专利名称：地面遥控可调弯接头的制作方法
技术领域：
本发明属于在钻井工艺中，在地面进行控制井底钻头钻进方向的井下导向工具。
目前，现有的实现造斜等需要改变井底钻头钻进方向的技术，大都是通过起钻，在地面更换固定角度的弯接头，然后在下钻。这一过程属于钻井“间断”，不但耗用大量钱财又浪费很多的时间，而时间对于钻井的成本来说是非常重要的，因此，这一问题亟待解决。而目前在井下导向工具上，能够实现地面遥控并且角度可调的弯接头方面还是空白。
本发明的结核及特征是这样的一种地面遥控可调弯接头，该地面遥控可调弯接头设有上花键筒和下花键筒，上、下花键筒内分别滑动设置有上、下花键轴在其内，上花键轴与上花键筒之间设有压差结构，所述的上花键筒、上花键轴与下花键轴的端部为三角楔形形状，上、下花键筒的回转中心线与上、下花键筒外表面的夹角大于零。
上花键筒和上花键轴之间的压差结构为上花键轴端部一侧与上花键筒内壁之间构成的腔通过上花键筒上的小孔与环空连通，并且上花键轴的与所述的腔相对的另一侧与上花键筒内壁构成腔与钻铤内腔连通。
所述的上花键筒与上花键轴之间设有上复位弹簧，下花键筒与下花键轴之间设有下复位弹簧。
所述的上花键筒、上花键轴与下花键轴的端部为三角楔形形状，接触面为相配合的斜面。
所述的下花键的键槽小于或等于上花键的键槽。
所述的上、下花键筒的接触面与上、下花键筒的回转中心线垂直；上、下花键筒的回转中心线与上、下花键筒外表面的夹角大于零。
应用本发明提供的地面遥控可调弯接头，能够实现在地面通过泥浆排量的改变就能控制井下底部钻具组合的弯接头产生结构弯角，弯角的大小有几个档位可供选择(档位的多少与花键的齿数有关，最高档位的弯角值与上、下花键筒的回转中心线和上、下花键筒外表面夹角的大小有关)，满足定向控制技术的需要，只需花费很少时间(一般在半小时以内)，从而减少了因起下钻和更换弯接头而浪费的时间，节约了钻井成本。
图1为地面遥控可调弯接头的结构示意图；图2、图3、图4、图5为上、下花键筒产生相对转动的原理图，图中所示为上花键筒1、上花键轴2、下花键轴4、下花键筒5的端部的展开形状。
图6、图7为上、下花键筒外表面产生角度的原理图。
图中件号简要说明1、上花键筒；2、上花键轴；3、上复位弹簧；4、下花键轴；5、下花键筒；6、下复位弹簧；7、上、下花键筒回转中心线；8、上、下花键筒接触面；9、小孔A、上花键筒1和上花键轴2所围成的腔，其上花键筒1的壁上有通孔；B、上花键筒1和上花键轴2所围成的腔，其上花键筒1的壁上无通孔。
较佳实施方式由图1可知，地面遥控可调弯接头主要是由上花键筒1、上花键轴2、上复位弹簧3、下花键轴4、下花键筒5、下复位弹簧6等组成。
本发明的地面遥控可调弯接头，设有上花键筒1和下花键筒5，上、下花键筒内分别设有上、下花键轴2、4在其内滑动，上花键轴2与上花键筒1之间设有压差结构，上、下花键筒的回转中心线7与上、下花键筒的外表面的夹角大于零。所述的上花键筒1和上花键轴2之间的压差结构为上花键轴2端部一侧与上花键筒1内壁之间形成的腔A通过小孔9与环空连通，并且上花键轴的与腔A相对的另一侧与上花键筒内壁形成的腔B与钻铤内腔相连。进一步，上花键筒1与上花键轴2之间设有上复位弹簧3，下花键筒4与下花键轴5之间设有下复位弹簧6。
由于钻头处泥浆的压耗很大，所以钻铤内泥浆的压力大于环空内泥浆的压力。在图1所示的结构中，小孔9将上花键筒1和上花键轴2所围成的A腔与环空连通，从而使A腔内的泥浆压力与环空内的泥浆压力相同，也就是与钻铤内腔相连的B腔内的泥浆压力大于与环空连通的A腔内的泥浆压力，这一压差作用在上花键轴2端面上所产生的力将使上花键轴2有向下运动的趋势。这一压差与泥浆的排量有关当泥浆排量增大时，钻铤内外的压差变大，从而作用在上花键轴2上的力也变大；当泥浆排量减小时，钻铤内外的压差变小，从而作用在上花键轴2上的力也变小。压差产生的力与弹簧(上复位弹簧3和下复位弹簧6)产生的力及摩擦力组成一个力的平衡系统。当压差产生的力变大时，弹簧被压缩，上花键轴2将向下运动；当压差产生的力变小时，弹簧展开，上花键轴2将向上运动。所以只要控制好泥浆的排量，就可以使上花键轴2产生向下和向上的运动。
当上花键轴2产生向下和向上的运动时，上花键筒1就会与下花键筒5产生相对转动，其原理如下由于下花键键槽小于或等于上花键键槽的宽度，所以下花键轴4可以在这两个花键筒内同时滑动。下花键轴4的下半部分一直在下花键筒5的同一键槽内，但上半部分却可以在上花键筒1的不同键槽内不断的轮换。这一轮换就使下花键轴4带动下花键筒5与上花键筒1发生转动。这一轮换的过程是这样的起始位置如图2所示，这时下花键轴4同时在上花键筒1与下花键筒5中。当泥浆排量增大，压差产生的力大于弹簧(上复位弹簧3和下复位弹簧6)产生的力与摩擦力之和时，上花键轴2将推着下花键轴4向下运动。下花键轴4未离开上花键筒1的键槽时，由于有键槽的阻当，下花键轴4的上斜面不会与上花键轴2的下斜面发生滑动；但当下花键轴4离开上花键筒1的键槽时，下花键轴4的上斜面在压差产生的力与弹簧产生的力的共同作用下，就会与上花键轴2的下斜面发生滑动，从而使下花键轴4带动下花键筒5与上花键筒1发生转动。由于下花键轴4和上花键筒1端部斜面方向的限制，这一转动也使下花键轴4不能再回到上花键筒1的原来键槽内。当下花键轴4的上端尖部顶到上花键轴2斜面的最底端时，转动停止，如图3所示。当泥浆排量减小，弹簧(上复位弹簧3和下复位弹簧6)产生的力大于压差产生的力与摩擦力之和时，上复位弹簧3就会将上花键轴2拉回去，这时下花键轴4在下复位弹簧6的作用下，其上斜面就会顶在上花键筒1的下斜面上，如图4所示。在下复位弹簧6的作用下，下花键轴4与上花键筒1将沿斜面方向发生滑动，从而带动下花键筒5与上花键筒1再次发生转动，并最终使下花键轴4进入上花键筒1的另一个键槽内，如图5所示。
如图6所示，由于上花键筒1和下花键筒5的回转中心线7与它们的外表面成一角度(所成角度的范围与花键筒的长度及直径有关，一般小于5°)，且其接触面8与回转中心线7垂直，所以当上花键筒1和下花键筒5之间发生相互转动时，它们的外表面就会有角度的变化。这一角度就是我们用来改变底部钻具组合钻进方向时所需要的角度。下花键轴4在上花键筒1的键槽内每轮换一次时，就有一固定的角度变化，所以这一角度是可调的，只要控制好轮换的次数，这一角度就可以在几个固定的档位内任我们选择。当旋转180°时，角度达到最大值(是回转中心线7与上花键筒1或下花键筒5所成角度的两倍)，如图7所示。
综上所述，当改变泥浆的排量时，就改变了钻铤内外泥浆的压差，从而改变了作用在上花键轴2端面的力，在弹簧(上复位弹簧3和下复位弹簧6)产生的力的共同参与下，就能使上花键轴2产生向下和向上的运动。由于上花键筒1、上花键轴2、下花键轴4端部具有斜面结构的特点，就使得当上花键轴2作向下和向上运动时，上花键筒1会与下花键筒5产生相对转动。由于上、下花键筒的回转中心线7与它们的外表面成一角度，且其接触面8与回转中心线7垂直，所以当上花键筒1和下花键筒5之间发生相互转动时，它们的外表面就会产生角度的变化，即所需要的角度。这就达到了本发明的目的在地面用泥浆排量的改变来控制井底弯接头角度的改变。
权利要求
1.一种地面遥控可调弯接头，其特征在于该地面遥控可调弯接头设有上花键筒和下花键筒，上、下花键筒内分别滑动设置有上、下花键轴，上花键轴与上花键筒之间设有压差结构，上花键筒和上、下花键轴的端部为相配合的三角楔形形状，上、下花键筒的回转中心线与上、下花键筒的外表面的夹角大于零。
2.如权利要求1所述的一种地面遥控可调弯接头，其特征在于上花键筒和上花键轴之间的压差结构为上花键轴端部一侧与上花键筒内壁之间的腔通过上花键筒上的小孔与环空连通，并且上花键轴的与所述的腔相对的另一侧与上花键筒内壁构成腔与钻铤内腔连通。
3.如权利要求1所述的一种地面遥控可调弯接头，其特征在于上花键筒与上花键轴之间设有上复位弹簧，下花键筒与下花键轴之间设有下复位弹簧。
4.如权利要求1所述的一种地面遥控可调弯接头，其特征在于上花键筒、上花键轴与下花键轴的端部为三角楔形形状，其接触面为相配合的斜面。
5.如权利要求1所述的一种地面遥控可调弯接头，其特征在于下花键的键槽小于或等于上花键的键槽。
6.如权利要求1所述的一种地面遥控可调弯接头，其特征在于上、下花键筒的接触面与上、下花键筒的回转中心线垂直；上、下花键筒的回转中心线与上、下花键筒外表面的夹角大于零。
全文摘要
本发明提供一种地面遥控可调弯接头，该地面遥控可调弯接头设有上花键筒和下花键筒，上、下花键筒内分别设有上、下花键轴在其内滑动，上花键轴与上花键筒之间设有压差结构，上、下花键筒的回转中心线与上、下花键筒的外表面的夹角大于零。应用本发明，能够实现在地面通过泥浆排量的改变就能控制井下底部钻具组合的弯接头产生结构弯角，结构弯角的大小有几个固定的档位可供选择，档位的多少与花键的齿数有关，最高档位的弯角值与上、下花键筒的回转中心线和上、下花键筒外表面夹角的大小有关；进而完成造斜、增斜、稳斜、降斜等定向控制的需要。整个调节过程花费时间很少，从而减少了因起下钻和更换弯接头而浪费的时间，节约了钻井成本。
文档编号E21B17/02GK1395022SQ0112006
公开日2003年2月5日 申请日期2001年7月10日 优先权日2001年7月10日
发明者高德利, 张广军, 宋执武, 刘凤梧 申请人:石油大学(北京)