一种钻井用水力推进器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种钻井用水力推进器，上筒体、中间筒体和下筒体依次连接构成外壳体，上筒体上部与钻铤旋接，外壳体中插有芯轴，芯轴上端位于上筒体内腔且旋接有上接头，芯轴下部设有芯轴台肩支撑在下筒体的下端口下方，芯轴台肩下端与井下动力钻具相连接；芯轴和上接头的中心孔道与外壳体的中心孔道相贯通，芯轴与下筒体之间实现密封，芯轴的上部周壁上设有导向长槽延伸至芯轴中部，中间筒体内壁对称设有托台，托台分别嵌于导向长槽中。导向长槽下方分别连接有弧形滑槽，弧形滑槽为圆柱螺线且下端分别向右倾斜，弧形滑槽下端的正上方分别设有沿轴线方向延伸的定位短槽。该水力加压器实现钻铤与钻头之间的柔性连接，结构简单，动作可靠。
【专利说明】一种钻井用水力推进器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钻井工具，特别涉及一种钻井用水力推进器，属于石油天然气钻井工具【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在石油天然气钻井中，通常是通过井中钻柱带动下方的钻头旋转破碎岩石，井中钻柱主要由钻杆和钻铤组成。
[0003]在定向井和水平井钻进过程中，经常要用滑动钻进方式来改变井眼方向、增斜、降斜，有时也用滑动钻进方式钻直井段。在滑动钻进过程中，由于岩屑床、井眼轨迹不圆滑、钻井液性能差等原因，钻柱与井壁的摩擦作用大，导致悬吊钻柱的大钩减小的负荷与钻头承受的钻压不一致。大钩减小的负荷一部分为钻柱与井壁的摩擦，剩余的部分才加在钻头上。还有下放过程中，钻柱会不均匀下滑，容易导致钻头突然撞击井底，有时可能损坏钻头和井下动力钻具，使螺杆泵憋泵密封线被冲开而停止转动，导致无机械钻速等等，这种现象称为滑动钻进的托压问题。为减轻托压，除优化钻井剖面、应用先进的测量仪器控制好井眼轨迹、优选钻井液体系并维护好钻井液性能外，还应用专用工具来减轻托压，通常在钻头与钻铤之间加装水力加压器。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种钻井用水力推进器，结构简单，动作可靠，可实现钻铤与钻头之间的柔性连接。
[0005]为解决以上技术问题，本实用新型所提供的一种钻井用水力推进器，包括共轴线且中心均设有通孔的上筒体、中间筒体和下筒体，所述上筒体、中间筒体和下筒体自上而下依次连接构成外壳体，所述上筒体的内壁上部设有与钻铤相旋接的上筒体锥形螺纹，所述外壳体的中心孔道中自下而上插有芯轴，所述芯轴的上端位于所述上筒体的内腔且旋接有上接头，所述芯轴的下部设有芯轴台肩，所述芯轴台肩支撑在所述下筒体的下端口下方，所述芯轴台肩的下端设有可与井下动力钻具相连接的芯轴锥形螺纹；所述芯轴和上接头均设有中心孔道与所述外壳体的中心孔道相贯通，所述芯轴的上部周壁上设有导向长槽，所述导向长槽沿轴线方向延伸至芯轴中部，所述中间筒体的内壁对称设有托台，所述托台分别嵌于所述导向长槽中并可沿导向长槽相对上下移动；所述上筒体的下端与中间筒体的上端之间、所述中间筒体的下端与所述下筒体的上端之间、所述下筒体的内壁与所述芯轴之间分别通过密封圈实现密封。
[0006]相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果:将外壳体分为三段连接，便于加工内壁上的托台及安装上接头；装配时，先将中间筒体和下筒体旋接，再使中间筒体的托台对准芯轴的导向长槽将将中间筒体和下筒体套装在芯轴的芯轴台肩上，然后在芯轴的顶端旋接上接头，接着将上筒体套装芯轴上端并与中间筒体旋接，最后将上筒体的上筒体锥形螺纹与上部钻铤旋接，将芯轴锥形螺纹与井下动力钻具旋接，井下动力钻具下方连接有钻头。当泥浆泵启动，上接头上部的液压腔有钻井液注入时，上接头推动芯轴向下移动，中间筒体的托台嵌于芯轴的导向长槽中并沿导向长槽滑动，可以避免外壳体与芯轴之间自由转动，并实现传递扭矩；该水力加压器是利用钻井液的压力推动芯轴下行，芯轴带动钻头钻进，实现了在上部钻柱不动的情况下，向钻头施加钻压，使钻头或下部钻具与钻铤实现了柔性连接，将钻铤给予钻头的刚性加压变为液力柔性加压，克服了刚性加压存在的送钻不均、跳钻、假钻压等弊端，能给钻头提供足够的、稳定的、可控的钻压。芯轴的下半部没有槽，有利于密封。芯轴顶部的上接头可以在芯轴向下运动时保护托台避免受到撞击；当托台损坏时，上接头可以防止芯轴掉落，芯轴全伸出起钻时，托台承受下部钻具的重量。
[0007]作为本实用新型的优选方案，所述导向长槽的下方分别连接有弧形滑槽，所述弧形滑槽为圆柱螺线且下端分别向右倾斜，所述弧形滑槽下端的正上方分别设有沿芯轴轴线方向延伸的定位短槽。下钻前，将托台卡在定位短槽中将芯轴挂住，芯轴缩回到外壳体中，不容易被泥包、卡住、刮伤或造成不密封；然后进行下钻，当下钻到位，钻头触碰到井底后，钻头推动芯轴相对于外壳体上行，托台位于弧形滑槽的下端；然后开启泥浆泵使钻井液循环，同时启动井下动力钻具使钻头旋转，在钻井液压力和井下动力钻具的联合作用下，钻头破碎岩石钻进。由于井下动力钻具会给芯轴一个扭矩，外加钻井液推力，托台沿着弧形滑槽相对上行进入导向长槽；由于导向长槽比较长，芯轴可伸出外壳体的行程比较大；起钻时，泥浆泵停止工作，下放钻杆下行，芯轴在井底反作用力下使托台沿着导向长槽相对运动进入弧形滑槽，当托台相对运动至弧形滑槽的下端时，停止下放钻杆，改为起钻，钻杆拎着外壳体上行，托台重新卡在定位短槽内，芯轴处于缩回外壳体内，然后将井下动力钻具和钻头提起；下钻或起钻时，芯轴均处于缩进状态，有利于保护井下钻具，延长钻具寿命。
[0008]作为本实用新型的优选方案，所述托台的上下两端分别设有半圆形头部。托台两端的半圆形头部可以起导向作用。
[0009]作为本实用新型的优选方案，所述上接头的周壁上均匀分布有多个导流槽，所述导流槽沿所述上接头的全长度方向延伸。导流槽有利于下冲程时，钻井液的返出。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。
[0011]图1为本实用新型钻井用水力推进器的结构示意图。
[0012]图2为本实用新型钻井用水力推进器中上筒体的结构示意图。
[0013]图3为本实用新型钻井用水力推进器中中间筒体的主视图。
[0014]图4为图3中沿A-A的剖视图。
[0015]图5为图3的俯视图。
[0016]图6为本实用新型钻井用水力推进器中下筒体的结构示意图。
[0017]图7为本实用新型钻井用水力推进器中芯轴的主视图。
[0018]图8为图7上部圆周壁的展开图。
[0019]图9为本实用新型钻井用水力推进器中上接头的主视图。
[0020]图10为图9的仰视图。
[0021]图中:1.上筒体；la.上筒体锥形螺纹；lb.上筒体母螺纹；lc.液压腔；2.中间筒体；2a.托台；2b.中间筒体公螺纹；2c.中间筒体母螺纹；2d.中间筒体密封槽；3.下筒体；3a.下筒体公螺纹；3b.下筒体外密封槽；3c.下筒体内密封槽；4.芯轴；4a.芯轴公螺纹；4b.芯轴台肩；4c.芯轴锥形螺纹；4d.导向长槽；4e.弧形滑槽；4f.定位短槽；4g.芯轴密封槽；5.上接头；5a.上接头母螺纹；5b.导流槽。
【具体实施方式】
[0022]如图1至图10所示，本实用新型的钻井用水力推进器包括共轴线且中心均设有通孔的上筒体1、中间筒体2和下筒体3，上筒体1、中间筒体2和下筒体3自上而下依次密封连接构成外壳体，外壳体的中心孔道中自下而上插有芯轴4，芯轴4的上端位于上筒体I的内腔且旋接有上接头5，芯轴4的下部设有芯轴台肩4b，芯轴台肩4b支撑在下筒体3的下端口下方，芯轴4和上接头5均设有中心孔道与外壳体的中心孔道相贯通，上筒体I的下端与中间筒体2的上端之间、中间筒体2的下端与下筒体3的上端之间、下筒体3的内壁与芯轴4之间、芯轴4的上端与上接头5的内壁之间分别通过密封圈实现密封。
[0023]如图2所示,上筒体I的内壁上部设有与钻铤相旋接的上筒体锥形螺纹Ia,上筒体的内壁下部设有与中间筒体2相连接的上筒体母螺纹lb。
[0024]如图3至图5所示，中间筒体2的上端设有与上筒体母螺纹Ib旋接的中间筒体公螺纹2b，中间筒体公螺纹2b的根部设有中间筒体密封槽2d，中间筒体密封槽2d中设有密封圈与上筒体I实现密封。中间筒体2的下端内壁设有中间筒体母螺纹2c，中间筒体母螺纹2c与下筒体3相连接。中间筒体2的内壁中部对称设有托台2a，托台2a的上下两端分别设有半圆形头部以起到导向作用。
[0025]如图6所示，下筒体3的上端设有下筒体公螺纹3a，下筒体公螺纹3a与中间筒体母螺纹2c旋接，下筒体公螺纹3a的根部设有下筒体外密封槽3b，下筒体外密封槽3b中设有密封圈与中间筒体2的内壁实现密封。下筒体3的内壁下端设有下筒体内密封槽3c，下筒体内密封槽3c中安装有U型密封圈或毛毡与芯轴4实现密封。
[0026]如图7和图8所示，芯轴4的上端设有芯轴公螺纹4a，芯轴公螺纹4a与上接头5相连接，芯轴公螺纹4a根部设有芯轴密封槽4g，芯轴密封槽4g中可以设有密封圈与上接头5实现密封。芯轴4的上部周壁上设有导向长槽4d，导向长槽4d沿轴线方向延伸至芯轴中部，中间筒体2的托台2a分别嵌于导向长槽4d中并可沿导向长槽4d上下移动。导向长槽4d的下方分别连接有弧形滑槽4e，弧形滑槽4e为圆柱螺线且下端分别向右倾斜，即为左圆柱螺旋线，弧形滑槽4e下端的正上方分别设有沿芯轴轴线方向延伸的定位短槽4f。芯轴台肩4b的下端设有可与井下动力钻具相连接的芯轴锥形螺纹4c。
[0027]如图9、图10所示，上接头5的内壁下端设有上接头母螺纹5a，上接头母螺纹5a与芯轴公螺纹4a旋接，上接头5的周壁上均匀分布有多个导流槽5b，导流槽5b沿上接头5的全长度方向延伸。导流槽5b有利于下冲程时,钻井液的返出。
[0028]装配时，先将中间筒体2和下筒体3旋接，再使中间筒体2的托台2a对准芯轴4的导向长槽4d将将中间筒体2和下筒体3套装在芯轴4的芯轴台肩4b上，然后在芯轴4的顶端旋接上接头5，接着将上筒体I套装芯轴4上端并与中间筒体2旋接，最后将上筒体I的上筒体锥形螺纹Ia与上部钻铤旋接，将芯轴锥形螺纹4c与与井下动力钻具旋接，井下动力钻具下方连接钻头完成设备安装。[0029]工作中，当泥浆泵启动，上接头5上部的液压腔Ic有钻井液注入时，上接头5推动芯轴4向下移动，中间筒体的托台2a嵌于芯轴4的导向长槽4d中，可以避免外壳体与芯轴4之间自由转动，并实现传递扭矩；该水力加压器是利用钻井液的压力推动芯轴4下行，芯轴4带动钻头钻进，实现了在上部钻柱不动的情况下，向钻头施加钻压，使钻头或下部钻具与钻铤实现了柔性连接，将钻铤给予钻头的刚性加压变为液力柔性加压。
[0030]在下钻过程中，托台2a的上部位于定位短槽4f中，此时芯轴4基本缩回到外壳体中；当下钻到位，钻头触碰到井底后，钻头推动芯轴4相对于外壳体上行，托台2a位于弧形滑槽4e的下端；然后开启泥浆泵使钻井液循环，同时启动井下动力钻具使钻头旋转，在钻井液压力和井下动力钻具的联合作用下，钻头破碎岩石钻进。由于井下动力钻具会给芯轴4 一个反扭矩，托台2a沿着弧形滑槽4e上行进入导向长槽4d，托台2a在导向长槽4d中相对滑动即实现了芯轴4的伸缩。
[0031]起钻时，泥浆泵停止工作，下放钻杆下行，芯轴4在井底反作用力下使托台沿着导向长槽4d相对运动进入弧形滑槽4e，当托台2a相对运动至弧形滑槽4e的下端时，停止下放钻杆，改为起钻，钻杆拎着外壳体上行，托台2a重新卡在定位短槽4f内，芯轴4处于缩回外壳体内，然后将井下动力钻具和钻头提起。
[0032]以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种钻井用水力推进器，包括共轴线且中心均设有通孔的上筒体、中间筒体和下筒体，所述上筒体、中间筒体和下筒体自上而下依次连接构成外壳体，所述上筒体的内壁上部设有与钻铤相旋接的上筒体锥形螺纹，所述外壳体的中心孔道中自下而上插有芯轴，其特征在于:所述芯轴的上端位于所述上筒体的内腔且旋接有上接头，所述芯轴的下部设有芯轴台肩，所述芯轴台肩支撑在所述下筒体的下端口下方，所述芯轴台肩的下端设有可与井下动力钻具相连接的芯轴锥形螺纹；所述芯轴和上接头均设有中心孔道与所述外壳体的中心孔道相贯通，所述芯轴的上部周壁上设有导向长槽，所述导向长槽沿轴线方向延伸至芯轴中部，所述中间筒体的内壁对称设有托台，所述托台分别嵌于所述导向长槽中并可沿导向长槽相对上下移动；所述上筒体的下端与中间筒体的上端之间、所述中间筒体的下端与所述下筒体的上端之间、所述下筒体的内壁与所述芯轴之间分别通过密封圈实现密封。
2.根据权利要求1所述的钻井用水力推进器，其特征在于:所述导向长槽的下方分别连接有弧形滑槽，所述弧形滑槽为圆柱螺线且下端分别向右倾斜，所述弧形滑槽下端的正上方分别设有沿芯轴轴线方向延伸的定位短槽。
3.根据权利要求1所述的钻井用水力推进器，其特征在于:所述托台的上下两端分别设有半圆形头部。
4.根据权利要求1或2或3所述的钻井用水力推进器，其特征在于:所述上接头的周壁上均匀分布有多个导流槽，所述导流槽沿所述上接头的全长度方向延伸。
【文档编号】E21B17/07GK203394364SQ201320462641
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】樊继强, 陈小元, 李子丰, 秦春, 莫钺, 王委, 王长进, 谢健, 田伟超 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化江苏石油工程有限公司