CN216240503U - 一种可换向水力推进器 - Google Patents

一种可换向水力推进器 Download PDF

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彭文玥
彭小爽
黄杰
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本实用新型公开了一种新型可换向水力推进器,上接头内部放置有一钢球,将限位螺钉装入上接头上,活塞放入中间短节内部,下接头通过螺纹连接与活塞连为一体,上接头通过螺纹连接与中间短节连接到一起,正常下入管柱时,钢球受到液压力坐封在上接头的球座上,形成密封,流体只能通过旁通水眼喷出,对管柱形成反向推力,防止在水平段因摩擦阻力过大造成管柱弯曲,管柱接触到前方障碍物时,推动钢球打开主流道,一部分流体进入下部管柱,启动下部工具清除障碍物,一部分流体仍从旁通水眼喷出提高返排效率,防止卡钻,中间短节和活塞通过键齿配合传递管柱扭矩,在各关键部位设置有密封圈,防止井内液体进入工具内部。

Description

一种可换向水力推进器
技术领域
本实用新型属于石油与天然气钻探工程井下工具技术领域,涉及一种可换向水力推进器。
背景技术
连续油管作业技术由于其本身具有的柔性刚度及自动化程度高、可带压作业等特性,近年来获得飞速发展,并逐渐在大斜度井、水平井的钻完井工程中得到应用。由于在大斜度井、水平井中连续油管与套管间的摩擦阻力增大,当摩擦阻力与连续油管重力平衡后,就需要强行将管柱压入井内,随着水平段不断加长,摩擦阻力不断增大,连续油管压入井内的压力也将逐渐提高,这也会造成实际作业过程中连续油管在水平段因摩擦阻力大而导致自锁现象,严重制约了连续油管在大斜度井、长水平井中的应用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种可换向水力推进器,解决了现有技术中连续油管在大斜度井、长水平段井中因摩擦阻力大而导致自锁现象,进一步提高连续油管在套管内的延伸能力,避免返排岩屑、砂砾等杂质能力低,容易造成卡钻事故的问题。
本实用新型所采用的技术方案是:
一种可换向水力推进器,上接头1内部放置钢球6,将限位螺钉2装入上接头1上,活塞4放入中间短节3内部,下接头5通过螺纹连接与活塞4连为一体,上接头1通过螺纹连接与中间短节3连接到一起。正常下入管柱时,钢球6受到液压力坐封在上接头1的球座上,形成密封,流体只能通过旁通水眼喷射出,此时高压液体经第一主流道Ⅰ从旁通流道Ⅱ返回井口。高压流体从旁通流道Ⅱ快速冲出有两方面作用:1)对管柱形成反向推力,实现了在下入管柱过程中有一拉力始终作用于管柱前端,防止在水平段因摩擦阻力过大造成自锁现象,进一步提高连续油管在套管内的延伸能力;2)与周围的流场形成相对负压,“虹吸效应”的作用能将工具前端的碎屑吸附至工具的后方,顺着高速流体一起往井口流动。所述上接头1上布置有限位螺钉2,其作用是防止钢球6因井底压力波动上串至上部工具中,影响上部工具的正常工作。
当磨鞋接触到前方的障碍物如桥塞或者套管射孔后留下的炮眼,反作用力将与水力推进器连接的磨鞋推回。磨鞋与水力推进器通过下接头5连接,下接头5也随之被推回,由于下接头5与中间短节3间的距离C小于活塞4与上接头1间的距离A和活塞4与上接头1间的距离B,下接头5与中间短节3先接触,这也确保了管柱上顶力仍通过中间短节3和上接头1传至上部管柱。活塞4上部的上顶凸台4-1推动钢球6离开上接头1的球座,由于钢球6外径比上接头1内径小,这也就给高压液体打开了第二主流道Ⅲ,形成了两个流体通道,一小部分流体经过第一主流道Ⅰ和旁通流道Ⅱ返出井口,余下的大部分流体经第一主流道Ⅰ、第二主流道Ⅲ和第三主流道Ⅳ进入磨鞋,扫除井底障碍物。同时,当从管柱环空返出的岩屑、砂砾等杂质通过水力推进器的旁通孔时从旁通流道Ⅱ返出的液体又会推进岩屑、砂砾等杂质返出井口,从而防止岩屑、砂砾等杂质堆积造成卡钻。
中间短节3上设有与上接头1形成密封的密封面3-1,可有效防止井内液体进入工具内部,中间短节3通过连接螺纹3-2与上接头1连为一体。在中间短节3内部设有键槽3-4,通过键槽3-4与活塞4上的键齿4-3配合起到传递扭矩,保证下部管柱只能轴向移动的作用。在中间短节3上设置有密封圈槽3-6,在内部安装密封圈4后可有效防止井内液体进入工具内部。在中间短节3上设置有上部注油口3-3和下部注油口3-5,在工具组装完成后可通过一侧注入液压油,一侧排空的方法确保活塞4在中间短节3内的各键齿均处于良好的润滑状态。
活塞4上设置有与钢球6接触的上顶凸台4-1,在上顶凸台4-1上开有凸台缺口4-7,当下接头5推动活塞4及钢球6向井口方向移动时,高压液体通过凸台缺口4-7进入下部管柱。在活塞的两端各设置有密封圈槽,有效防止其他液体进入中间短节3的液压油腔室,提高工具使用寿命。在活塞4上设置有键齿4-3,与中间短节3上的键槽3-4形成配合,起起到传递扭矩,保证下部管柱只能轴向移动的作用。更有益的是,在活塞4上始终存在一个键齿空位4-6,这样活塞4在来回的切换流道时,两端液压油能够快速流通,确保活塞4自由切换。
这样的自动切换流道方向功能,有以下几个优点:
一、在管柱前方没有障碍物时,流体只能从旁通水眼高速喷射出,与周围的流场形成相对负压,“虹吸效应”的作用能将工具前方的岩屑、砂砾吸附至工具的后方,顺着高速流体一起往井口流动。
二、井筒保持清洁以后,能极大地降低管柱间的摩擦阻力,减少卡钻的几率发生,提高下入管柱的效率。
三、在管柱前方遇到障碍物时,流体会通过旁通水眼和直通水眼同时向外喷出流体,启动管柱下部的磨鞋工作,扫除井底障碍物,产生的岩屑、砂砾等杂质会及时上返,不会继续堆积。
四、在管柱前方没有障碍物时,流体只能从旁通水眼高速喷射出,能提供一个向前的液压推力,能辅助连续油管和工具管串的下入深度,提高连续油管延伸能力。
附图说明
图1是可换向水力推进器旁通时结构示意图。
图中,1.上接头,2.限位螺钉,3.中间短节,4.活塞,5.下接头,6.钢球,7.密封圈1,8.密封圈2,9.螺钉,10.密封圈3,11.密封圈4,Ⅰ. 第一主流道,Ⅱ.旁通流道,A.活塞与上接头距离1,B.活塞与上接头距离2,C.下接头与中间短节距离。
图2是可换向水力推进器同时直通和旁通时结构示意图。
图中,1.上接头,2.限位螺钉,3.中间短节,4.活塞,5.下接头,6.钢球,7.密封圈1,8.密封圈2,9.螺钉,10.密封圈3,11.密封圈4,Ⅰ.第一主流道,Ⅱ.旁通流道,Ⅲ.第二主流道,Ⅳ.第三主流道。
图3是中间短节结构示意图。
图中,3.中间短节,3-1.密封面,3-2.连接螺纹,3-3.上部注油口,3-4.键槽,3-5.下部注油口,3-6.密封圈槽。
图4是活塞结构示意图。
图中,4.活塞,4-1.上顶凸台,4-2.密封圈槽,4-3.键齿,4-4.密封圈槽,4-5.连接螺纹,4-6.键齿空位,4-7.凸台缺口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
参照图1,上接头1内部放置钢球6后,将限位螺钉2装入上接头1,上接头1通过螺纹连接与中间短节3连接到一起,活塞4放置在上接头1与中间短节3之间,下接头5通过螺纹连接与活塞4连接到一起,中间短节3通过键槽3-4与活塞4上的键齿4-3配合,起传递扭矩作用。
此时钢球6受到液压力坐封在上接头1的球座上,形成密封,流体只能通过旁通水眼喷出,此时高压液体经第一主流道Ⅰ从旁通流道Ⅱ返回井口。高压流体从旁通流道Ⅱ快速冲出有两方面作用:1)对管柱形成反向推力,实现了在下入管柱过程中有一拉力始终作用于管柱前端,防止在水平段因摩擦阻力过大造成自锁现象,进一步提高连续油管在套管内的延伸能力;2)与周围的流场形成相对负压,“虹吸效应”的作用能将工具前端的碎屑吸附至工具后方,顺着高速流体一起往井口流动。
上接头1上布置有限位螺钉2,其作用是防止钢球6因井底压力波动上串至上部工具中,影响上部工具的正常工作。参照图2,当磨鞋接触到前方的障碍物如桥塞或者套管射孔后留下的炮眼,反作用力将与水力推进器连接的磨鞋推回。磨鞋与水力推进器通过下接头5连接,下接头5也随之被推回,由于下接头5与中间短节3间的距离C小于活塞4与上接头1间的距离A和活塞4与上接头1间的距离B,下接头5与中间短节3先接触,这也确保了管柱上顶力仍通过中间短节3和上接头1传至上部管柱。活塞4上部的上顶凸台4-1推动钢球6离开上接头1的球座,由于钢球6外径比上接头1内径小,这也就给高压液体打开了第二主流道Ⅲ,形成了两个流体通道,一小部分流体经过第一主流道I和旁通流道Ⅱ返出井口,余下的大部分流体经第一主流道I、第二主流道Ⅲ和第三主流道Ⅳ进入磨鞋,扫除井底障碍物。同时,当从管柱环空返出的岩屑、砂砾等杂质通过水力推进器的旁通孔时从旁通流道Ⅱ返出的液体又会推进岩屑、砂砾等杂质返出井口,从而防止岩屑、砂砾等杂质堆积造成卡钻。
通过这种换位作用,当钢球6与上接头1球座密封时,高压流体只能从旁通水眼喷出,当磨鞋接触障碍物时,磨鞋反作用力推动下接头5向井口方向移动,导致活塞4推动钢球6离开上接头1球座,使高压流体具有两条流道,一小部分流体经过旁通流道Ⅱ喷出,余下的大部分流体经第一主流道Ⅰ、第二主流道Ⅲ和第三主流道Ⅳ进入管柱下部,从而驱动管柱下部的磨鞋工作,扫除井底障碍物。参照图3,中间短节3上设有与上接头1形成密封的密封面3-1,可有效防止井内液体进入工具内部,中间短节3通过连接螺纹3-2与上接头1连为一体,在中间短节3内部设有键槽3-4,通过键槽3-4与活塞4上的键齿4-3配合起到传递扭矩,保证下部管柱只能轴向移动的作用,在中间短节3上设置有密封圈槽3-6,在内部安装密封圈4后可有效防止井内液体进入工具内部。
在中间短节3上设置有上部注油口3-3和下部注油口3-5,在工具组装完成后可通过一侧注入液压油,一侧排空的方法确保活塞4在中间短节3内的各键齿均处于良好的润滑状态。
参照图4,活塞4上设置有与钢球6接触的上顶凸台4-1,在上顶凸台4-1上开有凸台缺口4-7,当下接头5推动活塞4及钢球6向井口方向移动时,高压液体通过凸台缺口4-7进入下部管柱,在活塞的两端各设置有密封圈槽,有效防止其他液体进入中间短节3的液压油腔室,延长工具使用寿命。
在活塞4上设置有键齿4-3与中间短节3上的键槽3-4形成配合,起到传递扭矩,保证下部管柱只能轴向移动的作用,更有益的是,在活塞4上始终存在一个键齿空位4-6,这样活塞4在来回的切换时,两端液压油能够快速流通,确保活塞4自由切换。
本实用新型的工作原理是,
上接头1内部放置钢球6,将限位螺钉2装入上接头1上,活塞4放入中间短节3内部,下接头5通过螺纹连接与活塞4连为一体,上接头1通过螺纹连接与中间短节3连接到一起。正常下入管柱时,钢球6受到液压力坐封在上接头1的球座上,形成密封,流体只能通过旁通水眼喷射出,此时高压液体经第一主流道Ⅰ从旁通流道Ⅱ返回井口。高压流体从旁通流道Ⅱ快速冲出有两方面作用:1)对管柱形成反向推力,实现了在下入管柱过程中有一拉力始终作用于管柱前端,防止在水平段因摩擦阻力过大造成自锁现象,进一步提高连续油管在套管内的延伸能力;2)与周围的流场形成相对负压,“虹吸效应”的作用能将工具前端的碎屑吸附至工具的后方,顺着高速流体一起往井口流动。所述上接头1上布置有限位螺钉2,其作用是防止钢球6因井底压力波动上串至上部工具中,影响上部工具的正常工作。
当磨鞋接触到前方的障碍物如桥塞或者套管射孔后留下的炮眼,反作用力将与水力推进器连接的磨鞋推回。磨鞋与水力推进器通过下接头5连接,下接头5也随之被推回,由于下接头5与中间短节3间的距离C小于活塞4与上接头1间的距离A和活塞4与上接头1间的距离B,下接头5与中间短节3先接触,这也确保了管柱上顶力仍通过中间短节3和上接头1传至上部管柱。活塞4上部的上顶凸台4-1推动钢球6离开上接头1的球座,由于钢球6外径比上接头1内径小,这也就给高压液体打开了第二主流道Ⅲ,形成了两个流体通道,一小部分流体经过第一主流道Ⅰ和旁通流道Ⅱ返出井口,余下的大部分流体经第一主流道Ⅰ、第二主流道Ⅲ和第三主流道Ⅳ进入磨鞋,扫除井底障碍物。同时,当从管柱环空返出的岩屑、砂砾等杂质通过水力推进器的旁通孔时从旁通流道Ⅱ返出的液体又会推进岩屑、砂砾等杂质返出井口,从而防止岩屑、砂砾等杂质堆积造成卡钻。
所述中间短节3上设有与上接头1形成密封的密封面3-1,可有效防止井内液体进入工具内部,中间短节3通过连接螺纹3-2与上接头1连为一体。在中间短节3内部设有键槽3-4,通过键槽3-4与活塞4上的键齿4-3配合起到传递扭矩,保证下部管柱只能轴向移动的作用。在中间短节3上设置有密封圈槽3-6,在内部安装密封圈4后可有效防止井内液体进入工具内部。在中间短节3上设置有上部注油口3-3和下部注油口3-5,在工具组装完成后可通过一侧注入液压油,一侧排空的方法确保活塞4在中间短节3内的各键齿均处于良好的润滑状态。
所述活塞4上设置有与钢球6接触的上顶凸台4-1,在上顶凸台4-1上开有凸台缺口4-7,当下接头5推动活塞4及钢球6向井口方向移动时,高压液体通过凸台缺口4-7进入下部管柱。在活塞的两端各设置有密封圈槽,有效防止其他液体进入中间短节3的液压油腔室,提高工具使用寿命。在活塞4上设置有键齿4-3,与中间短节3上的键槽3-4形成配合,起起到传递扭矩,保证下部管柱只能轴向移动的作用。更有益的是,在活塞4上始终存在一个键齿空位4-6,这样活塞4在来回的切换流道时,两端液压油能够快速流通,确保活塞4自由切换。
所述活塞4上设置有键齿4-3与中间短节3上的键槽3-4配合,到传递扭矩,保证下部管柱只能轴向移动的作用。
所述上接头1内部设置有球座,以便于钢球6在受到流体的压力时,能坐封到球座上形成密封。
所述上接头1上设置有限位螺钉2对钢球6进行限位,有效防止钢球6因井底压力波动上串至上部工具中,影响上部工具的正常工作。
所述上接头1上有旁通流道Ⅱ,当钢球4坐封到球座1-2上形成密封时,流体只能从旁通水眼2喷射出。
当与可换向水力推进器连接的磨鞋接触到前方的障碍物,反作用力将下接头5、活塞4和钢球6一起推回,有益的是下接头与中间短节距离C小于活塞与上接头距离2和活塞与上接头距离1,这也确保了管柱上顶力仍通过中间短节3和上接头1传至上部管柱,改善了工具内部受力。
当与可换向水力推进器连接的磨鞋接触到前方的障碍物,反作用力将下接头5、活塞4和钢球6一起推回后,从而打开了第二主流道Ⅲ,使高压液体有两个通道,一部分经第一主流I道进入管柱下部,启动液压马达和磨鞋等工具工作,扫除井底障碍物。
当与可换向水力推进器连接的磨鞋接触到前方的障碍物,仍有小部分流体经旁通流道Ⅱ排出,当管柱前端的岩屑、砂砾等杂质通过水力推进器的旁通孔时加速其返出井口,防止岩屑、砂砾等杂质堆积造成卡钻。
所述中间短节3上有上部注油口3-3和下部注油口3-5,可通过从一侧注液压油一侧排空的方法确保液压油腔室完全注满。
所述活塞4上始终存在一个键齿空位4-6,这样活塞4在来回的切换时,两端液压油压力能够平衡,能够较容易地进行流道切换。
所述水力推进器各关键部位设置有密封圈,其功能是防止井内液体进入工具内部。

Claims (10)

1.一种可换向水力推进器,其特征在于:上接头(1)内部放置有一钢球(6)后,将限位螺钉(2)装入上接头(1)上,活塞(4)放置在上接头(1)与中间短节(3)之间,上接头(1)通过螺纹连接与中间短节(3)连接到一起,活塞(4)与下接头(5)通过螺纹连接到一起,所述活塞(4)上设置有键齿(4-3)与中间短节(3)上的键槽(3-4)配合,起到传递扭矩,保证下部管柱只能轴向移动的作用。
2.根据权利要求1所述的一种可换向水力推进器,其特征在于:上接头(1)内部设置有球座,以便于钢球(6)在受到流体的压力时,能坐封到球座上形成密封。
3.根据权利要求1所述的一种可换向水力推进器,其特征在于:在上接头(1)上有旁通流道Ⅱ,当钢球(6)坐封到上接头(1)上的球座时,流体只能从旁通流道Ⅱ喷出。
4.根据权利要求1所述的一种可换向水力推进器,其特征在于:在上接头(1)上设置有限位螺钉(2)对钢球(6)进行限位,有效防止钢球(6)因井底压力波动上串至上部工具中,影响上部工具的正常工作。
5.根据权利要求1所述的一种可换向水力推进器,其特征在于:当与可换向水力推进器连接的磨鞋接触到前方的障碍物,反作用力将下接头(5)、活塞(4)和钢球(6)一起推回,有益的是下接头(5)与中间短节(3)间的距离(C)小于活塞(4)与上接头(1)间的距离2和活塞(4)与上接头(1)间的距离1,这也确保了管柱上顶力仍通过中间短节(3)和上接头(1)传至上部管柱,改善了工具内部受力。
6.根据权利要求1所述的一种可换向水力推进器,其特征在于:当与可换向水力推进器连接的磨鞋接触到前方的障碍物,反作用力将下接头(5)、活塞(4)和钢球(6)一起推回后,从而打开了第二主流道Ⅲ,使高压液体有两个通道,一部分经第一主流道I、第二主流道Ⅲ和第三主流道Ⅳ进入管柱下部,启动液压马达和磨鞋工具工作,扫除井底障碍物。
7.根据权利要求1所述的一种可换向水力推进器,其特征在于:当与可换向水力推进器连接的磨鞋接触到前方的障碍物,仍有小部分流体经旁通流道Ⅱ排出,当管柱前端的岩屑、砂砾杂质通过水力推进器的旁通孔时加速其返出井口,防止岩屑、砂砾杂质堆积造成卡钻。
8.根据权利要求1所述的一种可换向水力推进器,其特征在于:中间短节(3)上有上部注油口(3-3)和下部注油口(3-5),可通过从一侧注液压油一侧排空的方法确保液压油腔室完全注满。
9.根据权利要求1所述的一种可换向水力推进器,其特征在于:在活塞(4)上始终存在一个键齿空位(4-6),这样活塞(4)在来回的切换时,两端液压油能够快速流通,确保活塞(4)自由切换。
10.根据权利要求1所述的一种可换向水力推进器,其特征在于:在水力推进器各关键部位设置有密封圈,其作用是防止井内液体进入工具内部。
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