CN2854043Y - 钻井遥控变径稳定器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种钻井遥控变径稳定器，属于石油、地质钻井轨迹控制工具。其特征是壳体为整体式，外表面有螺旋翼面。其内腔中心轴自上而下依次安装压动活塞、回位弹簧、弹簧座、斜面体、凸轮体、平衡活塞、闷头和孔板总成。五个斜面体装在螺旋翼面处内腔。三个螺旋翼面上均布安装十五个径向活塞。凸轮销安装在壳体上，其前端插入凸轮体上的控制滑槽。蘑菇头总成安装在壳体下端部的内壁上。凸轮体与中心轴一同上下移动又能转动，其余部件只能与中心轴一同上下移动。主要优点是结构紧凑，装拆方便，工作可靠，密封良好，制造成本较低，使用寿命较长。控制机构和压力信号机构全为机械式，操作简单方便，工效高。广泛用于钻直井、定向井和水平井。

Description

钻井遥控变径稳定器

(一)技术领域

本实用新型涉及到石油、地质钻井的特殊方法或设备，也涉及到钻定向井、水平井轨迹的控制和直井的防斜工具，具体而言是一种钻井遥控变径稳定器。

(二)背景技术

钻井过程中，为了控制井眼的轨迹和防止井斜，而普遍使用稳定器。传统的稳定器，时常造成卡钻事故、下钻遇阻、起钻遇卡和“拔活塞”现象，不但给钻井施工造成极大麻烦，浪费大量时间，甚至会发生井塌、井喷事故，使井眼报废，造成巨大经济损失。为了克服这些缺点，而研制和使用简易变径稳定器，主要有液压式和钻压式两种。液压式，开泵直径变大，停泵直径变小。钻压式，加钻压的同时直径变大，提钻时直径变小。虽能克服传统稳定器的一些缺点，但仍有其严重缺点，即下钻遇阻时，如果划眼需要开泵或加压，其直径就变大，对下钻极为不到，特别是钻压式结构，遇阻后越压越下不去。后来又有了简易式遥控变径稳定器，主要有投球式，使用时需要地面投球，操作复杂，并且其直径变换次数受到限制，目前尚属于一种不完善的结构形式。经检索专利文献，其中“一种排量式遥控变径稳定器”(96212594.6)和“正排量遥控变径稳定器”(00234301.0)，与上述投球式一样，可靠性差，存在结构原理性缺陷，至今未见推广应用。“一种遥控变径稳定器”(03201373)，虽然与本实用新型的工作原理相似，但其结构仍不完善，也至今未见推广应用。

(三)发明内容

鉴于上述已有技术存在的缺点和不足之处，本实用新型的目的就在于研制提供一种与众不同的钻井遥控变径稳定器，解决已有技术存在的上述问题，提高我国钻井技术水平和经济效益。

上述目的是由下述技术方案实现的：

钻井遥控变径稳定器，包括壳体、压动机构、变径机构、控制机构和信号机构几部分。其特征是壳体为整体式，外表有螺旋翼面。压动机构由推动活塞、上心轴、下心轴、回位弹簧和弹簧座组成。变径机构由斜面体、径向活塞和密封圈组成。控制机构由凸轮体、凸轮销和轴承组成。信号机构由孔板总成和蘑菇头总成组成。上心轴和下心轴采用螺纹方式连接成一体。压动活塞安装在上心轴的最上端，上心轴和下心轴自上而下依次安装：回位弹簧、弹簧座、斜面体、凸轮体、平衡活塞、闷头和孔板总成。弹簧座用固定销固定到壳体上。五个斜面体沿轴向依次安装在壳体的螺旋翼面部位的内腔。十五个径向活塞分三组，沿轴向均布安装在壳体的三个螺旋翼面上，即每个螺旋翼面上均布安装五个径向活塞。凸轮销径向安装在壳体螺旋翼面的下面，凸轮销的前端插入凸轮体外表面的控制滑槽中，轴承安装在凸轮体的上、下端部。闷头用固定销固定到壳体上。蘑菇头总成安装在壳体下端部的内壁上。上述各部件中，凸轮体既能被下心轴带动上下移动，又能转动。安装在上、下心轴上的其它部件都只能被上、下心轴带动上下移动，而不能转动。压动活塞以下、平衡活塞以上的空腔中充满润滑油。

上述钻进遥控变径稳定器中的壳体为圆柱体形状。有圆柱面内腔，上、下端有内螺纹，中部外表面有均布的三个螺旋翼面。螺旋翼面的外径大于壳体其余部分的外径。每个螺旋翼面上沿轴向均布五个安装径向活塞用的通孔。

上述钻井遥控变径稳定器中的斜面体为圆柱体形，有内孔。其外圆沿圆周120°均布加工出三个斜平面，三个斜平面的中心各有一道安装径向活塞用的轴向T型槽或燕尾槽。

上述钻井遥控变径稳定器中的径向活塞为圆柱体形状。其前端为圆柱面，与螺旋翼面外表面一样，镶嵌若干硬质合金块；其后端为斜平面，中心处有个轴向T型头或燕尾头；其外圆上有密封圈槽。

上述钻井遥控变径稳定器中的凸轮体为圆柱体形状，有内孔。其上、下部有安装上、下轴承用的环形槽，其中部外表面有弯折的控制滑槽。

本实用新型与现有技术对比，主要优点是：整体式外壳结构，既简化紧凑，又强度高，装拆方便，工作可靠，密封性好，制造成本较低，使用寿长较长。采用凸轮控制机构和孔板、蘑菇头压力信号机构，而不采用电器元件，与地面泵压表配合，形成了一个简单实用、安全可靠的控制和信号系统，不再需要技术复杂而又昂贵的稳定平台、电子伺服机构、专用测量装置和微机配套设备，大大节省投资和钻井施工成本。可广泛用于直井、定向井和水平井的钻井施工，提高工效，具有巨大经济效益和社会效益。

(四)附图说明

附图1是本实用新型的整体结构示意图。

附图2是图1的A-A断面示意图。

附图3是其凸轮控制机构示意图。

附图4是其压力信号机构示意图。

(五)具体实施方式

结附图说明一个实施例：

附图中，1是压动活塞，2是壳体，3是回位弹簧，4是固定销(六个)，5是弹簧座，6是径向活塞(十五个)，7是上心轴，8是斜面体(五个)，9是密封圈，10是凸轮体，11是凸轮销，12是轴承(两幅)，13是平衡活塞，14是下心轴，15是滤板(三个)，16是闷头，17是孔板总成，18是蘑菇头总成，19是套筒，20是碟簧，21是硬质合金块，22是下接头。D是高压泥浆腔，E是润滑油腔，F是低压泥浆腔，G是弯折的控制滑槽。

由图1所示，钻井遥控变径稳定器包括壳体2、压动机构、变径机构、控制机构和信号机构五部分。其特征是，壳体2为整体式，其外表面有螺旋翼面压动机构由压动活塞1、上心轴7、下心轴14、回位弹簧3和弹簧座5组成。变径机构由斜面体8、径向活塞6和密封圈9组成。控制机构由凸轮体10、凸轮销11和轴承12组成。上心轴7和下心轴14采用螺纹方式连接成一体。压动活塞1安装在上心轴7的最上端，上心轴7和下心轴14上，自上而下依次安装：回位弹簧3、弹簧座5、斜面体8、凸轮体10、平衡活塞13、闷头16和孔板总成17。弹簧座5用固定销4固定到壳体2上。五个斜面体(8)沿轴向依次安装在壳体2的螺旋翼面部位的内腔E，十五个径向活塞6分三组，沿轴向均布安装在壳体2的三个螺旋翼面上，即每个螺旋翼面上均布安装五个径向活塞6。凸轮销11径向安装在壳体2螺旋翼面下面，凸轮销11的前端插入凸轮体10外表面的控制滑槽G中，轴承12安装在凸轮体10的上、下两端部。闷头16用固定销4固定到壳体2上。蘑菇头总成18安装在壳体2下部的内壁上。上述各部件中，凸轮体10既能被下心轴14带动上下移动，又能转动。安装在上、下心轴7和14上的其它部件都只能被心轴带动上下移动，而不能转动。压动活塞1以下、平衡塞13以上的E腔中充满润滑油。闷头16的作用是隔离高压、低压泥浆。

由图1所示，壳体2为圆柱体形状。有圆柱面内腔，上、下端有内螺纹，中部外面有均布的三个螺旋翼面。螺旋翼面的外径大于壳体2其余部分的外径。每个螺旋翼面上沿轴向均布五个安装径向活塞6用的通孔。

由图1和2所示，斜面体8为圆柱体形状，有内孔。其外圆上沿圆周120°均布加工出三个斜平面，三个斜平面的中心各有一个安装径向活塞6用的轴向T型槽或燕尾槽。

由图1和2所示，径向活塞6为圆柱体形状。其前端为圆柱面，与螺旋翼面外表面一样，镶嵌若干硬质合金块21；其后端为斜平面，中心处有个轴向T型头或燕尾头；其外圆上有密封圈槽。

由图1和3所示，凸轮体10为圆柱体形状，有内孔。其上、下两端部有安装上、下轴承12用的环形槽，其中部外表面有弯折的控制滑槽G。

钻井遥控变径稳定器的动态工作过程是：

在钻井泥浆泵停止工作状态，图1中D腔泥浆的压力最小，使压动活塞1向上回复到最高位置，上、下心轴7和14则带动斜面体8、凸轮体10、平衡活塞13和孔板总成17一同向上移动到上限位置。此时凸轮销11处于图3中凸轮体10的控制滑槽G最低部位C1处；径向活塞6向后回收缩到极限位置，其前端面低于螺旋翼面。

在钻井泥浆泵第一次开泵状态，图1中D腔的泥浆压力上升，使压动活塞1克服弹簧3的弹力，上、下心轴7和14向下移动，带动斜面体8、凸轮体10、平衡活塞13和孔板总成17一同向下移动。此时图3中的凸轮销11不动，而凸轮体10相对转动，当凸轮销11滑动到G槽的B1处时停止，凸轮体10和斜面体8也停住不再向下移动，此时图1和2中的径向活塞6由极限收缩位置向外伸展到与螺旋翼面平齐。再次停泵，D腔泥浆压力下降，在弹簧3的作用下，上、下心轴及上述8、10、13、17各部件再次向上移动，凸轮销11滑动到图3中G槽的最低部位C2处。

钻井泥浆泵第二次开泵，图1中D腔的泥浆压力再次上升，压动活塞1再次克服弹簧3的弹力，使上、下心轴及上述各部件再次同时向下移动。此时凸轮体10再转动，凸轮销11由图3中G槽的C2处滑动到B2处再到A2处。图1和2中的径向活塞6向外伸展到极限位置，其前端面高出壳体2的螺旋翼面，即稳定器处于直径最大状态。在钻井过程中起到井眼轨迹控制作用。只要不停泵，就一直继续钻进。于是，在地面即可实现稳定器变径的遥控操作。

第二次停泵后，径向活塞6再次向后缩回到极限位置，其前端面低于壳体2的螺旋翼面，有利于向上起钻。以此类推。

除了采用上述开、停泥浆泵的方法进行变径控制以外，还可以利用其压差信号机构与地面测压仪表相结合，对其上述三种变径状态进行监视和控制。

由图4所示，第一次开泵后，孔板总成17中的孔板中心孔H与其下方的蘑菇头18之间的距离较大，则泥浆过流面积较大，压力较低。此时径向活塞6与壳体2的螺旋翼面平齐。停泵又第二次开泵时，孔板中心孔H与蘑菇头18之间的距离最小，则泥浆过流面积最小，压力最高，此时径向活塞6处于最大伸展状态，高于壳体2的螺旋翼面。所以，在地面上通过监测和记录钻柱在一定排量下的泥浆压力，即可知道井下变径稳定器的工作状态。也就可以实现地面遥控变径，非常简单可靠。

Claims (5)

1.一种钻井遥控变径稳定器，包括壳体(2)、压动机构、变径机构、控制机构和信号机构五部分，其特征是，壳体(2)为整体式，其外表面有螺旋翼面，压动机构由压动活塞(1)、上心轴(7)、下心轴(14)、回位弹簧(3)和弹簧座(5)组成，变径机构由斜面体(8)、径向活塞(6)和密封圈(9)组成，控制机构由凸轮体(10)、凸轮销(11)和轴承(12)组成，上心轴(7)和下心轴(14)采用螺纹方式连接成一体，压动活塞(1)安装在上心轴(7)的最上端，上心轴(7)和下心轴(14)上，自上而下依次安装：回位弹簧(3)、弹簧座(5)、斜面体(8)、凸轮体(10)、平衡活塞(13)、闷头(16)和孔板总成(17)，弹簧座(5)用固定销(4)固定到壳体(2)上，五个斜面体(8)沿轴向依次安装在壳体(2)的螺旋翼面部位的内腔(E)，十五个径向活塞(6)分三组，沿轴向均布安装在壳体(2)的三个螺旋翼面上，即每个螺旋翼面上均布安装五个径向活塞(6)，凸轮销(11)径向安装在壳体(2)螺旋翼面下面，凸轮销(11)的前端插入凸轮体(10)外表面的控制滑槽(G)中，轴承(12)安装在凸轮体(10)的上、下两端部，闷头(16)用固定销(4)固定到壳体(2)上，蘑菇头总成安装在壳体(2)下端部的内壁上，上述各部件中，凸轮体(10)既能被下心轴(14)带动上下移动，又能转动，安装在上、下心轴(7)和(14)上的其它各部件只能被心轴带动上下移动，而不能转动，压动活塞(1)以下、平衡活塞(13)以上的E腔中充满润滑油。

2.根据权利要求1所述的钻井遥控变径稳定器，其特征是壳体(2)为圆柱体形状，有圆柱面内腔，上、下端有内螺纹，中部外面有均布的三个螺旋翼面，螺旋翼面的外径大于壳体(2)其余部分的外径，每个螺旋翼面上沿轴向均布五个安装径向活塞(6)用的通孔。

3.根据权利要求1所述的钻井遥控变径稳定器，其特征是斜面体(8)为圆柱体形状，有内孔，其外圆上沿圆周120°均布加工出三个斜平面，三个斜平面的中心各有一个安装径向活塞(6)用的轴向T型槽或燕尾槽。

4.根据权利要求1所述的钻井遥控变径稳定器，其特征径向活塞(6)为圆柱体形状，其前端为圆柱面，与螺旋翼面外表面一样，镶嵌若干硬质合金块(21)，其后端面为斜平面，中心处有个轴向T型头或燕尾头，其外圆上有密封圈槽(9)。

5.根据权利要求1所述的钻井遥控变径稳定器，其特征是凸轮体(10)为圆柱体形状，有内孔，其上、下两端部有安装上、下轴承(12)用的环形槽，其中部外表面有弯折的控制滑槽(G)。

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