一種低摩阻可變徑液力推力器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣鉆井作業(yè)的低摩阻可變徑液力推力器。其技術(shù)方案：上接頭與副缸體用螺紋連接，副缸體與主缸體用螺紋連接，主缸體與花鍵筒用螺紋連接；活塞置于副缸體內(nèi)，活塞上依次設(shè)置有第二活塞墊套、第一活塞環(huán)和第一活塞墊套，第一壓帽和第一防松帽分別與活塞用螺紋連接；心軸置于主缸體和花鍵筒內(nèi)，心軸中部設(shè)置有半環(huán)，心軸頭部依次設(shè)置有第四活塞墊套、第二活塞環(huán)和第三活塞墊套，第二壓帽和第二防松帽與心軸用螺紋連接；噴嘴座位于活塞與心軸之間，噴嘴座內(nèi)設(shè)置有噴嘴；四個鋼球座均布于心軸和花鍵筒之間，鋼球座內(nèi)裝有鋼球。本工具可使鉆頭真正獲得足夠大的、平穩(wěn)的、均勻的鉆壓，可防止砂堵現(xiàn)象，用于鉆井作業(yè)中。
【專利說明】一種低摩阻可變徑液力推力器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣鉆井作業(yè)的低摩阻可變徑液力推力器。

【背景技術(shù)】
[0002]在常規(guī)鉆井作業(yè)中，無論是轉(zhuǎn)盤鉆進，還是井底動力鉆具鉆進，均依靠鉆柱的重量施加鉆壓。但是在大斜度井、水平井鉆進過程中，隨著井斜角的增加，依靠鉆柱重量施加鉆壓就越來越困難，井壁摩擦阻力也越來越大，直接影響了鉆柱的受力情況，進而對鉆壓的傳遞起到阻礙作用；而且鉆柱所承受的作業(yè)工況更加惡劣，易產(chǎn)生振動，特別是鉆柱的縱向振動導(dǎo)致鉆壓不能保持恒定，進而降低了機械鉆速，引起鉆頭早期失效，甚至引起鉆柱扭斷破壞等嚴重事故。因此，在大斜度井和小井眼側(cè)鉆井以及側(cè)鉆水平井中，這種傳統(tǒng)施加鉆壓的方法存在很大的缺陷，已經(jīng)不能很好的滿足施工需要。
[0003]現(xiàn)目前還沒有一套真正能解決該問題的鉆井加壓工具，如中國專利200720081370.8，公開了一種微小井眼水力加壓器，該專利結(jié)構(gòu)采用六方鉆桿傳遞扭矩和鉆壓；又如中國專利200820173683.0，公開了一種新型水力加壓器，該專利結(jié)構(gòu)采用花鍵連接的型式傳遞扭矩和鉆壓；再如中國專利201310327533.6，公開了一種縮入式長沖程水力加壓器，該專利也是采用花鍵結(jié)構(gòu)來傳遞扭矩和鉆壓。以上幾個專利雖然從原理上實現(xiàn)了水力加壓，但是六方鉆桿和花鍵傳遞扭矩和鉆壓的方式都是面與面接觸，為滑動摩擦，因此在傳遞扭矩時造成工具系統(tǒng)自身摩阻急劇增大，阻礙了鉆壓的傳遞，使得該類工具的加壓效率很低；同時由于該類工具大都采用節(jié)流噴嘴獲得壓降，但是當(dāng)停止鉆進或中途暫停施工后，在噴嘴處易堆積沉沙，產(chǎn)生砂堵現(xiàn)象，種種原因?qū)е略擃愃訅浩鳠o法真正在現(xiàn)場得到推廣應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:為了解決在大斜度井、小井眼側(cè)鉆井以及側(cè)鉆水平井的鉆井過程中鉆頭加壓難的問題，使鉆頭真正獲得足夠大的、平穩(wěn)的、均勻的鉆壓，并且降低鉆柱的摩阻，起到良好的減震作用，防止砂堵現(xiàn)象，減少卡鉆事故的發(fā)生，實現(xiàn)高效鉆進，特提供一種低摩阻可變徑液力推力器。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種低摩阻可變徑液力推力器是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，即利用鉆井液作為源動力，將鉆井液動能有效轉(zhuǎn)換為鉆頭鉆壓。該工具是由上接頭、第一 O型密封圈、副缸體、第一防松帽、第一壓帽、第一活塞墊套、第二 O型密封圈、第三O型密封圈、第一活塞環(huán)、第二活塞墊套、活塞、第四O型密封圈、第五O型密封圈、主缸體、卡簧、第六O型密封圈、噴嘴、第七O型密封圈、噴嘴座、第二防松帽、第二壓帽、第三活塞墊套、第八O型密封圈、第九O型密封圈、第二活塞環(huán)、第四活塞墊套、半環(huán)、心軸、擋環(huán)、鋼球擋片、鋼球、鋼球座、花鍵筒、橡膠盤根、心軸接頭和螺釘組成。其結(jié)構(gòu)特征是:將上接頭與副缸體用螺紋連接，副缸體與主缸體用螺紋連接，主缸體與花鍵筒用螺紋連接；將活塞置于副缸體內(nèi)，在活塞上依次設(shè)置有第二活塞墊套、第一活塞環(huán)和第一活塞墊套，將第一壓帽與活塞用螺紋連接，再將第一防松帽與活塞用螺紋連接；將心軸置于主缸體和花鍵筒內(nèi)，心軸中部設(shè)置有半環(huán)，心軸頭部依次設(shè)置有第四活塞墊套、第二活塞環(huán)和第三活塞墊套，將第二壓帽與心軸用螺紋連接，再將第二防松帽與心軸用螺紋連接；噴嘴座位于活塞與心軸之間，噴嘴座與活塞粘接在一起，噴嘴座內(nèi)設(shè)置有噴嘴；四個鋼球座均布于心軸和花鍵筒之間，鋼球座內(nèi)裝有鋼球，鋼球座頂部的插槽內(nèi)插有鋼球擋片；在花鍵筒端部設(shè)置有擋環(huán)，擋環(huán)與花鍵筒之間用四個螺釘連接。上接頭與副缸體之間設(shè)置有第一O型密封圈；第一活塞環(huán)與副缸體之間設(shè)置有第二 O型密封圈；第一活塞環(huán)與活塞之間設(shè)置有第三O型密封圈；副缸體與活塞之間設(shè)置有第四O型密封圈；副缸體與主缸體之間設(shè)置有第五O型密封圈；噴嘴座與第二防松帽之間設(shè)置有第六O型密封圈；噴嘴與噴嘴座之間設(shè)置有第七O型密封圈；第二活塞環(huán)與主缸體之間設(shè)置有第八O型密封圈；第二活塞環(huán)與心軸之間設(shè)置有第九O型密封圈；心軸與花鍵筒之間設(shè)置有橡膠盤根。
[0006]上述的活塞下端部加工有四個圓孔，四個圓孔對稱分布；上述的副缸體下部筒壁上加工有十二個泄壓孔。
[0007]上述的四個鋼球座內(nèi)均加工有大于二分之一圓的圓弧通道，該圓弧通道的半徑大于上述鋼球的半徑，鋼球座的頂部均加工有一個插槽，鋼球座內(nèi)部注有潤滑油脂；上述的鋼球擋片的形狀與鋼球座的端面形狀相同。
[0008]上述的心軸中部加工有四條花鍵軌道；上述的花鍵筒內(nèi)部加工有四條花鍵槽。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有以下有益效果:(I)本工具結(jié)構(gòu)徹底解決了在大斜度井、小井眼側(cè)鉆井以及側(cè)鉆水平井的鉆井過程中鉆頭加壓難的問題，將傳統(tǒng)工具面與面接觸的滑動摩擦變?yōu)辄c面接觸的滾動摩擦，大大降低了工具內(nèi)部的摩阻，有效提高了鉆壓的傳遞效率，保證了鉆頭真正獲得足夠大的、平穩(wěn)的、均勻的鉆壓；(2)本工具結(jié)構(gòu)在不同的工作狀態(tài)下具有可變徑功能，可改變鉆井液的過流面積來解決砂堵現(xiàn)象，減少卡鉆事故的發(fā)生；(3)本液力推力器可當(dāng)做減震器使用，能起到良好的減震作用，可降低鉆柱與井壁間的摩阻；(4)使用本液力推力器為鉆頭加壓，可節(jié)省鉆鋌和減少鉆鋌的疲勞破壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明低摩阻可變徑液力推力器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:1 一上接頭，2—第一 O型密封圈，3—副缸體，4一第一防松帽，5—第一壓帽，
6—第一活塞墊套，7—第二 O型密封圈，8—第三O型密封圈，9一第一活塞環(huán)，10—第二活塞墊套，11—活塞，12—第四O型密封圈，13—第五O型密封圈，14一主缸體，15—卡簧，16—第六O型密封圈，17—噴嘴，18—第七O型密封圈，19—噴嘴座，20—第二防松帽，21—第二壓帽，22—第三活塞墊套，23—第八O型密封圈，24—第九O型密封圈，25—第二活塞環(huán)，26—第四活塞塾套，27一半環(huán)，28一心軸，29一擋環(huán)，30一鋼球擋片，31一鋼球，32一鋼球座，33一花鍵筒，34一橡膠盤根，35一心軸接頭,36一螺釘。
[0012]圖2為本液力推力器在未工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為本液力推力器圖1鋼球連接處的局部放大圖。
[0014]圖4為本液力推力器圖1的A— A剖視圖。
[0015]圖5為本液力推力器圖1的B— B剖視圖。

【具體實施方式】
[0016]按照圖1將各零部件組裝好，整個工具通過上接頭I的螺紋扣與鉆桿連接，工具下部通過心軸接頭35與鉆頭連接，然后下井到達指定鉆井位置；如圖2所示，此時液力推力器處于初始狀態(tài)即未工作狀態(tài)，活塞11位于副缸體3底部，心軸28位于主缸體14底部，活塞11下端部的可變徑結(jié)構(gòu)(噴嘴17和圓孔)與心軸28頂部還有一定的距離；當(dāng)鉆頭接觸井底遇到阻力時，繼續(xù)下放鉆柱，心軸28在鉆頭阻力作用下往回縮，并與噴嘴座19接觸，使活塞11下端部的可變徑結(jié)構(gòu)(噴嘴17和圓孔)插入心軸28頂部的第二防松帽20內(nèi)，由于噴嘴座19與第二防松帽20之間有第六O型密封圈16，確保鉆井液不會泄漏，減小了過流直徑，從而使過流面積減少，起到了變徑加壓的作用；心軸28繼續(xù)推動噴嘴座19和活塞11一起上行，直至心軸接頭35的臺階面與花鍵筒33下端面接觸(上死點)，停止上行，此時立管壓力表和指重表懸重的讀數(shù)發(fā)生變化，司鉆可以穩(wěn)住鉆柱，停止方入；開啟鉆井泵，由液力推力器加壓送進:鉆井液進入工具內(nèi)部環(huán)空，高壓鉆井液在噴嘴17處形成節(jié)流壓差，在活塞11上端面和心軸28上端面處形成兩個高壓腔，產(chǎn)生一定的靜壓力，推動活塞11與心軸28 —起向下移動，將該推力傳遞給鉆頭，形成平穩(wěn)、均勻的鉆壓；當(dāng)液力推力器送進達到滿行程，司鉆應(yīng)及時下放鉆柱，方入的長度應(yīng)接近心軸28的行程；然后，司鉆又可以穩(wěn)住鉆柱，停止方入，由液力推力器繼續(xù)加壓送進，周而復(fù)始，循環(huán)工作，連續(xù)不斷地形成機械進尺。由于心軸28和花鍵筒33之間使用鋼球31連接，心軸28在花鍵筒33內(nèi)上下移動的摩阻大大減小，有效提高了液力推力器的加壓效率，使鉆頭真正獲得足夠大的鉆壓。
[0017]當(dāng)鉆井泵停止工作時，提升鉆桿，使活塞11和心軸28靠自身重量向下移動，活塞11移動到副缸體3底部時，心軸28還要繼續(xù)向下移動一段距離，才能達到主缸體14底部，這就使得心軸28與活塞11下端部的變徑結(jié)構(gòu)(噴嘴17和圓孔)相互脫離，過流面積增大，鉆井液通過活塞11下端部的圓孔流出，有效解決了砂堵現(xiàn)象。
[0018]以上所述僅為本發(fā)明的一個實施例而已，除上述實施例外，在本實施例的基礎(chǔ)上，還可在活塞11和副缸體3的上部增加多級活塞和缸體的數(shù)量，來形成多級液缸加壓，以獲得更大的鉆壓；同時，凡是心軸28與花鍵筒33之間采用鋼球31或滾珠等滾動摩擦形式的，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低摩阻可變徑液力推力器，是由上接頭、第一 O型密封圈、副缸體、第一防松帽、第一壓帽、第一活塞墊套、第二 O型密封圈、第三O型密封圈、第一活塞環(huán)、第二活塞墊套、活塞、第四O型密封圈、第五O型密封圈、主缸體、卡簧、第六O型密封圈、噴嘴、第七O型密封圈、噴嘴座、第二防松帽、第二壓帽、第三活塞墊套、第八O型密封圈、第九O型密封圈、第二活塞環(huán)、第四活塞墊套、半環(huán)、心軸、擋環(huán)、鋼球擋片、鋼球、鋼球座、花鍵筒、橡膠盤根、心軸接頭和螺釘組成，其特征是:將上接頭(I)與副缸體(3)用螺紋連接，副缸體(3)與主缸體(14)用螺紋連接，主缸體(14)與花鍵筒(33)用螺紋連接；將活塞(11)置于副缸體(3)內(nèi)，在活塞(11)上依次設(shè)置有第二活塞墊套(10)、第一活塞環(huán)(9)和第一活塞墊套￠)，將第一壓帽(5)與活塞(11)用螺紋連接，再將第一防松帽(4)與活塞(11)用螺紋連接；將心軸(28)置于主缸體(14)和花鍵筒(33)內(nèi)，心軸(28)中部設(shè)置有半環(huán)(27)，心軸(28)頭部依次設(shè)置有第四活塞墊套(26)、第二活塞環(huán)(25)和第三活塞墊套(22)，將第二壓帽(21)與心軸(28)用螺紋連接，再將第二防松帽(20)與心軸(28)用螺紋連接；噴嘴座(19)位于活塞(11)與心軸(28)之間，噴嘴座(19)與活塞(11)粘接在一起，噴嘴座(19)內(nèi)設(shè)置有噴嘴(17);四個鋼球座(32)均布于心軸(28)和花鍵筒(33)之間，鋼球座(32)內(nèi)裝有鋼球(31)，鋼球座(32)頂部的插槽內(nèi)插有鋼球擋片(30);在花鍵筒(33)端部設(shè)置有擋環(huán)(29)，擋環(huán)(29)與花鍵筒(33)之間用四個螺釘(36)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低摩阻可變徑液力推力器，其特征是:活塞(11)下端部加工有四個圓孔，四個圓孔對稱分布；上述的副缸體(3)下部筒壁上加工有十二個泄壓孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低摩阻可變徑液力推力器，其特征是:四個鋼球座(32)內(nèi)均加工有大于二分之一圓的圓弧通道，該圓弧通道的半徑大于鋼球(31)的半徑，鋼球座(32)的頂部均加工有一個插槽，鋼球座(32)內(nèi)部注有潤滑油脂；上述的鋼球擋片(30)的形狀與鋼球座(32)的端面形狀相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低摩阻可變徑液力推力器，其特征是:心軸(28)中部加工有四條花鍵軌道；花鍵筒(33)內(nèi)部加工有四條花鍵槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低摩阻可變徑液力推力器，其特征是:上接頭(I)與副缸體(3)之間設(shè)置有第一 O型密封圈(2);第一活塞環(huán)(9)與副缸體(3)之間設(shè)置有第二 O型密封圈⑵；第一活塞環(huán)(9)與活塞(11)之間設(shè)置有第三O型密封圈⑶；副缸體(3)與活塞(11)之間設(shè)置有第四O型密封圈(12);副缸體(3)與主缸體(14)之間設(shè)置有第五O型密封圈(13);噴嘴座(19)與第二防松帽(20)之間設(shè)置有第六O型密封圈(16);噴嘴(17)與噴嘴座(19)之間設(shè)置有第七O型密封圈(18);第二活塞環(huán)(25)與主缸體(14)之間設(shè)置有第八O型密封圈(23);第二活塞環(huán)(25)與心軸(28)之間設(shè)置有第九O型密封圈(24)；心軸(28)與花鍵筒(33)之間設(shè)置有橡膠盤根(34)。
【文檔編號】E21B4/00GK104295231SQ201410471408
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】張德榮, 孔春巖, 王國軍, 馮文榮, 曾濤, 陳穎, 周威, 謝武軍 申請人:西南石油大學(xué)