CN205955646U - 一种双工位锁紧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双工位锁紧装置，主要由外筒、钢球、内筒、弹簧和活塞组成。双工位锁紧装置应用在一种石油钻井工具上，无论何种工况，开泵后泥浆推动本装置的活塞从而压缩弹簧下行，将钢球挤出到外筒和内筒之间并将其锁紧，均可以确保石油钻井工具工作可靠，有效解决定向钻井托压问题，停泵后，活塞在弹簧作用下复位，外筒和内筒之间相对移动可以将钢球挤回到内筒和活塞之间，顺利完成两种工位转换。

Description

一种双工位锁紧装置

技术领域

本实用新型属于石油钻井机械领域，具体涉及一种双工位锁紧装置，主要应用于石油钻井工具。

背景技术

目前，在石油天然气钻井领域，当定向井/水平井井斜角较大时，往往因为钻具刚度、泥浆性能、井眼轨迹等因素影响会产生托压，或者说，无论地面施加多大钻压，钻压都无法有效传递到钻头上，因此，定向钻进速度极低甚至无进尺。

使用旋转导向钻井系统可有效解决托压，但是，由于租赁服务费用昂贵，与螺杆钻具定向方法相比，其使用范围和比例非常有限。然而，旋转导向钻井系统为什么能够解决托压？主要是钻具旋转可有效减少磨阻，同时，钻具旋转改变了环空泥浆流态，避免形成岩屑床，也间接降低磨阻。

既然钻柱旋转可有效解决托压，那么，就有必要设计一种石油钻井工具安装在钻具组合的适当位置以解决定向钻进中的托压问题。其中双工位锁紧装置是该工具的核心技术之一。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双工位锁紧装置，作为石油钻井工具的核心技术，用于解决定向井/水平井托压问题。

本实用新型的采用如下具体技术方案实现：

双工位锁紧装置，主要由外筒、钢球、内筒、弹簧和活塞组成；在外筒的内壁上，设置有上组限位槽和下组限位槽；在内筒上，设置有上、下两组圆孔，圆孔的孔径略大于钢球的直径；活塞设置在内筒中；在活塞上，设置有一组限位槽，该组限位槽的槽宽度略大于钢球的直径，槽深度略大于钢球的半径；弹簧设置在内筒与活塞之间。

上组限位槽和下组限位槽分别有至少一个槽，该槽的宽度略大于钢球的直径，该槽的深度略大于钢球的半径。

进一步地，上组限位槽和下组限位槽分别有两个槽，该槽的形状可以是方形、圆弧形或其他形状。

内筒上共六个圆孔，上组三个圆孔呈120°均布，下组三个圆孔也呈120°均布，且上、下两组圆孔沿内筒周向错开60°。

内筒和活塞上分别设置有放置弹簧的台肩。

本实用新型的效果是：采用双工位锁紧装置作为核心技术的石油钻井工具安装在钻具组合中，无论何种工况，开泵后泥浆推动活塞从而压缩弹簧下行，将钢球挤出到外筒和内筒之间并将其锁紧，均可以确保钻井工具稳定可靠，有效解决定向钻井托压问题。

附图说明

附图1是本实用新型双工位锁紧装置的正向剖面图。

附图标记说明：1-外筒、2-钢球、3-内筒、4-弹簧、5-活塞。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型的双工位锁紧装置，主要由外筒1、钢球2、内筒3、弹簧4和活塞5组成。在外筒1内壁上，设置有上组限位槽和下组限位槽，每组限位槽分别有两个槽，该槽的宽度略大于钢球2的直径，该槽的深度略大于钢球2的半径。在内筒3上，设计有上、下两组共六个圆孔，上面三个圆孔呈120°均布，下面三个圆孔也呈120°均布，且上、下两组圆孔错开60°，圆孔的孔径略大于钢球2的直径。活塞5设置在内筒3中。在活塞5上，设置有一组限位槽，该组限位槽的槽宽度略大于钢球2的直径，该组限位槽的槽深度略大于钢球2的半径。弹簧4设置在内筒3与活塞5之间。内筒3和活塞5上分别设置台肩，便于弹簧4的安置。

上述的每组限位槽也可以设置多于两个槽，该槽的形状可以是方形、圆弧形或其他形状。

当定向钻进时，包括螺杆钻具和无磁钻铤(内置MWD仪器)在内的下部钻具不旋转定向钻进，而上部钻具通过转盘驱动可以旋转，称之为工况I；当复合钻进时，整个钻具通过转盘驱动一起旋转，称之为工况II。

在工况I时，外筒1和内筒3的相对位置称之为工位I；在工况II时，外筒1和内筒3的相对位置称之为工位II。

上述上组限位槽和下组限位槽分别对应工位I、工位II设置。具体地：

在工位I时，外筒1的上组限位槽与内筒3圆孔、活塞5的限位槽相对应，开泵后泥浆推动活塞5压缩弹簧4下行，同时，将钢球2挤出到外筒1和内筒3之间并将其锁紧。

在工位II时，外筒1的下组限位槽与内筒3圆孔、活塞5的限位槽相对应，开泵后泥浆推动活塞5压缩弹簧4下行，同时，将钢球2挤出到外筒1和内筒3之间并将其锁紧。

如果要转换工位，停泵，活塞5在弹簧4作用下复位，外筒1和内筒3相对移动可以将钢球2挤回到活塞5和内筒3之间，顺利实现工况I或II(或工位I或II)的转换。

这样，采用了本实用新型的双工位锁紧装置的钻井工具，无论在工况I或II，都能够确保石油钻井工具稳定可靠。

实施例1

实际应用中，利用本实用新型双工位锁紧装置的石油钻井工具通常安装在无磁钻铤(内置MWD仪器)上面或再上移一段距离的钻具中。其中，外筒1与上部钻具连接，内筒3与下部钻具连接，通过在地面下放或上提钻具可以使外筒1和内筒3之间产生相对移动，使得外筒1与内筒3处在工位I或II。

在定向钻进即工况I时，开泵前都必须下放一段钻具，外筒1通过上部钻具下压使其向下移动，而内筒3由于下部钻具磨阻少量向下移动或不移动，外筒1和内筒3之间出现相对移动而闭合，即外筒1和内筒3相对位置为工位I。此时，外筒1的上组限位槽与内筒3圆孔、活塞5的限位槽相对应，开泵后泥浆推动活塞(5)压缩弹簧(4)下行，同时，将钢球(2)挤出到外筒1和内筒3之间，锁紧外筒1和内筒3使其无法相对移动。启动转盘后，上部钻具通过转盘驱动可以旋转，下部钻具不旋转，实现定向钻进。

在复合钻进即工况II时，开泵前上提一段钻具，通过上部钻具的拉动使外筒1向上移动，而内筒3由于下部钻具的重量向上少量移动或不移动，此时外筒1和内筒3之间出现相对移动而伸开，即外筒1和内筒3相对位置为工位II。此时，外筒1的下组限位槽与内筒3圆孔、活塞5的限位槽相对应，开泵后泥浆推动活塞5压缩弹簧4下行，同时，将钢球2挤出到外筒1和内筒3之间，锁紧外筒1和内筒3使其无法相对移动。启动转盘后，上部钻具和下部钻具通过转盘驱动可以一起旋转，实现复合钻进。

转换工位时，停泵，活塞5在弹簧4作用下复位，外筒1和内筒3之间相对移动可以将钢球2挤回到活塞5和内筒3之间，顺利转换工位。

以上对本实用新型的说明仅是优选范例，并不能被理解为对本实用新型技术方案内容的限制。以上内容在具体应用中，技术人员有可能需要根据具体情况作个别调整和改变，所述调整和改变均应落入本实用新型所附权利要求的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种双工位锁紧装置，其特征在于：

双工位锁紧装置主要由外筒(1)、钢球(2)、内筒(3)、弹簧(4)和活塞(5)组成；

在所述外筒(1)的内壁上，设置有上组限位槽和下组限位槽，限位槽的槽宽度略大于所述钢球(2)的直径，限位槽的槽深度略大于所述钢球(2)的半径；

在所述内筒(3)上，设置有上、下两组圆孔，所述圆孔的孔径略大于所述钢球(2)的直径；

所述活塞(5)设置在所述内筒(3)中；

在所述活塞(5)上，设置有一组限位槽，限位槽的槽宽度略大于所述钢球(2)的直径，限位槽的槽深度略大于所述钢球(2)的半径；

所述弹簧(4)设置在所述内筒(3)与所述活塞(5)之间。

2.根据权利要求1所述的一种双工位锁紧装置，其特征在于：所述上组限位槽和所述下组限位槽为每组两个槽，或每组也可为一个槽、三个槽。

3.根据权利要求1所述的一种双工位锁紧装置，其特征在于：限位槽的形状为方形，或也可为圆弧形。

4.根据权利要求1所述的一种双工位锁紧装置，其特征在于：所述内筒(3)上共六个圆孔，上组三个圆孔呈120°均布，下组三个圆孔也呈120°均布，且上、下两组圆孔沿所述内筒(3)的周向错开60°。

5.根据权利要求1所述的一种双工位锁紧装置，其特征在于：所述内筒(3)和所述活塞(5)上分别设置有放置所述弹簧(4)的台肩。