本發(fā)明是一種石油行業(yè)中定向井、水平井和大位移井鉆井作業(yè)中使用的遙控變徑穩(wěn)定器，屬鉆井工程中井下工具領域。

背景技術：

在定向井、水平井和大位移井鉆井施工中，為控制井眼井斜，常會用到遙控變徑穩(wěn)定器來代替固定外徑的穩(wěn)定器，但現(xiàn)研制的遙控變徑穩(wěn)定器存在如下的問題：

（1）多活塞伸出式穩(wěn)定器，扶正活塞更換需要將整個穩(wěn)定器拆開，極不方便；

（2）結構上對于軟地層扶正面積過小，易嵌入地層，增加鉆井摩阻。

中國專利“鉆井遙控變徑扶正器”(201020616387.0) 采用操場形的支撐塊，支撐塊同工具內部采用T形槽連接，支撐塊一旦摩損，需要更換，則需將整個穩(wěn)定器全拆卸，工作量大，極不方便，支撐塊安裝處工具本體上開孔大，對本體強度削弱明顯。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述變徑穩(wěn)定器所存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種液壓膨脹式遙控變徑穩(wěn)定器，這種穩(wěn)定器扶正面積大，適用于軟地層斜井段導向鉆進，且對于摩損的扶正塊更換容易，結構上對工具本體強度影響小。

本發(fā)明的技術方案是：

液壓膨脹式遙控變徑穩(wěn)定器，包括本體1、設置在本體1內的推動機構、支撐筒22、信號柱23和設置在本體1外的扶正機構；

所述推動機構包括：上芯軸2與下芯軸15連接構成中通的管柱，其中，上芯軸2頂部均設有與本體1內壁軸向滑動密封配合的凸沿，上芯軸2頂部凸沿向下的環(huán)空腔內自上而下依次設有復位彈簧3、動活塞體5和上靜活塞8、下靜活塞14，復位彈簧3下端通過與彈簧座4本體1相對固定連接，動活塞體5外沿軸向間隔設有與本體1 軸向滑動密封配合的上活塞體36和下活塞體38,上靜活塞8、下靜活塞14 間隔固定在本體1內壁并位于上活塞體36和下活塞體38下部，上靜活塞8、下靜活塞14均與動活塞體5軸向滑動密封配合，上靜活塞8與上活塞體36和下活塞體38 分別構成上油缸油腔31和中油腔29，下活塞體38與下靜活塞14構成下油缸油腔28，復位彈簧3設在上活塞體36與上芯軸2組成的上油腔32內，復位彈簧3兩端分別與上活塞體36和上芯軸2凸沿作用；下芯軸15與支撐筒22之間的環(huán)形腔內自上而下依次設有凸輪17、平衡活塞20、壓差活塞21，其中，凸輪17與設在本體1上的凸輪銷組件18限位配合，平衡活塞20和壓差活塞21 間隔分布并均與本體1和下芯軸15軸向滑動密封配合，平衡活塞20與下靜活塞14構成下油腔26；信號柱23由支撐筒22固定在本體1下端部，信號柱23與下芯軸15構成軸向插接配合。

所述扶正機構包括：本體1外部從上到下設有同本體1固定的上缸筒6和下缸筒12 ，上缸筒6和下缸筒12內分別設有上活塞7、下活塞11，在上活塞7、下活塞11之間均布有多個扶正塊9，扶正塊9與上活塞7、下活塞11錐面滑動配合，在扶正塊9之間由卡簧10限位連接。

上油腔32、中油腔29和下油腔26相互貫通，上油缸油腔31與上缸筒6和上活塞7組成的活塞腔、下油缸油腔28與下缸筒12和下活塞11組成的活塞腔分別通過本體1上的上油孔30和下油孔27貫通，本體1上設有與平衡活塞20 和壓差活塞21之間腔室連通的環(huán)空孔25。

上述方案進一步包括：

所述卡簧10通過扶正塊9周向凹槽41與扶正塊9限位連接，在扶正塊9上設有凸塊35，內有臺階孔40，臺階孔內有安裝在本體1上的防掉螺釘39。

凸輪17通過上軸承16和下軸承19與下芯軸15連接。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：穩(wěn)定器外側的扶正塊可以在上活塞和下活塞的作用下向外膨出，在鋼絲卡簧的作用下又可徑向縮進，實現(xiàn)穩(wěn)定器變徑的功能，方案中扶正塊完全安裝在本體外側，更換容易，且單個扶正塊扶正面積大，適用于軟地層斜井段導向鉆進，結構上本體上無大的開孔，對本體強度影響小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種液壓膨脹式遙控變徑穩(wěn)定器的結構及非工作狀態(tài)剖視圖。

圖2為本發(fā)明的一種液壓膨脹式遙控變徑穩(wěn)定器在齊平工作狀態(tài)剖視圖。

圖3為本發(fā)明的一種液壓膨脹式遙控變徑穩(wěn)定器在伸出工作狀態(tài)剖視圖。

圖4為圖1中的E—E截面示意圖。

圖5為圖2中的F—F截面示意圖。

圖6為圖3中的G—G截面示意圖。

圖7為扶正塊結構示意圖。

圖8為上活塞結構示意圖。

圖9為動活塞體結構示意圖。

圖中標記說明：

1—本體，2—上芯軸，3—復位彈簧，4—彈簧座，5—動活塞體，6—上缸筒，7—上活塞，8—上靜活塞，9—扶正塊，10—卡簧，11—下活塞，12—下缸筒，13—活塞銷，14—下靜活塞，15—下芯軸，16—上軸承，17—凸輪，18—凸輪銷組件，19—下軸承，20—平衡活塞，21—壓差活塞，22—支撐筒，23—信號柱，24—下接頭，25—環(huán)空孔，26—下油腔，27—下油孔，28—下油缸油腔，29—中油腔，30—上油孔，31—上油缸油腔，32—上油腔，33—外圓錐面，34—內圓錐面，35—凸塊，36—上活塞體，37—通油孔，38—下活塞體，39—防掉螺釘，40—臺階孔，41—凹槽。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

實施例1

如圖1所示，該液壓膨脹式遙控變徑穩(wěn)定器包括本體1和下接頭24，本體1上端和下接頭24下端利用螺紋連到鉆柱；本體1內部上端設置有上芯軸2和彈簧座4，在上芯軸2和彈簧座4間設置有可壓縮復位彈簧3；本體1內部下端設有下芯軸15、支撐筒22、信號柱23，管狀下芯軸15外從上到下設置有推力上軸承16、凸輪17、推力下軸承19、能上下自由移動的平衡活塞20、壓差活塞21，在壓差活塞21上平面位置的本體1上有環(huán)空孔25，在凸輪17外側對應本體1上設有在凸輪17槽內配合運動的凸輪銷組件18；所述的上芯軸2和下芯軸15為上下兩根螺紋連接，中間中空，內部為鉆井液通道。

本體1外側中部從上到下設有同本體1固連的上缸筒6、上活塞7、扶正塊9、下活塞11及同本體1固連的下缸筒12，上活塞7和下活塞11在結構上完全一樣，其上有外圓錐面33（如圖8所示）， 在扶正塊9上有凹槽41，在其上設有鋼絲卡簧10，在扶正塊9上有凸塊35，內有臺階孔40，孔內有安裝在本體1上的防掉螺釘39，扶正塊9上下兩端有內圓錐面34（如圖7所示）。

如圖1所示，上芯軸2下段外部設有動活塞體5和在本體1上依靠活塞銷13軸向固定的上靜活塞8、下靜活塞14，上靜活塞8和下靜活塞14在外側同本體1有密封功能，在內側同動活塞體5有密封功能，在上靜活塞8和下靜活塞14上平面對應本體1上有分別同上缸筒6和下缸筒12相聯(lián)通的上油孔30和下油孔27。動活塞體5上設置有上活塞體36，下活塞體38以及緊鄰下活塞體38上平面的通油孔37（如圖9所示）；上靜活塞8同上活塞體36間形成上油缸油腔，下靜活塞14和下活塞體38間形成下油缸油腔28，平衡活塞20同下靜活塞14間形成下油腔26，上靜活塞8同下活塞體38間形成中油腔29，上芯軸2頂部活塞（也稱頂部凸沿）同上活塞體36間形成上油腔32，在結構上上油腔32、中油腔29和下油腔26貫通，上油缸油腔31、下油缸油腔28各自獨立。

如圖1所示，可控變徑穩(wěn)定器該變徑穩(wěn)定器本體1上有多片周向均勻分布的扶正塊9，由于圓錐面的作用，扶正塊9由上活塞7和下活塞11產(chǎn)生的軸向相向運動而向外推出，穩(wěn)定器外徑變大；上活塞7和下活塞11產(chǎn)生軸向相背運動后，向外推出的扶正塊9由鋼絲卡簧10拉回，穩(wěn)定器外徑變小?？煽刈儚椒€(wěn)定器的變徑控制即是控制上活塞7和下活塞11產(chǎn)生的軸向運動距離，相向運動距離越大，穩(wěn)定器外徑越大。

液壓膨脹式遙控變徑穩(wěn)定器變徑過程為：

當開泵后變徑穩(wěn)定器內部為鉆柱內泵壓，變徑穩(wěn)定器下部的環(huán)空孔25 將環(huán)空壓強引入到工具的下油腔26，平衡活塞21的作用即是將環(huán)空的壓強引入到下油腔26；上油腔32、中油腔29和下油腔26貫通，所以上油腔32壓強為環(huán)空壓強；鉆進時變徑穩(wěn)定器下部的鉆具和鉆頭存在壓耗，鉆柱內壓強大于環(huán)空壓強，而上芯軸2活塞上平面將受到鉆柱內壓強作用，下平面將受到環(huán)空壓強作用，因此使上芯軸2產(chǎn)生向下的動力下行并壓縮復位彈簧3，同時固接在一起的下芯軸7和動活塞體5也下行，下行過程中上油腔32減小，中油腔29變大，上油腔32油液將流入中油腔29和下油腔26，下油腔26的體積變化則通過平衡活塞20的軸向自由移動來補償；下行過程中上油缸油腔31和下油缸油腔28體積減少，油液則分別通過上油孔30和下油孔27進入到上缸筒6和下缸筒12從而推動上活塞7和下活塞11作軸向相向運動，由于圓錐面的作用，扶正塊9被向外推出，穩(wěn)定器外徑變大。

當停泵后，工具內外壓力平衡，復位彈簧3 回彈，推動上芯軸2和下芯軸15上行，上行過程中上油腔32，中油腔29減小，中油腔29和下油腔26油液將流入上油腔32，下油腔26的體積變化則通過平衡活塞20的軸向自由移動來補償；下行過程中上油缸油腔31和下油缸油腔28體變大，上缸筒6和下缸筒12內的油液則分別通過上油孔30和下油孔27進入到上油缸油腔31和下油缸油腔28，在環(huán)空壓強的作用下上活塞7和下活塞11作軸向相背運動，扶正塊9由鋼絲卡簧10拉回，穩(wěn)定器外徑變小，回到非工作狀態(tài)（如圖1、圖4所示）。

上芯軸2和下芯軸7上行和下行的過程中，凸輪機構隨之動作，凸輪上有“W”形的槽，此槽同凸輪銷組件18配合，此結構同常用的穩(wěn)定器行程控制凸輪結構是一樣的，可以對下芯軸15的下行行程進行控制，有一短行程和一長行程，當停泵再開泵后凸輪運動上下過程交替一次，則下芯軸15下行的行程也在短行程和長行程轉換。當處于短行程時，行程終了，穩(wěn)定器處于齊平工作狀態(tài)如圖2和圖5所示，此狀態(tài)直徑變化??；當處于長行程時，行程終了，穩(wěn)定器處于伸出工作狀態(tài)如圖3和圖6所示，此狀態(tài)直徑變化大。以此方法控制變徑穩(wěn)定器直徑變化的大小，如此循環(huán)，每次開泵工具外徑大小切換一次。

在不同的外徑大小下，由于下芯軸7下行的行程是不一樣的，當下芯軸7下行是短行程時，下芯軸7下行終了沒有套住信號柱23，對鉆井液幾乎沒能起到節(jié)流的作用，如圖2所示；當下芯軸7下行是長行程時，下芯軸7下行終了套住信號柱23，對鉆井液過流面積顯著縮小，產(chǎn)生節(jié)流的作用，如圖3所示，地面鉆井泵的泵壓變大。鉆井的過程中正是通過此泵壓的變化確定井下變徑穩(wěn)定器的直徑狀況。

扶正塊是利用上下斜面的軸向運動而產(chǎn)生徑向直徑的變化，從而使變徑穩(wěn)定器的工作狀態(tài)發(fā)生相應的變化，當然，也可以直接采用常用的工具內徑向伸出活塞推動扶正塊的結構形式；此外扶正塊的數(shù)量所示由3片變?yōu)槎嗥彩强尚械摹?/p>