專利名稱：變徑方位穩(wěn)定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于防止定向鉆井方位漂移的變徑方位穩(wěn)定器。
背景技術(shù)：
變徑方位穩(wěn)定器是一種用于防止定向鉆井方位漂移的變徑穩(wěn)定器。
傳統(tǒng)的穩(wěn)定器分外徑固定和外徑可控兩大類。鉆井中大量使用的是外徑固定的穩(wěn)定器?？拷@頭的稱近鉆頭穩(wěn)定器，遠(yuǎn)離鉆頭的則稱鉆柱穩(wěn)定器，通常使用兩個(gè)，有更多的。通過不同的鉆具組合和調(diào)整穩(wěn)定器彼此間之距離便可實(shí)現(xiàn)增斜、降斜或穩(wěn)斜作業(yè)。外徑可控穩(wěn)定器又被稱為變徑穩(wěn)定器，它們是伴隨定向鉆井技術(shù)發(fā)展起來的，大都用作近鉆頭穩(wěn)定器。因?yàn)檫@種穩(wěn)定器的外徑是可變的，因此有利于起下鉆、避免由于卡鉆而引發(fā)的鉆井事故。此類變徑穩(wěn)定器存在三種不同的變徑方式1、單級(jí)；2、多級(jí)，如AGS；3、連續(xù)變徑方式，如TRAKS。在我國使用較多的是單級(jí)變徑穩(wěn)定器，即在無鉆井液循環(huán)時(shí)穩(wěn)定器變徑部分處初始位置，當(dāng)有鉆井液循環(huán)時(shí)變徑部分伸出至最大位置。多級(jí)或連續(xù)變徑方式穩(wěn)定器指不用停鉆將穩(wěn)定器提出井口，在井下其變徑部分的伸出量即可實(shí)現(xiàn)多級(jí)或連續(xù)的控制。如果在鉆具組合中近鉆頭穩(wěn)定器是這種變徑穩(wěn)定器，則不用起鉆調(diào)整鉆具組合便可在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)增斜、降斜或穩(wěn)斜功能。
常規(guī)變徑穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)包括軸體和變徑總成兩部分，所述軸體，即一段或數(shù)段聯(lián)接在一起的向鉆頭傳遞扭矩和鉆壓的鉆柱，所述的變徑總成為由沿軸體軸向排列成若干行或在軸體圓周排列為若干螺旋行的若干個(gè)活塞組成。活塞可以在軸體橫斷面上按徑向安置的活塞缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞缸通過流道將軸體(鉆柱)中的鉆井液與活塞聯(lián)通。對(duì)于多級(jí)和連續(xù)變徑方式穩(wěn)定器其變徑部分還包括液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電子控制模塊，關(guān)于此類穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)和由它參與的鉆具組合的增、降和穩(wěn)斜功能這里不作詳述。
鉆進(jìn)中，鉆頭破巖掘進(jìn)、不同位置的穩(wěn)定器隨鉆柱前進(jìn)，囿于井壁，起定向作用。同時(shí)由于旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的緣故，近鉆頭穩(wěn)定器有切向力作用于井壁，反之亦然。由于井底區(qū)域地層巖性的差異和各向異性，構(gòu)造傾角、鉆開井眼軌跡和井壁狀態(tài)、鉆具組合與井壁間動(dòng)力學(xué)時(shí)變特征以及重力等影響因素的差異，凡此種種造成了井壁切向力作用的不對(duì)稱性。由此使鉆頭(井眼軌跡)發(fā)生不確定的和難以簡(jiǎn)單控制的方位漂移。這是定向鉆井中時(shí)常會(huì)發(fā)生的，也是難于解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要提供一種變徑方位穩(wěn)定器，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的會(huì)造成鉆具或井眼軌跡發(fā)生方位漂移的問題。
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種變徑方位穩(wěn)定器，包括旋轉(zhuǎn)軸1和變徑總成，旋轉(zhuǎn)軸1上設(shè)置有導(dǎo)壓孔17，其特殊之處在于，所述變徑總成包括導(dǎo)向裝置和筒狀的不旋轉(zhuǎn)套3，所述不旋轉(zhuǎn)套3可旋轉(zhuǎn)地嵌設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸1的外壁上，不旋轉(zhuǎn)套3的外壁上沿圓周均布有數(shù)個(gè)條狀導(dǎo)向槽，所述導(dǎo)向裝置設(shè)置于導(dǎo)向槽內(nèi)；所述導(dǎo)向裝置由徑向設(shè)置的導(dǎo)向套和定位件構(gòu)成，導(dǎo)壓孔17與導(dǎo)向套11連通，定位件可滑動(dòng)地設(shè)置于導(dǎo)向套內(nèi)，導(dǎo)向裝置與不旋轉(zhuǎn)套3上導(dǎo)向槽間設(shè)置有復(fù)位機(jī)構(gòu)和限位機(jī)構(gòu)。
上述定位件的縱向截面為“T”形。
上述定位件是圓柱。
上述導(dǎo)向裝置是活塞組件，其中導(dǎo)向套是活塞套11，定位件是活塞7。
上述復(fù)位機(jī)構(gòu)是簧片，所述限位機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向槽端部設(shè)置的限位塊。
上述導(dǎo)向裝置還包括翼肋4，翼肋4嵌設(shè)于導(dǎo)向槽內(nèi)，圓柱或活塞7端部的外側(cè)，所述復(fù)位機(jī)構(gòu)是設(shè)置于翼肋4和導(dǎo)向槽間的簧片。
上述翼肋4的一個(gè)端部鉸接在不旋轉(zhuǎn)套3的外壁上。翼肋斜推出導(dǎo)向槽。
上述限位機(jī)構(gòu)是導(dǎo)向槽端部設(shè)置的限位塊13和定位件上對(duì)應(yīng)設(shè)置的限位臺(tái)階10。設(shè)置限位塊簡(jiǎn)單方便，不但可防止定位件滑出且可通過調(diào)整限位塊的位置來調(diào)整定位件的伸出度。
上述不旋轉(zhuǎn)套3與旋轉(zhuǎn)軸1之間遠(yuǎn)離鉆頭的一側(cè)設(shè)置有徑向軸承組15和推力軸承組5，靠近鉆頭的一側(cè)設(shè)置有徑向軸承組15。
上述不旋轉(zhuǎn)套3與旋轉(zhuǎn)軸1之間，徑向軸承組15和推力軸承組5的內(nèi)側(cè)設(shè)置有動(dòng)密封圈9，兩軸承組外設(shè)置有調(diào)整環(huán)2，在調(diào)整環(huán)2中設(shè)置有防塵圈16。防塵圈16起到防止鉆井液侵入油封軸承組的作用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本設(shè)計(jì)的思路在于將近鉆頭鉆具旋轉(zhuǎn)時(shí)作用于井壁而由此產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩變小，并且使各種影響旋轉(zhuǎn)力矩不對(duì)稱因素的作用降到最低程度。它保留了原有變徑穩(wěn)定器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備穩(wěn)定方位的新功能。當(dāng)翼肋因鉆井液循環(huán)而緊貼井壁時(shí)，翼肋是不隨旋轉(zhuǎn)軸(鉆頭)轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此避免了傳統(tǒng)近鉆頭穩(wěn)定器或普通變徑穩(wěn)定器由井壁施與的反扭力的作用，由此井眼軌跡的方位就不會(huì)隨著井底巖性的各項(xiàng)異性、構(gòu)造傾角和鉆具組合的不同以及重力等因素的影響而發(fā)生不同程度的漂移。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A的剖視圖；圖3是另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明如下1-旋轉(zhuǎn)軸，2-調(diào)整環(huán)，3-不旋轉(zhuǎn)套，4-翼肋，5-推力軸承組，6-定位環(huán)，7-活塞，8-防塵圈，9-動(dòng)密封圈，10-限位臺(tái)階，11-活塞套，12-鉆井液，13-限位塊，14-動(dòng)密封圈，15-徑向軸承組，16-防塵圈，17-導(dǎo)壓孔。
具體實(shí)施例的詳細(xì)說明參見圖1和圖2，一種變徑方位穩(wěn)定器，包括旋轉(zhuǎn)軸1和變徑總成，所述變徑總成包括筒狀的不旋轉(zhuǎn)套3和導(dǎo)向裝置，旋轉(zhuǎn)軸1上設(shè)置有導(dǎo)壓孔17。本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)軸1由上旋轉(zhuǎn)軸和下旋轉(zhuǎn)軸組裝對(duì)接成整體。
所說的不旋轉(zhuǎn)套3與旋轉(zhuǎn)軸1之間遠(yuǎn)離鉆頭的一側(cè)設(shè)置有徑向軸承組15和推力軸承組5，靠近鉆頭的一側(cè)設(shè)置有徑向軸承組15。所說的不旋轉(zhuǎn)套3與旋轉(zhuǎn)軸1之間，徑向軸承組15和推力軸承組5的內(nèi)側(cè)設(shè)置有動(dòng)密封圈9，兩軸承組外設(shè)置有調(diào)整環(huán)2，在調(diào)整環(huán)2中設(shè)置有防塵圈16。由于彼此間軸承連接的緣故，旋轉(zhuǎn)軸1僅向不旋轉(zhuǎn)套3傳遞有限的負(fù)荷，一旦翼肋4貼井壁不旋轉(zhuǎn)套3將不隨旋轉(zhuǎn)軸1旋轉(zhuǎn)。軸承組均采用油封壓力平衡結(jié)構(gòu)。
所說的不旋轉(zhuǎn)套3與旋轉(zhuǎn)軸1之間遠(yuǎn)離鉆頭的一側(cè)設(shè)置有徑向軸承組15和推力軸承組5，靠近鉆頭的一側(cè)設(shè)置有徑向軸承組15。
所說的不旋轉(zhuǎn)套3與旋轉(zhuǎn)軸1之間，徑向軸承組15和推力軸承組5的內(nèi)側(cè)設(shè)置有動(dòng)密封圈9，兩軸承組外設(shè)置有調(diào)整環(huán)2，在調(diào)整環(huán)2中設(shè)置有防塵圈16。防塵圈16起到防止鉆井液侵入油封軸承組的作用。
不旋轉(zhuǎn)套3的外壁上沿圓周均布有三個(gè)條狀導(dǎo)向槽，所述導(dǎo)向裝置固定設(shè)置于導(dǎo)向槽內(nèi)，導(dǎo)向裝置可以設(shè)置數(shù)個(gè)，本實(shí)施例中包括一字排開的三個(gè)。所說的導(dǎo)向裝置由徑向設(shè)置的導(dǎo)向套、可在導(dǎo)向套內(nèi)滑動(dòng)的定位件和翼肋4構(gòu)成，導(dǎo)壓孔17與導(dǎo)向套11相連通。本實(shí)施例中導(dǎo)向套11和定位件選擇為活塞套和活塞7，它們組成活塞組件，所說的翼肋4嵌設(shè)于導(dǎo)向槽內(nèi)、活塞7端部的外側(cè)。
所說的翼肋5的兩端與導(dǎo)向槽兩端之間設(shè)置有復(fù)位機(jī)構(gòu)，只要能讓翼肋5復(fù)位的結(jié)構(gòu)均可采用，本實(shí)施例中選用彈簧鋼板，即簧片作為復(fù)位機(jī)構(gòu)。翼肋4被活塞7推向外側(cè)平移直至貼上井壁后，在活塞停止工作收回時(shí)，翼肋4在簧片的作用下復(fù)位，翼肋的返回是復(fù)位簧片和鉆柱上提過程中可能發(fā)生的井壁力以及鉆柱振動(dòng)綜合效應(yīng)的結(jié)果。
所說的翼肋5的兩端與導(dǎo)向槽兩端之間設(shè)置有限位機(jī)構(gòu)，限位機(jī)構(gòu)是導(dǎo)向槽端部設(shè)置的限位塊13和定位件上對(duì)應(yīng)設(shè)置的限位臺(tái)階10。通過調(diào)整限位塊的位置來調(diào)整定位件的伸出度。
本產(chǎn)品的工作原理是本設(shè)計(jì)中旋轉(zhuǎn)軸1，亦稱承載軸，轉(zhuǎn)盤或井下動(dòng)力鉆具通過它向鉆頭傳遞鉆壓和扭矩，其旋轉(zhuǎn)軸1中心圓柱狀(包括其它形狀)空間是循環(huán)鉆井液的流動(dòng)通道；旋轉(zhuǎn)軸上下端分別由鉆具扣與鉆柱或鉆頭連接(包括其它各種能承受高壓密封并能傳遞動(dòng)力的鉆具連接方式)；所說的不旋轉(zhuǎn)套3為旋轉(zhuǎn)軸1的外套，旋轉(zhuǎn)軸1和不旋轉(zhuǎn)套3之間用軸承連接。軸和套上下兩端的軸承，保證了在翼肋伸開貼井壁后不旋轉(zhuǎn)套保持相對(duì)靜止，也即達(dá)到了在鉆頭附近削弱地層和鉆具之間旋轉(zhuǎn)力矩大小的作用。鉆進(jìn)中翼肋貼井壁時(shí)軸承同時(shí)承受縱向負(fù)荷和徑向負(fù)荷。為延長(zhǎng)軸承的使用壽命，采取油封和壓力平衡技術(shù)。軸承在充滿了潤滑脂的平衡腔中，平衡腔是通過平衡活塞與鉆柱和井壁環(huán)空間液柱溝通的。平衡腔中與活塞相鄰的彈簧起壓力平衡和熱補(bǔ)償作用。不旋轉(zhuǎn)套的外壁上沿圓周均布有數(shù)個(gè)導(dǎo)向槽(在本項(xiàng)目中有呈120°分布的三個(gè)導(dǎo)向槽)，活塞組件和翼肋4(即導(dǎo)向裝置)均設(shè)置于導(dǎo)向槽內(nèi)，與常見的穩(wěn)定器不同，活塞并不直接接觸井壁，而是推動(dòng)翼肋4伸出。導(dǎo)向槽和翼肋5上對(duì)應(yīng)的限位部件可以控制翼肋5的平移伸出量并防止翼肋5脫出?；钊?1和鉆柱內(nèi)鉆井液12之間由導(dǎo)壓孔17連通成液壓系統(tǒng)，軸和套的環(huán)空間隙形成鉆井液能量傳遞空間來進(jìn)行能量傳遞，當(dāng)有鉆井液循環(huán)時(shí)，活塞7因鉆柱內(nèi)外鉆井液循環(huán)壓差向外運(yùn)動(dòng)則是，翼肋4由活塞7推動(dòng)向外伸出。當(dāng)鉆井液停止循環(huán)時(shí)，翼肋4兩端的簧片迫使其復(fù)位，從而壓迫活塞7復(fù)位。
本方案中導(dǎo)向裝置起到推靠定位的作用，因此各種結(jié)構(gòu)都可以采用。參見圖3，導(dǎo)向裝置由徑向設(shè)置的導(dǎo)向套11和定位件構(gòu)成，定位件的縱向截面為“T”形。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。
定位件還可以僅僅是圓柱，即類似活塞組件的結(jié)構(gòu)，但其比活塞成本低，當(dāng)然活塞組件的可靠性更高。
本產(chǎn)品的重點(diǎn)在于通過設(shè)置的不隨著旋轉(zhuǎn)軸1轉(zhuǎn)動(dòng)的不旋轉(zhuǎn)套上導(dǎo)向裝置推靠定位。因此不旋轉(zhuǎn)套的設(shè)置是本產(chǎn)品的獨(dú)到之處。
權(quán)利要求
1.一種變徑方位穩(wěn)定器，包括旋轉(zhuǎn)軸(1)和變徑總成，旋轉(zhuǎn)軸(1)上設(shè)置有導(dǎo)壓孔(17)，其特征在于所述變徑總成包括導(dǎo)向裝置和筒狀的不旋轉(zhuǎn)套(3)，所述不旋轉(zhuǎn)套(3)可旋轉(zhuǎn)地嵌設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸(1)的外壁上，不旋轉(zhuǎn)套(3)的外壁上沿圓周均布有數(shù)個(gè)條狀導(dǎo)向槽，所述導(dǎo)向裝置設(shè)置于導(dǎo)向槽內(nèi)，導(dǎo)壓孔(17)與導(dǎo)向套(11)連通；所述導(dǎo)向裝置由徑向設(shè)置的導(dǎo)向套和定位件構(gòu)成，定位件可滑動(dòng)地設(shè)置于導(dǎo)向套內(nèi)，導(dǎo)向裝置與不旋轉(zhuǎn)套(3)上導(dǎo)向槽間設(shè)置有復(fù)位機(jī)構(gòu)和限位機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變徑方位穩(wěn)定器，其特征在于所述定位件的縱向截面為“T”形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變徑方位穩(wěn)定器，其特征在于所述定位件是圓柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變徑方位穩(wěn)定器，其特征在于所述導(dǎo)向裝置是活塞組件，其中導(dǎo)向套是活塞套(11)，定位件是活塞(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的變徑方位穩(wěn)定器，其特征在于所述復(fù)位機(jī)構(gòu)是簧片，所述限位機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向槽端部設(shè)置的限位塊(13)和定位件上對(duì)應(yīng)設(shè)置的限位臺(tái)階(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的變徑方位穩(wěn)定器，其特征在于所述導(dǎo)向裝置還包括翼肋(4)，翼肋(4)嵌設(shè)于導(dǎo)向槽內(nèi)，圓柱或活塞端部的外側(cè)，所述復(fù)位機(jī)構(gòu)是設(shè)置于翼肋(4)和導(dǎo)向槽間的簧片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變徑方位穩(wěn)定器，其特征在于所述翼肋(4)的一個(gè)端部鉸接在不旋轉(zhuǎn)套(3)的外壁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變徑方位穩(wěn)定器，其特征在于所述限位機(jī)構(gòu)是導(dǎo)向槽兩邊端部設(shè)置的限位塊，翼肋(4)對(duì)應(yīng)的端部設(shè)置有與之對(duì)應(yīng)的限位臺(tái)階。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的變徑方位穩(wěn)定器，其特征在于所述不旋轉(zhuǎn)套(3)與旋轉(zhuǎn)軸(1)之間遠(yuǎn)離鉆頭的一側(cè)設(shè)置有徑向軸承組(15)和推力軸承組(5)，靠近鉆頭的一側(cè)設(shè)置有徑向軸承組(15)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的變徑方位穩(wěn)定器，其特征在于所述不旋轉(zhuǎn)套(3)與旋轉(zhuǎn)軸(1)之間，徑向軸承組(15)和推力軸承組(5)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有動(dòng)密封圈(9)，兩軸承組外設(shè)置有調(diào)整環(huán)(2)，在調(diào)整環(huán)(2)中設(shè)置有防塵圈(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及石油鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于防止定向鉆井方位漂移的變徑方位穩(wěn)定器。本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的會(huì)造成鉆具或井眼軌跡發(fā)生方位漂移的問題，采用的技術(shù)方案是一種變徑方位穩(wěn)定器，包括旋轉(zhuǎn)軸和變徑總成，旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有導(dǎo)壓孔，所述變徑總成包括導(dǎo)向裝置和筒狀的不旋轉(zhuǎn)套，所述不旋轉(zhuǎn)套可旋轉(zhuǎn)地嵌設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸的外壁上，不旋轉(zhuǎn)套的外壁上沿圓周均布有數(shù)個(gè)條狀導(dǎo)向槽，所述導(dǎo)向裝置設(shè)置于導(dǎo)向槽內(nèi)；所述導(dǎo)向裝置由徑向設(shè)置的導(dǎo)向套和定位件構(gòu)成，導(dǎo)壓孔與導(dǎo)向套連通，定位件可滑動(dòng)地設(shè)置于導(dǎo)向套內(nèi)，導(dǎo)向裝置與不旋轉(zhuǎn)套上導(dǎo)向槽間設(shè)置有復(fù)位機(jī)構(gòu)和限位機(jī)構(gòu)。本發(fā)明保留了原有變徑穩(wěn)定器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備穩(wěn)定方位的新功能。
文檔編號(hào)E21B7/04GK101074596SQ200710018089
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月19日
發(fā)明者蔣世全, 姜偉, 傅鑫生, 周靜, 劉惠恩, 雷誠, 傅杰, 李漢興, 傅鋼, 牛海峰, 傅英軍 申請(qǐng)人:西安石油大學(xué)