CN204419067U - 钻井用可控变径稳定器 - Google Patents

Abstract

钻井用可控变径稳定器，包括内设心轴的壳体，凸轮体和活塞体上下套设在心轴上，凸轮体通过回位弹簧与壳体上端连接，凸轮体上周向设有弯折的控制滑槽，控制滑槽与固定在壳体上的凸轮导向销配合，控制凸轮体上下运动的同时转动；活塞体通过复位弹簧与设置在壳体下端的信号机构连接；活塞体外面设有与其配合的支撑块，随着活塞体的下降、上升，支撑块向外伸展、向内收缩。本实用新型可精确调整稳定器的外径，从而实现对井斜角进行精确的控制，且结构简单紧凑，工作可靠，安全性高、成本低。

Description

钻井用可控变径稳定器

技术领域

本实用新型涉及一种钻井用可控变径稳定器。

背景技术

钻井过程中为了控制井眼的轨迹和防止井斜，普遍使用稳定器（又称扶正器）。传统的稳定器经常会出现卡钻、下钻遇阻、起钻遇卡和“拔活塞”现象，给钻井作业造成极大困难，不仅浪费大量时间，而且会发生井塌、井喷事故，使井眼报废，造成巨大经济损失。为了解决上述问题，人们研制出简易变径稳定器。现有的简易变径稳定器主要有液压式和钻压式两种。液压式变径稳定器开泵直径变大，停泵直径变小。钻压式变径稳定器加钻压时直径变大，提钻时直径变小。液压式和钻压式变径稳定器都仅仅克服了传统稳定器的弊端，只适用于钻直井。随着大位移井的开发，出现了高扭矩、高摩阻问题，控制井斜角就成了大位移井轨迹控制的关键技术，现有的液压式和钻压式变径稳定器均无法满足要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钻井用可控变径稳定器，能对井斜角进行精确的控制。

本实用新型的技术方案是，钻井用可控变径稳定器，包括内设心轴的壳体，凸轮体和活塞体上下套设在心轴上，凸轮体通过回位弹簧与壳体上端连接，凸轮体上周向设有弯折的控制滑槽，控制滑槽与固定在壳体上的凸轮导向销配合来控制凸轮体上下运动的同时转动；活塞体通过复位弹簧与设置在壳体下端的信号机构连接；活塞体外面设有与其配合的支撑块，随着活塞体的下降、上升，支撑块向外伸展、向内收缩。

本实用新型的特点还在于：

支撑块为四个且周向均布在壳体上， 支撑块的内表面为斜面且与活塞体上的斜面相对。

支撑块的外表面为圆柱弧形且镶嵌有碳化钨合金块，支撑块的上、下端为半圆弧面且设有防脱压板。

凸轮导向销通过定位件固定在壳体上；凸轮体通过上下轴承与壳体连接，下轴承的下面设有锁紧螺母。

凸轮体上设有平衡活塞，平衡活塞上设有平衡油腔。

凸轮体上设有换向体，换向体上设有径向凹槽，换向体的上、下端面均轴向布设有过流孔，换向体通过销钉固定在壳体上。

信号机构包括相连的信号筒、蘑菇头及下接头处的喇叭口，蘑菇头包括圆锥体和圆柱圆锥凸头，凸头以外轴向均布过流孔。

复位弹簧上端设有限位挡板。

心轴包括上心轴、中心轴和下心轴，凸轮体设置在中心轴上，控制滑槽设置在凸轮体的上部，平衡活塞设置在凸轮体的中部，换向体设置在凸轮体下部。

壳体上端设有节流口，回位弹簧的一端通过弹簧座设置在壳体上；上心轴、中心轴、下心轴和活塞体与壳体之间分别设有密封件，平衡活塞、换向体与凸轮体之间均设有密封件。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型的凸轮体和活塞体上下套设在心轴上，活塞体外面设有与其配合的支撑块，随着活塞体的下降、上升，支撑块向外伸展、向内收缩，可精确调整稳定器的外径，从而实现对井斜角的精确的控制。本实用新型不仅可精确控制井眼的轨迹和防止井斜，而且克服了传统稳定器存在的卡钻、下钻遇阻、起钻遇卡和“拔活塞”问题，可适用于大位移井；

 2、本实用新型壳体为整体式结构，采用凸轮体控制换向机构，只需在地面操作增大泵排量或恢复原排量，不用停泵就能可控井下稳定器改变直径大小，不仅装拆方便，密封性好，而且结构简单、紧凑，工作可靠 ，安全性高；

 3、本实用新型采用蘑菇头信号机构，控制机构与执行机构相互独立，只需与地面压力仪表配合，就能监视井下稳定器的伸缩工作状态，大大节省了钻井施工成本。

附图说明

图1为本实用新型钻井用可控变径稳定器结构示意图；

 图2为图1的B-B剖视图；

 图3为本实用新型钻井用可控变径稳定器的凸轮体结构示意图；

 图4为图4的D-D剖视图；

 图5为本实用新型钻井用可控变径稳定器的凸轮体立体示意图；

 图6为本实用新型钻井用可控变径稳定器的凸轮体展开示意图；

图中，1.壳体，2.节流嘴，3.心轴，3-1.上心轴，3-2.中心轴，3-3，下心轴，4.回位弹簧，5.弹簧座，6.凸轮体，7.凸轮导向销，8.控制滑槽，9.平衡油腔，10.锁紧螺母，11.平衡活塞，12.换向体，13.销钉，14.活塞体，15.支撑块，16.防脱压板，17.限位挡板，18.复位弹簧，19.信号筒体，20.蘑菇头，21.过流孔，22.下接头。

具体实施方式

实施例1， 钻井用可控变径稳定器，参见图1，包括内设心轴3的壳体1，凸轮体6和活塞体14上下套设在心轴3上，凸轮体6通过回位弹簧4与壳体1上端连接，凸轮体6上周向设有弯折的控制滑槽8，控制滑槽8与固定在壳体1上的凸轮导向销7配合，控制凸轮体6上下运动的同时转动；活塞体14通过复位弹簧18与设置在壳体1下端的信号机构连接；参见图2，活塞体14外面设有与其配合的支撑块15，随着活塞体14的下降、上升，支撑块15向外扩张、向内收缩。凸轮体6上的控制滑槽8的结构形状参见图3、图4、图5和图6。

图1所示为钻井泥浆泵停止工作或在设定排量（正常排量）下的状态。此时心轴3的上、下压力平衡，在回位弹簧4的作用下，心轴3向上移动至最高位置。凸轮体6被带动到上限位置。如此同时，凸轮导向销7位于图3中控制滑槽8最低部位J处，支撑块15向内收缩到极限位置，其外端面与壳体1的外表面平齐。 在泥浆泵加大排量时，壳体1的上部内腔泥浆压力上升，心轴3克服回位弹簧4的弹力向下移动，带动凸轮体6向下移 动，凸轮导向销7不动，凸轮体6上的控制滑槽8沿凸轮导向销7运动，凸轮体6向下移动并转动，使凸轮导向销7顺着控制滑槽8由图3中的J处 滑动到Q处停止，凸轮体6不再向下移动，泥浆进入活塞体14上腔，驱动活塞体14向下运动压缩复位弹簧18，顶出支撑块15由收缩位置向外伸展到最大位置。支撑块15随着心轴3的上升、下降而收缩、伸展，精确调整稳定器的外径，从而对井斜角进行精确的控制。

  实施例2，在实施例1的基础上，本实施例中，支撑块15为四个且周向均布在壳体1上， 支撑块15的内表面为斜面且与活塞体的斜面相对。保证了结构的稳定性和可靠性。

   为了提高结构的稳定性和可靠性，支撑块15的外表面为圆柱弧形且镶嵌有碳化钨合金块，支撑块15的上、下端为半圆弧面且设有防脱压板16。

  为了进一步提高结构的稳定性和可靠性，凸轮导向销7通过定位件固定在壳体1上；凸轮体6通过上下轴承与壳体1连接，下轴承的下面设有锁紧螺母10。

   实施例3，在上述实施例的基础上，本实施例中，凸轮体6上设有平衡活塞11，平衡活塞11上段设有平衡油腔9。平衡活塞11具有平衡心轴3并隔绝原油和泥浆的作用。

   凸轮体6上设有换向体12，换向体12上设有径向凹槽，换向体12的上、下端面均轴向布设过流孔21，换向体12通过销钉13固定在壳体上。换向体12具有变换泥浆通路的作用。

 参见图1，钻井泥浆泵停止工作或在设定排量（正常排量）下的状态时，心轴3的上、下压力平衡，在回位弹簧4的作用下，心轴3向上移动至图1所示的最高位置。凸轮体6和平衡活塞11也—同被带动到上限位置。同时，凸轮导向销7位于图3中凸轮体6的控制滑槽8最低部位J处，使支撑块15向内收缩到极限位置，其外端面与壳体1的外表面平齐。

在泥浆泵加大一定排量时，图1中壳体1的上内腔泥浆压力上升，使心轴3克服回位弹簧4的弹力带动凸轮体6、平衡活塞11—同向下移动（凸轮导向销7不动），凸轮体6向下移动并转动，使凸轮导向销7顺着控制滑槽8由图3中的J处 滑动到Q处停止，凸轮体6不再向下移动。此时换向体12上的过流孔21打开，泥浆进入活塞体14上腔，驱动活塞体14向下运动压缩复位弹簧18，顶出支撑块15由收缩位置向外伸展到最大位置。

 恢复设定排量（正常排量），壳体1的内腔泥浆压力平衡，在回位弹簧4的作用下，心轴3、平衡活塞11一同向上移动。同时凸轮体6向上移动并转动，凸轮导向销7由图3中的Q处滑动到A处停止，保证换向通道一直处于打开状态，使支撑块15一直处于外伸的最大位置。即稳定器处于直径最大状态，在钻井过程中起到可控作用，井眼轨迹得到有效控制。

 再次加大排量时，壳体1的上内腔泥浆压力再次上升，使心轴3再次克服回位弹簧4的弹力，带动凸轮体6及平衡活塞11一同向下移动。凸轮体6向下移动的同时并转动，凸轮导向销7由图3中的A处顺槽滑动到K处停止。

再次恢复设定排量（正常排量），壳体1的内腔泥浆压力平衡，在回位弹簧4的作用下，心轴3、平衡活塞11一同向上移动，凸轮体6向上移动并转动，凸轮导向销7由图3中 的K处顺槽滑动到J处停止，同时换向通道关闭。活塞体14在复位弹簧18的作用下，向上运动至初始位置，同时带动支撑块15向里缩回到极限（与壳体1等直径）。依次循环。停泵之后，也都是小直径状态，可保证起、下钻具安全。本实用新型采用机械式换向开关以泥浆驱动支撑体的机构，简单、实用且可靠。

本实施例中，信号机构包括相连的信号筒19、蘑菇头20及下接头22处的喇叭口，蘑菇头10包括圆锥体和圆柱圆锥凸头，凸头以外轴向均布过流孔 21。

蘑菇头20与壳体1下端的下接头22处的喇叭口构成泥浆压力差信号机构，与地面压力仪表配合，为操作人员提供井下稳定器的变径状态信息。

图1 所示状态时，心轴3的下端口与蘑菇头20的间隙最大，即过流面积最大，不产生的泥浆压力差，此时凸轮导向销7处于图3中控制滑槽8的J位置，支撑块15缩小到最小位置， 即稳定器直径最小。心轴3向下移动，则过流面积最小，泥浆压力差最大。当凸轮导向销7移动到图3中控制滑槽8的Q位置时,支撑块14伸出壳体1为最大位置。即稳定器直径最大。心轴3向上移动至A处时，则过流面积增大,泥浆压力差减小，稳定器直径不变化。当凸轮导向销7移动到图3中控制滑槽8的K位置时，其压差状态与处于J位置时的一样。支撑块15状态不变，即稳定器直径最大。当凸轮导向销7处于图3中控制滑槽8的K位置移动到J位置时，过流面积最大，泥浆压力差最小，支撑块15返回至最小位置， 即稳定器直径最小。由此可见，通过地面压力仪表数据显示，就能监视井下稳定器的变径状态。

为了操作方便，心轴3包括上心轴3-1、中心轴3-2和下心轴3-3，凸轮体6设置在中心轴3-2上，控制滑槽8设置在凸轮体6的上部，平衡活塞11设置在凸轮体6的中部，换向体12设置在凸轮体8下部。

  节流口2设置在壳体1上端，回位弹簧4的一端通过弹簧座5设置在壳体1上；上心轴3-1、中心轴3-2、下心轴3-3和活塞体14与壳体1之间均设有密封件，平衡活塞11、换向体12与凸轮体6之间均设有密封件。上心轴3-1与平衡活塞11之间的内腔充满液压油。活塞体14为圆柱体形状，其外表有圆周90°均布的八个斜面，每一侧的两斜面一组与一支撑块15配合。壳体1为圆柱体形状，其外表有以90°均布的用于安装支撑块15用的四个孔，壳体1上部有安装凸轮导向销9的径向孔，中部有用于固定换向体12的径向孔，壳体1上、下两端有连接钻具的母螺纹。

本实用新型钻井用可控变径稳定器的壳体1为整体式，节流口2、心轴3、回位弹簧5、平衡活塞11、凸轮体8和换向体14组成控制机构；活塞体14、支撑块15和复位弹簧18组成变径机构；信号筒19、蘑菇头20和心轴3下端的喇叭口组成信号机构。凸轮体6既能被心轴3带动上下移动，又能转动。安装在心轴3上的其它部件都只能被心轴3带动上下移动。本实用新型不仅可精确控制井眼的轨迹和防止井斜，而且克服了传统稳定器存在的卡钻、下钻遇阻、起钻遇卡和“拔活塞”问题，在水平段，还可以精确地控制垂深。可适用于大位移井。

本实用新型结构简单、紧凑，强度高， 装拆方便，密封性好，控制机构与执行机构相互独立，工作可靠，增加了工具的井下安全性，制造成本较低，使用寿命较长。

Claims (10)

1.钻井用可控变径稳定器，其特征在于：包括内设心轴（3）的圆筒形壳体（1），凸轮体（6）和活塞体（14）上下套设在心轴（3）上，凸轮体（6）通过回位弹簧（4）与壳体（1）上端连接，凸轮体（6）上周向设有弯折的控制滑槽（8），控制滑槽（8）与固定在壳体（1）上的凸轮导向销（7）配合来控制凸轮体（6）上下运动的同时转动；活塞体（14）通过复位弹簧（18）与设置在壳体（1）下端的信号机构连接；活塞体（14）外面设有与其配合的支撑块（15），随着活塞体（14）的下降、上升，支撑块（15）向外伸展、向内收缩。

2.如权利要求1所述的钻井用可控变径稳定器，其特征在于：支撑块（15）为四个且周向均布在壳体（1）上， 支撑块（15）的内表面为斜面且与活塞体（14）上的斜面相对。

3.如权利要求2所述的钻井用可控变径稳定器，其特征在于：支撑块（15）的外表面为圆柱弧形且镶嵌有碳化钨合金块，支撑块（15）的上、下端为半圆弧面且设有防脱压板（16）。

4.如权利要求1-3任一项所述的钻井用可控变径稳定器，其特征在于：凸轮导向销（7）通过定位件固定在壳体（1）上；凸轮体（6)通过上下轴承与壳体（1）连接，下轴承的下面设有锁紧螺母（10）。

5.如权利要求1-3任一项所述的钻井用可控变径稳定器，其特征在于：凸轮体（6）上设有平衡活塞（11），平衡活塞（11）上设有平衡油腔（9）。

6.如权利要求1-3任一项所述的钻井用可控变径稳定器，其特征在于：凸轮体（6）上设有换向体（12），换向体（12）上设有径向凹槽，换向体（12）的上、下端面均轴向布设过流孔（21），换向体（12）通过销钉（13）固定在壳体（1）上。

7.如权利要求1-3任一项所述的钻井用可控变径稳定器，其特征在于：信号机构包括相连的信号筒（19）、蘑菇头（20）及下接头（22）处的喇叭口，蘑菇头（10）包括圆锥体和圆柱圆锥凸头，凸头以外轴向均布过流孔 (21)。

8.如权利要求1所述的钻井用可控变径稳定器，其特征在于：复位弹簧（18）上端设有限位挡板（17）。

9.如权利要求1-3任一项所述的钻井用可控变径稳定器，其特征在于：心轴（3）包括上心轴（3-1）、中心轴（3-2）和下心轴（3-3），凸轮体（6）设置在中心轴（3-2）上，控制滑槽（8）设置在凸轮体（6）的上部，平衡活塞（11）设置在凸轮体（6）的中部，换向体（12）设置在凸轮体（8）下部。

10.如权利要求9所述的钻井用可控变径稳定器，其特征在于：壳体（1）上端设有节流口（2），回位弹簧（4）的一端通过弹簧座（5）设置在壳体（1）上；上心轴（3-1）、中心轴（3-2）、下心轴（3-3）和活塞体（14）与壳体（1）之间分别设有密封件，平衡活塞（11）、换向体（12）与凸轮体（6）之间均设有密封件。