一種新型自動防噴渦輪鉆具定子的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于油氣井的一種新型自動防噴渦輪鉆具定子，屬于石油天然氣鉆井井下裝置。它它主要由支座、端蓋、葉片、滾珠、環(huán)形齒條、連接螺栓組成。所述支座為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開有滾道；支座在周向均勻分布有多個下半圓支撐孔和支撐槽；端蓋在周向均勻分布有多個上半圓支撐孔，與支座周向的下半圓支撐孔配合，固定多個葉片；端蓋內(nèi)圈上開有限位槽，限位槽為半圓結(jié)構(gòu)，它與葉片一端的限位塊配合，控制葉片的旋轉(zhuǎn)范圍；所述葉片上端為五次多項式葉型；葉片的中間部分為齒輪，并與環(huán)形齒條嚙合。本發(fā)明在發(fā)生井噴時，葉片采用聯(lián)動方式關(guān)閉，在壓井時，只要末級葉片上部壓力大于下部壓力，葉片就能自動打開，可提高壓井作業(yè)時的工作效率。
【專利說明】一種新型自動防噴渦輪鉆具定子

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于油氣井的一種新型自動防噴渦輪鉆具定子，屬于石油天然氣鉆井井下裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在油氣勘探和開發(fā)過程中，不可控井噴式最危險的情形之一，含有各種毒害成分如H2S等的油氣井一旦發(fā)生井噴，會在一定范圍內(nèi)造成嚴(yán)重的窒息、爆燃等事故，造成機(jī)毀人亡等災(zāi)難性后果，同時傷害油氣層，嚴(yán)重破壞油氣資源，造成環(huán)境污染，危及周圍群眾的生命財產(chǎn)安全，給國家、企業(yè)造成重大經(jīng)濟(jì)損失和不良社會影響。
[0003]目前防噴設(shè)備主要包括井口防噴器和鉆柱內(nèi)防噴器兩大類，但是這兩類防噴工具是分開使用，自動化程度不高，操作復(fù)雜，井噴事故仍有發(fā)生?，F(xiàn)階段國內(nèi)外針對防噴器的研究主要集中在井下防噴器，這種新式防噴器是一種集關(guān)閉鉆桿內(nèi)環(huán)空、外環(huán)空于一體的井下井控工具。因此，設(shè)計一種可以在發(fā)生井噴時自動關(guān)閉內(nèi)流道，可以與井下防噴器搭配使用，最大程度降低井噴發(fā)生的可能性十分必要。
[0004]因此設(shè)計一種定子可以在發(fā)生井噴時自動關(guān)閉渦輪鉆具內(nèi)流道，可以與井下防噴器搭配使用，最大程度降低井噴發(fā)生的可能性十分必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型自動防噴渦輪鉆具定子，該定子具有自動防噴功能，安裝在渦輪鉆具多級定、轉(zhuǎn)子的末級。在井噴發(fā)生時，該定子的葉片會自動關(guān)閉，使得渦輪鉆具內(nèi)流道被關(guān)閉，井底液體無法通過渦輪鉆具內(nèi)部流道，達(dá)到防噴的目的；在壓井時，當(dāng)上部壓強(qiáng)大于井底壓強(qiáng)時，末級自動防噴渦輪鉆具定子會自動打開，使得渦輪鉆具正常運(yùn)行。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明一種新型自動防噴渦輪鉆具定子，它主要由支座、端蓋、葉片、滾珠、環(huán)形齒條、連接螺栓組成。所述支座為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開有滾道；支座在周向均勻分布有多個下半圓支撐孔和支撐槽；支座上開有若干螺栓孔。
[0008]所述端蓋為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開有槽；端蓋在周向均勻分布有多個上半圓支撐孔，與支座周向的下半圓支撐孔配合，固定多個葉片；端蓋內(nèi)圈上開有限位槽，限位槽為半圓結(jié)構(gòu)，它與葉片一端的限位塊配合，控制葉片的旋轉(zhuǎn)范圍；端蓋上開有若干螺栓孔，與支座通過螺栓連接。
[0009]所述葉片上端為五次多項式葉型；葉片的中間部分為齒輪，并與環(huán)形齒條嚙合；葉片下端為限位塊，限位塊為扇形結(jié)構(gòu)，由半徑不同的優(yōu)弧和劣弧構(gòu)成。
[0010]所述環(huán)形齒條與葉片的齒輪嚙合；環(huán)形齒條的下端開有若干滾珠孔，用于安裝滾珠；環(huán)形齒條可以在支座中的滾道進(jìn)行圓周運(yùn)動。
[0011]安裝了自動防噴渦輪鉆具定子的井底動力鉆具系統(tǒng)，在正常工作或者壓井時，鉆井液沿鉆柱軸向流入渦輪鉆具，驅(qū)動多副渦輪鉆具轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)，此時末級定子葉片受到自上而下的鉆井液驅(qū)動，葉片會通過齒輪齒條聯(lián)動機(jī)構(gòu)完全打開；在發(fā)生井噴時，井底液流自下而上流動，末級定子葉片葉背受到液體推力，使得葉片通過齒輪齒條聯(lián)動機(jī)構(gòu)完全關(guān)閉，從而關(guān)閉內(nèi)流道，阻止井底液流向井口噴出，減少井噴帶來的損失和危害。
[0012]本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點如下:1、本發(fā)明不會影響正常的鉆井工作，在正常鉆井時，末級葉片會一直保持打開狀態(tài)，保證正常鉆井的順利進(jìn)行；2、在發(fā)生井噴時，末級葉片會自動關(guān)閉，反應(yīng)速度快，且葉片采用聯(lián)動方式關(guān)閉，可以阻擋井底自下而上的巨大壓力；
3、在壓井時，只要末級葉片上部壓力大于下部壓力，葉片就能自動打開，可提高壓井作業(yè)時的工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明一種新型自動防噴渦輪鉆具定子正常工作時定子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的支座示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的端蓋示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明的環(huán)形齒條示意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明的葉片示意圖；
[0018]圖6為本發(fā)明的限位塊工作示意圖；
[0019]圖7為本發(fā)明的正常工作時的定子形態(tài)圖；
[0020]圖8為本發(fā)明在發(fā)生井噴時定子形態(tài)圖。
[0021]圖中:1.支座，2.端蓋，3.螺栓孔，4.葉片，5.螺栓，6.齒輪，7.環(huán)形齒條，8.滾珠，9.滾道，10.下半圓支撐孔，11.支撐槽，12.上半圓支撐孔，13.限位槽，14.滾珠孔。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明:
[0023]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，本發(fā)明一種新型自動防噴渦輪鉆具，主要由支座1、端蓋2、葉片4、螺栓5、環(huán)形齒條7、滾珠8組成。所述支座I為環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開有滾道9 ;支座I在周向均勻分布有多個下半圓支撐孔10和支撐槽11 ;支座上開有若干螺栓孔3。
[0024]如圖3所示，所述端蓋2為盤狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開有槽；端蓋2在周向均勻分布有多個上半圓支撐孔12，與支座I周向的下半圓支撐孔10配合，用于固定多個葉片4 ;端蓋2內(nèi)圈上開有限位槽13，它與葉片一端的限位塊5配合，控制葉片的旋轉(zhuǎn)范圍；端蓋上開有若干螺栓孔3，與支座I通過螺栓5連接。
[0025]如圖4所示，所述環(huán)形齒條7與葉片4的齒輪6嚙合；環(huán)形齒條7的下端開有若干滾珠孔14，用于安裝滾珠8 ;環(huán)形齒條7可以在支座I中的滾道9進(jìn)行圓周運(yùn)動。
[0026]如圖5、圖6所示，所述葉片4上端為五次多項式葉型，中間部分為齒輪6 ;葉片4下端為限位塊5 ;限位塊5為扇形結(jié)構(gòu)，由兩段半徑不同的圓弧組成，其中優(yōu)弧部分半徑與限位槽13 —致，劣弧部分半徑與支撐槽11 一致；由于限位槽13與支撐槽11存在半徑差，使得兩個半圓形槽貼合在一起形成臺階面；在葉片4打開或關(guān)閉時，限位塊5的兩個側(cè)面分別與兩個臺階面接觸，以達(dá)到限位的目的。
[0027]正常工作或者壓井時，鉆井液由鉆柱軸向流入定子，此時葉片4受到自上而下的鉆井液驅(qū)動，葉片4會圍繞齒輪6的軸心順向轉(zhuǎn)動，多個葉片4通過環(huán)形齒條7進(jìn)行聯(lián)動整體打開；當(dāng)限位塊5隨齒輪轉(zhuǎn)動，接觸到限位槽13和支撐槽11形成的右側(cè)臺階面時(如圖6所示)，葉片4完全打開，定子形成正常工作時的形態(tài)(如圖7所示)；由于正常鉆井時，鉆井液會不斷自上而下流過葉片，葉片4會一直保持正常工作時的形態(tài)。
[0028]在發(fā)生井噴時，井底液流自下而上流入定子，此時葉片4受到自下而上的液體驅(qū)動，葉片4會圍繞齒輪6的軸心逆向轉(zhuǎn)動，多個葉片4通過環(huán)形齒條7進(jìn)行聯(lián)動整體關(guān)閉；當(dāng)限位塊5隨齒輪逆向轉(zhuǎn)動，接觸到限位槽13和支撐槽11形成的左側(cè)臺階面時，葉片4完全關(guān)閉，此時前一只葉片葉頂與后一只葉片葉背相貼合，從而完全關(guān)閉內(nèi)流道(如圖8所示)；由于發(fā)生井噴時，下部壓強(qiáng)大于上部壓強(qiáng)，所以葉片4會一直保持關(guān)閉時的形態(tài)，阻止井底液流向井口噴出，減少井噴帶來的損失和危害。
【權(quán)利要求】
1.一種新型自動防噴渦輪鉆具定子，主要由支座、端蓋、葉片、螺栓、環(huán)形齒條、滾珠組成，其特征在于:所述支座(1)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開有滾道(9)，支座(1)在周向均勻分布有多個下半圓支撐孔(10)和支撐槽(11)，支座⑴上開有若干螺栓孔(3);所述端蓋(2)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部開有槽，在周向均勻分布有多個上半圓支撐孔(12)，與支座(1)周向的下半圓支撐孔(10)配合，用于固定多個葉片⑷；端蓋(2)內(nèi)圈上開有限位槽(13)，與葉片一端的限位塊(5)配合，控制葉片的旋轉(zhuǎn)范圍；支座(1)與端蓋(2)通過螺栓(5)連接；所述環(huán)形齒條(7)與葉片(4)的齒輪(6)嚙合，其下端開有若干滾珠孔(14)，用于安裝滾珠(8)，環(huán)形齒條(7)可以在支座(1)中的滾道(9)進(jìn)行圓周運(yùn)動；所述葉片(4)上端為五次多項式葉型，中間部分為齒輪(6)，下端為限位塊(5)，限位塊(5)為扇形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型自動防噴渦輪鉆具定子，其特征在于:正常工作或者壓井時，鉆井液由鉆柱軸向流入定子，此時葉片(4)受到自上而下的鉆井液驅(qū)動，葉片(4)會圍繞齒輪(6)的軸心順向轉(zhuǎn)動，多個葉片(4)通過環(huán)形齒條(7)進(jìn)行聯(lián)動整體打開；發(fā)生井噴時，葉片(4)受到自下而上的液體驅(qū)動，葉片(4)會圍繞齒輪(6)的軸心逆向轉(zhuǎn)動，多個葉片⑷通過環(huán)形齒條(7)進(jìn)行聯(lián)動整體關(guān)閉；當(dāng)限位塊(5)隨齒輪逆向轉(zhuǎn)動，接觸到限位槽(13)和 支撐槽(11)形成的左側(cè)臺階面時，葉片(4)完全關(guān)閉，從而完全關(guān)閉內(nèi)流道。
【文檔編號】E21B4/02GK104047541SQ201410274197
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】張曉東, 楊韜, 李一嵐, 茍如意 申請人:西南石油大學(xué)