之间设置有第八O型密封圈；第二活塞环与心轴之间设置有第九O型密封圈；心轴与花键筒之间设置有橡胶盘根。

上述的活塞下端部加工有四个圆孔，四个圆孔对称分布；上述的副缸体下部筒壁上加工有十二个泄压孔。

上述的四个钢球座内均加工有大于二分之一圆的圆弧通道，该圆弧通道的半径大于上述钢球的半径，钢球座的顶部均加工有一个插槽，钢球座内部注有润滑油脂；上述的钢球挡片的形状与钢球座的端面形状相同。

上述的心轴中部加工有四条花键轨道；上述的花键筒内部加工有四条花键槽。

本实用新型与现有技术比较，具有以下有益效果：(1)本工具结构彻底解决了在大斜度井、小井眼侧钻井以及侧钻水平井的钻井过程中钻头加压难的问题，将传统工具面与面接触的滑动摩擦变为点面接触的滚动摩擦，大大降低了工具内部的摩阻，有效提高了钻压的传递效率，保证了钻头真正获得足够大的、平稳的、均匀的钻压；(2)本工具结构在不同的工作状态下具有可变径功能，可改变钻井液的过流面积来解决砂堵现象，减少卡钻事故的发生；(3)本液力推力器可当做减震器使用，能起到良好的减震作用，可降低钻柱与井壁间的摩阻；(4)使用本液力推力器为钻头加压，可节省钻铤和减少钻铤的疲劳破坏。

附图说明

图1为本实用新型低摩阻可变径液力推力器的结构示意图。

图中：1—上接头，2—第一O型密封圈，3—副缸体，4—第一防松帽，5—第一压帽，6—第一活塞垫套，7—第二O型密封圈，8—第三O型密封圈，9—第一活塞环，10—第二活塞垫套，11—活塞，12—第四O型密封圈，13—第五O型密封圈，14—主缸体，15—卡簧，16—第六O型密封圈，17—喷嘴，18—第七O型密封圈，19—喷嘴座，20—第二防松帽，21—第二压帽，22—第三活塞垫套，23—第八O型密封圈，24—第九O型密封圈，25—第二活塞环，26—第四活塞垫套，27—半环，28—心轴，29—挡环，30—钢球挡片，31—钢球，32—钢球座，33—花键筒，34—橡胶盘根，35—心轴接头，36—螺钉。

图2为本液力推力器在未工作状态下的结构示意图。

图3为本液力推力器图1钢球连接处的局部放大图。

图4为本液力推力器图1的A—A剖视图。

图5为本液力推力器图1的B—B剖视图。

具体实施方式

按照图1将各零部件组装好，整个工具通过上接头1的螺纹扣与钻杆连接，工具下部通过心轴接头35与钻头连接，然后下井到达指定钻井位置；如图2所示，此时液力推力器处于初始状态即未工作状态，活塞11位于副缸体3底部，心轴28位于主缸体14底部，活塞11下端部的可变径结构(喷嘴17和圆孔)与心轴28顶部还有一定的距离；当钻头接触井底遇到阻力时，继续下放钻柱，心轴28在钻头阻力作用下往回缩，并与喷嘴座19接触，使活塞11下端部的可变径结构(喷嘴17和圆孔)插入心轴28顶部的第二防松帽20内，由于喷嘴座19与第二防松帽20之间有第六O型密封圈16，确保钻井液不会泄漏，减小了过流直径，从而使过流面积减少，起到了变径加压的作用；心轴28继续推动喷嘴座19和活塞11一起上行，直至心轴接头35的台阶面与花键筒33下端面接触(上死点)，停止上行，此时立管压力表和指重表悬重的读数发生变化，司钻可以稳住钻柱，停止方入；开启钻井泵，由液力推力器加压送进：钻井液进入工具内部环空，高压钻井液在喷嘴17处形成节流压差，在活塞11上端面和心轴28上端面处形成两个高压腔，产生一定的静压力，推动活塞11与心轴28一起向下移动，将该推力传递给钻头，形成平稳、均匀的钻压；当液力推力器送进达到满行程，司钻应及时下放钻柱，方入的长度应接近心轴28的行程；然后，司钻又可以稳住钻柱，停止方入，由液力推力器继续加压送进，周而复始，循环工作，连续不断地形成机械进尺。由于心轴28和花键筒33之间使用钢球31连接，心轴28在花键筒33内上下移动的摩阻大大减小，有效提高了液力推力器的加压效率，使钻头真正获得足够大的钻压。

当钻井泵停止工作时，提升钻杆，使活塞11和心轴28靠自身重量向下移动，活塞11移动到副缸体3底部时，心轴28还要继续向下移动一段距离，才能达到主缸体14底部，这就使得心轴28与活塞11下端部的变径结构(喷嘴17和圆孔)相互脱离，过流面积增大，钻井液通过活塞11下端部的圆孔流出，有效解决了砂堵现象。

以上所述仅为本实用新型的一个实施例而已，除上述实施例外，在本实施例的基础上，还可在活塞11和副缸体3的上部增加多级活塞和缸体的数量，来形成多级液缸加压，以获得更大的钻压；同时，凡是心轴28与花键筒33之间采用钢球31或滚珠等滚动摩擦形式的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种低摩阻可变径液力推力器，是由上接头、第一O型密封圈、副缸体、第一防松帽、第一压帽、第一活塞垫套、第二O型密封圈、第三O型密封圈、第一活塞环、第二活塞垫套、活塞、第四O型密封圈、第五O型密封圈、主缸体、卡簧、第六O型密封圈、喷嘴、第七O型密封圈、喷嘴座、第二防松帽、第二压帽、第三活塞垫套、第八O型密封圈、第九O型密封圈、第二活塞环、第四活塞垫套、半环、心轴、挡环、钢球挡片、钢球、钢球座、花键筒、橡胶盘根、心轴接头和螺钉组成，其特征是：将上接头(1)与副缸体(3)用螺纹连接，副缸体(3)与主缸体(14)用螺纹连接，主缸体(14)与花键筒(33)用螺纹连接；将活塞(11)置于副缸体(3)内，在活塞(11)上依次设置有第二活塞垫套(10)、第一活塞环(9)和第一活塞垫套(6)，将第一压帽(5)与活塞(11)用螺纹连接，再将第一防松帽(4)与活塞(11)用螺纹连接；将心轴(28)置于主缸体(14)和花键筒(33)内，心轴(28)中部设置有半环(27)，心轴(28)头部依次设置有第四活塞垫套(26)、第二活塞环(25)和第三活塞垫套(22)，将第二压帽(21)与心轴(28)用螺纹连接，再将第二防松帽(20)与心轴(28)用螺纹连接；喷嘴座(19)位于活塞(11)与心轴(28)之间，喷嘴座(19)与活塞(11)粘接在一起，喷嘴座(19)内设置有喷嘴(17)；四个钢球座(32)均布于心轴(28)和花键筒(33)之间，钢球座(32)内装有钢球(31)，钢球座(32)顶部的插槽内插有钢球挡片(30)；在花键筒(33)端部设置有挡环(29)，挡环(29)与花键筒(33)之间用四个螺钉(36)连接。

2.根据权利要求1所述的低摩阻可变径液力推力器，其特征是：活塞(11)下端部加工有四个圆孔，四个圆孔对称分布；上述的副缸体(3)下部筒壁上加工有十二个泄压孔。

3.根据权利要求1所述的低摩阻可变径液力推力器，其特征是：四个钢球座(32)内均加工有大于二分之一圆的圆弧通道，该圆弧通道的半径大于钢球(31)的半径，钢球座(32)的顶部均加工有一个插槽，钢球座(32)内部注有润滑油脂；上述的钢球挡片(30)的形状与钢球座(32)的端面形状相同。

4.根据权利要求1所述的低摩阻可变径液力推力器，其特征是：心轴(28)中部加工有四条花键轨道；花键筒(33)内部加工有四条花键槽。

5.根据权利要求1所述的低摩阻可变径液力推力器，其特征是：上接头(1)与副缸体(3)之间设置有第一O型密封圈(2)；第一活塞环(9)与副缸体(3)之间设置有第二O型密封圈(7)；第一活塞环(9)与活塞(11)之间设置有第三O型密封圈(8)；副缸体(3)与活塞(11)之间设置有第四O型密封圈(12)；副缸体(3)与主缸体(14)之间设置有第五O型密封圈(13)；喷嘴座(19)与第二防松帽(20)之间设置有第六O型密封圈(16)；喷嘴(17)与喷嘴座(19)之间设置有第七O型密封圈(18)；第二活塞环(25)与主缸体(14)之间设置有第八O型密封圈(23)；第二活塞环(25)与心轴(28)之间设置有第九O型密封圈(24)；心轴(28)与花键筒(33)之间设置有橡胶盘根(34)。