CN201943607U - 钻井遥控变径扶正器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种钻井遥控变径扶正器。属于井眼轨迹控制及防斜工具。壳体为整体，外表有三条直棱翼面。压动机构由上下心轴、回位弹簧、弹簧座和平衡活塞组成。变径机构由斜面体、支撑块和密封组成。控制机构由凸轮体、凸轮导向销和上下轴承组成。信号机构由蘑菇头和上心轴喇叭口组成。上、下心轴安装在壳体内腔中，其外面自上而下依次安装回位弹簧、弹簧座、斜面体、凸轮体、轴承座、平衡活塞和下接头。三个支撑块安装在壳体翼面的三个长孔中。主要优点：结构简单紧凑，控制效果好，工作可靠，密封好，耐磨损。只在地面开泵和停泵，就能遥控井下扶正器改变直径大小，由信号机构配合压力表监视扶正器变径状态。可用于定向井、水平井和直井。
Description
(一)技术领域
本实用新型涉及到石油、地质钻定向井、水平井和直井的轨迹控制及防斜工具，具体而言是一种钻井遥控变径扶正器。
(二)背景技术
钻井过程中为了控制井眼的轨迹和防止井斜，普遍使用扶正器(又称稳定器)。传统的扶正器，时常造成卡钻事故、下钻遇阻、起钻遇卡和“拔活塞”现象。对钻井作业造成极大麻烦，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。为此而研制和使用简易变径扶正器，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。钻压式加钻压时直径变大，提钻时直径变小。都只能用于钻直井，只是避免了传统扶正器的弊端带来的问题，增加了钻井的安全性。随着大位移井出现的高扭矩、高摩阻问题，控制井斜角就成了大位移井轨迹控制的关键技术。遥控变径扶正器除了具有简易变径扶正器优点外，还能对井斜角进行精确的控制。在水平段，可以精确地控制垂深。经检索专利文献，具有代表性的可比专利是：“一种排量式遥控变径扶正器”(96212594.6)、“正排量遥控变径扶正器”(00234301.0)和“一种遥控变径扶正器”(03201373)。前两项存在结构原理性缺陷，可靠性差，后一项虽然与本实用新型工作原理相似，但是结构仍不完善。
(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结构和效果与众不同的钻井遥控变径扶正器。主要技术创新在于内置式支撑块伸缩机构及其凸轮体滑槽控制机构。以此解决已有技术存在的问题，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：
钻井遥控变径扶正器，包括壳体、压动机构、变径机构、控制机构和信号机构几部份。其特征是，壳体为整体式，其外表面有三条直棱翼面。压动机构由上心轴、下心轴、回位弹簧、弹簧座和平衡活塞组成。变径机构由斜面体、支撑块和中密封组成。控制机构由凸轮体、凸轮导向销和上下轴承组成。信号 机构由蘑菇头和上心轴顶端的喇叭口组成。蘑菇头安装在壳体上顶部内腔壁上。上心轴和下心轴采用螺纹方式连接成一体，安装在壳体内腔中心蘑菇头以下。上心轴的外面自上而下依次安装：上密封、回位弹簧、弹簧座、斜面体。下心轴的外面自上而下依次安装：上轴承、凸轮体、下轴承、轴承压帽、平衡活塞、下密封、隔水密封、下接头。三个支撑块安装在壳体圆周120°均布三个直棱翼面上的长孔中，支撑块的里端安装在斜面体外表圆周120°均布的T型滑槽或燕尾滑槽中。凸轮导向销径向安装在壳体下半部的径向孔中，凸轮导向销的里端插入凸轮体外表面控制滑槽中。上、下轴承安装在凸轮体的上、下端部，轴承压帽安装在下轴承下面。下接头与壳体下端用螺纹连接。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。上密封至下密之间的内腔充满润滑油。
上述钻井遥控变径扶正器中的壳体，为圆柱体形状，有上下直通的内腔。其中段外表有三条圆周120°均布的直棱翼面和相间的三条排屑槽。直棱翼面的上、下端各有锥形斜面。每条直棱翼面上有安装支撑块用的一个长型孔。壳体上、下两端有连接钻具用的母螺纹。
上述钻井遥控变径扶正器中的斜面体，为圆柱体形状，有轴向中心孔。其外表有圆周120°均布的三个斜平面，斜平面的中心各有一道与支撑块配合用的轴向T型滑槽或燕尾滑槽。
上述钻井遥控变径扶正器中的支撑块，为长条块立体形状。其上下两端为半圆弧面。其外表是圆柱弧形面，其外表面上镶嵌着条状耐磨块。其里面是与斜面体配合的斜面，此斜面上有T型头或燕尾头。支撑块四周侧面有密封槽，装有中密封。
上述钻井遥控变径扶正器中的凸轮体，为圆柱体形状，有轴向中心孔。其上、下端部有安装上、下轴承用的环形槽。其中部外表面有弯折的控制滑槽。
上述钻井遥控变径扶正器中的蘑菇头，为圆柱体形状。其上面中心有一个圆锥体，下面中心有一个圆柱圆锥凸头，凸头以外均布几个轴向过流孔。
本实用新型与已有技术对比，主要优点是：外壳为整体式结构，简化紧凑强度高，装拆方便，密封性好，工作可靠。制造成本较低，使用寿命较长。尤其是三个大巴掌长支撑块，其外表圆柱弧面与井壁接触面积较大，扶正效果好，不易 脱落，工作可靠，耐磨损，是本实用新型的创新重点。采用凸轮控制机构，而不采用复杂的电子遥控装置，只需在地面操作开泵或停泵，就能遥控井下扶正器改变直径大小。采用蘑菇头信号机构，而不采用复杂的无线传输信号系统，只需与地面压力仪表配合，就能监视井下扶正器的伸缩工作状态。由此构成了简单实用、安全可靠、造价较低，效益显著的扶正器变径地面遥控、监控系统。大大节省了钻井施工成本。具有较高的技术创新水平和显著的经济效益。
(四)附图说明
附图1是本实用新型的整体结构剖视示意图。
附图2是图1的A-A断面示意图。
附图3是支撑块8的立体示意图。
附图4是凸轮体12的圆柱体外形展开示意图。
(五)具体实施方式
结合附图说明一个实例：
附图中，1是壳体，2是蘑菇头，3是上密封，4是上心轴，5是回位弹簧，6是弹簧座，7是斜面体，8是支撑块(三个)，9是中密封，10是下心轴，11是上轴承、21是下轴承，12是凸轮体，13是凸轮导向销，14是轴承压帽，15是平衡活塞，16是下密封(内外两处)，17是隔水密封，18是下接头，19是耐磨条块，20是支撑块8的里端T型滑头。G是凸轮体12上的控制滑槽，D是润滑油腔，E是支撑块8上的密封槽，F是蘑菇头2上的轴向过流孔。
由图1所示，钻井遥控变径扶正器，包括壳体1、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1为整体式，其外表面有三条直棱翼面。压动机构由上心轴4、下心轴10、回位弹簧5、弹簧座6和平衡活塞15组成。变径机构由斜面体7、支撑块8(三个)和中密封9组成。控制机构由凸轮体12、凸轮导向销13和上、下轴承11、21组成。信号机构由蘑菇头2和上心轴4顶端喇叭口组成。蘑菇头2安装在壳体1上顶部内腔壁上。上心轴4和下心轴10采用螺纹方式连接成一体，安装在壳体1内腔中心蘑菇头2以下。上心轴4的外面自上而下依次安装：上密封3、回位弹簧5、弹簧座6和斜面体7。下心轴10的外面自上而下依次安装：上轴承11、凸轮体12、下轴承21、轴承压帽14、平衡活塞15、下密封16、隔水密封17和下接头18。三个支撑块8安装在壳体1外表圆周120°均
布三个直棱翼面上的长孔中，支撑块8的里端安装在斜面体7外表圆周120°均布的T型滑槽或燕尾滑槽中。凸轮导向销13安装在壳体1下半部的径向孔中，凸轮导向销13的里端插入凸轮体12外表面的控制滑槽G中。上、下轴承11、21安装在凸轮体12的上、下端部。轴承压帽14安装在下轴承21的下面。下接头18与壳体1下端用螺纹连接。上述各部件中，凸轮体12既能被下心轴10带动上下移动，又能转动。安装在上、下心轴4、10上的其它部件，都只能被上、下心轴4、10带动上下移动，而不能转动。上密封3至下密封16之间的内腔充满润滑油。
由图1所示，壳体1为圆柱体形状。其中段外表有三条圆周120°均布的直棱翼面和相间的三条排屑槽。直棱翼面上、下两端各有锥形斜面。每条直棱翼面上有安装支撑块8用的一个长形孔。壳体1下半部有安装凸轮导向销13用的径向孔。壳体1上、下两端有连接钻具的母螺纹。
由图1、2所示，斜面体7为圆柱体形状，有轴向中心孔。其外表有圆周120°均布的三个斜平面，斜平面的中心各有一道与支撑块8配合用的轴向T型滑槽或燕尾滑槽。
由图3、2、1所示，支撑块8为长条块立体形状。其上、下两端为半圆弧面。其外表是圆柱弧形面，其外表面上镶嵌着耐磨条块19。其里面是与斜面体7配合的斜面，此斜面上有T型滑头20或燕尾滑头。支撑块8的四周侧面有密封槽E，装有中密封9。
由图1所示，凸轮体12为圆柱体形状，有轴向中心孔。其上、下端部有安装上、下轴承11、21用的环形槽，其中部外表面有弯折的控制滑槽G。
由图1所示，蘑菇头2为圆柱体形状。其上面中心有一个圆锥体，下面中心有一个圆柱圆锥凸头，凸头以外均布几个轴向过流孔F。
钻井遥控变径扶正器的动态工作过程说明：
图1所示为钻井泥浆泵停止工作状态。此时上、下心轴的上、下压力平衡，在回位弹簧5的作用下，上、下心轴4、10向上移动至图1所示的最高位置。斜面体7、凸轮体12也一同被带动到上限位置。如此同时，凸轮导向销13位于图4中凸轮体12的控制滑槽G最低部位C1处，使支撑块8向内收缩到极限位置，其外端面低于壳体1的直棱翼面。
在泥浆泵第一次开泵状态，图1中壳体1的上内腔泥浆压力上升，使上心轴4 克服弹簧5的弹力，上、下心轴4、10向下移动带动斜面体7、凸轮体12、平衡活塞15一同向下移动(凸轮导向销13不动)，而凸轮体12向下移动并转动，使凸轮导向销13由图3中的C1滑动到G槽中上部的B1停止，凸轮体12和斜面体7也不再向下移动。此时支撑块8由极限收缩位置向外伸展到与壳体1的直棱翼面平齐。
再次停泵，壳体1的上内腔泥浆压力下降，在回位弹簧5的作用下，上、下心轴4、10及上述7、12、15各部件再次向上移动，凸轮体12向上移动并转动，凸轮导向销13由图3中的B1滑动到G槽的最低部位C2处。支撑块8再次缩回到低于壳体1的直棱翼面。
第二次开泵，壳体1的上内腔泥浆压力再次上升，使上心轴4再次克服弹簧5的弹力，上、下心轴4、10及上述各部件7、12、15再次一同向下移动。如此同时，凸轮体12再次向下移动并转动，凸轮导向销13由图3中的C2滑动到G槽的最高部位B2处，再到A2(A1)处。使图1中的斜面体7下移到极限位置，向外推动支撑块8伸展到极限位置，其外端面高出壳体1的直棱翼面，即扶正器处于直径最大状态。在钻井过程中起到可控作用，井眼轨迹得到有效控制。
第二次停泵后，支撑块8再次向里缩回到极限。再开泵，再齐平，依次循环。停泵之后，都是小直径状态，保证起、下钻具安全。
图1中的蘑菇头2与上心轴4的上端喇叭口构成泥浆压力差信号机构。其作用是与地面压力仪表配合，为操作人员提供井下扶正器的变径状态信息。其工作原理是，图1所示状态，上心轴4的上端口与蘑菇头2的间隙最小，即过流面积最小，产生的泥浆压力差最大，此时凸轮导向销13处于图3中G槽的C1(C2)位置，支撑块8向里缩回到极限位置，即扶正器直径最小。上心轴4向下移动，则过流面积变大，泥浆压力差变小。当凸轮导向销13移动到图3中G槽的B1(B2)位置时，支撑块8与壳体1的直棱翼面平齐，即扶正器直径与壳体1的直棱翼面直经相等。上心轴4进一步向下移动，则过流面积更大，泥浆压力差更小，当凸轮导向销13移动到图3中G槽的A1(A2)位置时，支撑块8向外伸展到极限，高于壳体1的直棱翼面，即扶正器直径最大。由此可见，通过地面压力仪表数据显示，就能监视井下扶正器的变径状态，这种机械式的压力信号机构，非常简单、实用、可靠，是本实用新型的又一创新之处。
Claims (6)
1.一种钻井遥控变径扶正器，包括壳体(1)、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(1)为整体式，其外表面有三条直棱翼面，压动机构由上心轴(4)、下心轴(10)、回位弹簧(5)、弹簧座(6)和平衡活塞(15)组成，变径机构由斜面体(7)、三个支撑块(8)和中密封(9)组成，控制机构由凸轮体(12)、凸轮导向销(13)和上、下轴承(11、21)组成，信号机构由蘑菇头(2)和上心轴(4)顶端喇叭口组成，蘑菇头(2)安装在壳体(1)上顶部内腔壁上，上心轴(4)和下心轴(10)采用螺纹方式连接成一体，安装在壳体(1)内腔中心蘑菇头(2)以下，上心轴(4)的外面自上而下依次安装：上密封(3)、回位弹簧(5)、弹簧座(6)、和斜面体(7)，下心轴(10)自上而下依次安装：上轴承(11)、凸轮体(12)、下轴承(21)、轴承压帽(14)、平衡活塞(15)、下密封(16)、隔水密封(17)和下接头(18)，三个支撑块(8)安装在壳体(1)外表面圆周120°均布三个直棱翼面上的长孔中，支撑块(8)的里端安装在斜面体(7)外表圆周120°均布的T型滑槽或燕尾滑槽中，凸轮导向销(13)安装在壳体(1)下半部的径向孔中，凸轮导向销(13)的里端插入凸轮体(12)外表面的控制滑槽G中，上、下轴承(11、21)安装在凸轮体(12)的上、下端部，轴承压帽(14)安装在下轴承(21)的下面，下接头(18)与壳体(1)下端用螺纹连接，上述各部件中，凸轮体(12)既能被下心轴(10)带动上下移动，又能转动，安装在上、下心轴(4、10)上的其它部件，都只能被上、下心轴(4、10)带动上下移动，而不能转动，上密封(3)至下密封(16)之间的内腔充满润滑油。
2.根据权利要求1所述的钻井遥控变径扶正器，其特征是壳体(1)为圆柱体形状，其中段外表有三条圆周120°均布的直棱翼面和相间的三条排屑槽，直棱翼面上、下两端各有锥形斜面，每条直棱翼面上有安装支撑块(8)用的一个长形孔，壳体(1)下半部有安装凸轮导向销(13)用的径向孔，壳体(1)上、下两端有连接钻具的母螺纹。
3.根据权利要求1所述的钻井遥控变径扶正器，其特征是斜面体(7)为圆柱体形状，有轴向中心孔，其外表有圆周120°均布的三个斜平面，斜平面的中心各有一道与支撑块(8)配合用的轴向T型滑槽或燕尾滑槽。
4.根据权利要求1所述的钻井遥控变径扶正器，其特征是支撑块(8)为 长条块形状，其上、下两端为半圆弧面，其外表是圆柱弧面，其外表面上镶嵌着耐磨条块(19)，其里面是与斜面体(7)配合的斜面，此斜面上有T型滑头(20)或燕尾滑头，支撑块(8)的四周侧面有密封槽(E)，装有中密封(9)。
5.根据权利要求1所述的钻井遥控变径扶正器，其特征是凸轮体(12)为圆柱体形状，有轴向中心孔，其上、下端部有安装上、下轴承(11、21)用的环形槽，其中部外表面有弯折的控制滑槽(G)。
6.根据权利要求1所述的钻井遥控变境扶正器，其特征是蘑菇头(2)为圆柱体形状，其上面中心有一个圆锥体，下面中心有一个圆柱圆锥凸头，凸头以外均布几个轴向过流孔(F)。
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