专利名称：分离活塞式双外径液压钻具稳定器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油勘探与开发中钻垂直井、斜井和水平井的钻具稳定器。
钻具稳定器是井眼导向井下钻具组合最基本的组件之一，是任何钻斜井及水平井不可缺少的工具。但由于工艺上要求稳定器的外径与钻头尺寸相等(满眼钻具稳定器)或小1mm～2mm(欠尺寸钻具稳定器)。因为井壁间隙太小，故在起下钻柱过程中钻具稳定器遇阻，遇卡的事经常发生。一旦发生卡钻井下事故，往往造数十万到数百万元的巨大经济损失。为此，希望研制出一种在工作状态下外径达到预定尺寸，而在起下钻柱的过程中外径能变小的钻具稳定器。
在现有技术中，国外的最新技术是1998年美国著名的哈里伯顿(Halliburton)公司发明的TRACS(可调变径稳定器)。这一高新技术成本昂贵，目前最大规模应用于普通的斜井钻井工艺中是不可行的。国内的技术现状是侧重在开发双直径钻具稳定器，即最小尺寸到最大尺寸之间不能连续可调。中国专利ZL95 2 129337提出了一种液力变径螺旋稳定器，其基本思路是根据不同规格的井限尺寸将现有的钻具稳定器的本体外径减小12-20mm，然后在其本体内安装若干个支承头，并均匀分布在本体上，在钻井泥浆的压差作用下这些支承头伸出本体，达到与普通钻具稳定器外径相等的尺寸，以保证具有普通钻具稳定器的性能。一旦停止泵送钻井泥浆，压差将消失，支承头在复位弹簧的作用下可收回到外径比实际井眼尺寸小10-20mm的本体内，以减少在起下石油钻柱时遇阻、遇卡的事故发生。但结构上存在的缺陷是(1)支承头和活塞系一整体，因此支承头在钻具稳定器旋转时，液压缸必定产生径向偏磨，引起液压缸密封失效；(2)钻具稳定器在旋转的同时还将作轴向运动，其合成运动使支承头总成在钻具稳定器本体的园柱孔内旋转，同时也使支承头在液缸内作缓慢的旋转，进一步破坏了密封系统的可靠性；(3)由于采用了弹簧复位结构使支承头上的耐磨合金与井壁的接触面积大大减少，从而影响了使用寿命。
本实用新型的目的是提供一种密封可靠、耐磨性大大提高、寿命长、成本低、结构简单的分离活塞式双外径液压钻具稳定器。
针对上述问题，本实用新型的技术解决方案是1、本实用新型将支承头分成各自独立的两部分一部分是活塞，另一部分是支承头。这样，无论支承头在承受周向剪切力造成的偏磨，或进行缓慢旋转，均在油缸的上部，而不影响活塞密封面的工作，故这一分离活塞式结构可大大提高密封寿命和可靠性。
2、为了防止支承头总成在钻具稳定器体上镗成的园柱孔内旋转，在支承头总成的顶端的两侧加工有半园槽，园柱形埋头固定螺栓的半径和两侧加工的半园槽半径相等，因此阻止了支承头总成在钻具稳定器本体内的旋转运动。
3、根据钻柱外部环空钻井泥浆的密度大干钻具稳定器内部钻井泥浆的密度的实际情况，只要钻井泥浆一停止循环，支承头便会自动复位，因此，可以不用复位弹簧，由此，可获得更大空间来安装接触面积更大的耐磨合金，使耐磨合金与井壁的接触面积增大了2倍以上。
经过上述改进的分离活塞式双外径液压钻具稳定器，其显著的效果是(1)其支承头总成的密封寿命和支承头的耐磨寿命均可得到数倍的提高；(2)结构有了很大简化；(3)进一步降低了其使用成本。
下面结合
图1、图2和图3详细说明依据本实用新型提出的结构的细节及工作原理。
图1是分离活塞式双外径液压钻具稳定器的整体外形图。图中，1-是稳定器本体，在本体上按120°分布的三螺旋线上园柱镗孔共15个(或18个)，在镗孔的两侧有埋头螺孔；2-支承头总成，支承头总成在每一园柱镗孔内按滑配合安装一个；3-园头内六方固定螺栓，上于镗孔两侧的螺孔内，固定螺栓上的园头，一边压紧在本体的台阶上，另一边则将支承头总成3压紧在本体1的园柱孔内。
图2是支承头总成在本体上安装的横向剖面图(沿
图1的A-A方向)。图中，1-钻具稳定器本体，2-螺旋过液槽，本体上的螺旋槽是为加大泥浆循环通道，减小循环阻力之用；3-支承头总成。由图2可以看出，在横剖面上三个支承头总成是按120°分布的。
图3是一个支承头总成在钻具稳定器本体镗孔内安装的细部结构图(
图1中的B-B剖视)。图中，在钻具稳定器本体(1)上的园柱镗孔两侧螺孔内安装有园头内六方固定螺栓(2)，将支承头总成紧固在本体的园柱镗孔内；液压缸(3)为了防止钻具内部的高压泥浆泄漏，因此在液压缸外表面安装有密封圈(4)；在液压缸(3)的顶部两侧有半园槽和台阶，并与园头内六方固定螺栓(2)相配合，既压紧支承头液压缸，又可防止其转动，在半园槽的根部向内加工有两个对称的长槽(11)。支承头(5)安装在液压缸(3)内，其上装有摩擦环(7)和耐磨合金(6)，摩擦环可防止支承头在起下钻过程自动伸出；活塞(8)上安装有Yx密封圈(9)，活塞(8)装在液压缸(3)的下部。支承头(5)与活塞(8)是各自独立的，它们之间的液体可通过平衡孔(10)，由支承头外的间隙排出，保证二者紧密接触。支承头(5)上的外台阶与液缸(3)的内台阶的间隙是事先加工好的，以保证各支承头的外伸距离相同，保证分离活塞式双外径液压钻具稳定器的15个支承头扶正在井壁上的外径达到规定的要求。
本实用新型的原理及工作过程描述如下在钻井过程中钻井泥浆由钻柱内泵入并由钻柱与井壁之间的环空返回地面，当钻井泥浆通过钻头喷咀时，将造成很大压降。按高压射科学钻井的理论，其压降值为流道泵压的三分之二，一般情况下压降值可达到5MPa-15MPa，并作用在分离活塞式双外径液压变径扶正器活塞(8)上，活塞(8)推动支承头(5)向外伸出，直到限台阶定位止动，此时的外径达到所规定的最大外径。在5MPa-15MPa的压差作用下，每一个支承头的轴向力可达到12KN-36KN。当停止钻井泥浆循环时，支承头(5)在起下钻的过程中碰撞井壁，收回到稳定器本体内，同时，在摩擦环(7)的摩擦阻力下，支承头再不会自动伸出。同时，环空的泥浆密度比钻柱内的密度大0.05-0.10g/cm3，产生向内的收缩压力，这也可以促使支承头复位，以减小起下钻过程中的遇阻、遇卡的的现象发生。
权利要求1.一种能防止石油钻井在起下钻柱过程中遇阻、遇卡的分离活塞式双外径液压钻具稳定器，有一个外径较普通钻具稳定器小的本体(1)，本体上在一排螺旋线上加工有一组均布的园柱镗孔，园柱孔内安装有液压缸(3)，并由固定螺栓(2)将其固紧在本体上，液缸的下端安装有O型密封圈(4)，液压缸内部安装有支承头(5)和活塞(8)，其特征在于二者是各自独立的两体；支承头(5)上装有摩擦环(7)，与液压缸内径滑配合；内部有平衡孔(10)，支承头顶端焊有耐磨硬质合金(6)，活塞(8)安装在支承头(5)的下部，活塞上装有Yx密封圈，并与液缸滑配合。
2.根据权利要求1所述分离活塞式双外径液压钻具稳定器装置，其特征在于支承头(5)的下平面上有一内凹平面，并与平衡孔(10)相通，平衡孔出口在支承头与液缸滑动配合的的园柱面上。
3.根据权利要求1所述分离活塞式双外径液压钻具稳定器装置，其特征在于液缸顶部两侧加工有两个对称的长槽(11)，在折卸时可安装拉拔器的卡爪，同时在长槽的上部加工两个半园槽，其半径与固定螺栓的顶部园柱相同。
专利摘要本实用新型是一种活塞分离式双外径钻具稳定器。该装置由本体和可独立更换的活塞分离式支承头总成组成。其支承头(5)与活塞(8)分成两体,无复位弹簧。该装置的优点是使用寿命比一般的变径稳定器长1～2倍,结构简单,成本降低。正常钻进时支承头伸出到预定的外径,起到常规的钻具稳定器的作用;停止钻井液循环后,支承头收缩到钻具稳定器本体内,从而减少了起下钻遇阻、遇卡事故的发生。
文档编号E21B10/26GK2459434SQ0024666
公开日2001年11月14日 申请日期2000年7月30日 优先权日2000年7月30日
发明者龚伟安 申请人:龚伟安