一种地层测试用高负载旋转头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种地层测试用高负载旋转头，包括用于连接地面控制装置并固定的连接轴，连接轴连接有用于连接井下的测试管柱的下接头，下接头可随测试管柱的转动而转动；连接轴的外侧设置有环形凸起，环形凸起的外侧套设有可随下接头的转动而转动的台阶型的旋转外套，且环形凸起的顶面与旋转外套的台阶面之间设置有套设在连接轴上并注入有高压密封脂的滑动轴承，连接轴与下接头均沿轴向开设有相连通的主孔，连接轴的侧壁开设有与主孔连通的压力传导孔，压力传导孔与滑动轴承对应；其能在高压力高钻柱悬重负载的情况下顺利转动，且结构简单，操作方便。
【专利说明】—种地层测试用高负载旋转头
【技术领域】
[0001]本发明涉及油田地层测试【技术领域】，尤其涉及一种地层测试用高负载旋转头。
【背景技术】
[0002]在石油及天然气开发过程中，为了对油藏做出准确评价，除采用地质综合录井、地球物理测井，岩心分析等常规方法外，目前还采用了更为先进的地层测试技术。地层测试技术是用钻杆将地层测试器下入至待测层段，进行不稳定试井，从而测得产层的产量、温度和实测井底压力一时间关系曲线，并取得流动状态下的地层流体样品，它不但具有快速、经济的特点，而且这种技术可以从动态角度直接录取油气藏生产状态下的参数。地层测试技术，是目前石油钻采领域一项先进工艺，由于在进行地层测试的同时，还可进行酸化、压裂、分级注水泥、射孔等其它多种综合作业而不需要重新起下钻，避免了更换井下几千米管柱的繁重作业，可缩短作业时间，降低劳动强度，极大地提高经济效益。因此，采用地层测试技术比常规方法取得的地质资料更准确，可为制定油田开发方案提供合理依据。
[0003]旋转头是地层测试器地面控制装置的一个重要组成部分，在进行地层测试作业时，旋转头需要在井口流体高压力及高钻柱悬重负载的情况下旋转，工作条件恶劣。现有技术中的旋转头，一般采用传统的滚动轴承旋转，这使得结构复杂，尺寸庞大，带压旋转时承重低，再加上密封不可靠，导致这种旋转头只适用于低压、低产、浅井的地层测试，因而其使用范围受到很大限制。
[0004]随着地层测试新工艺对设备性能的要求逐渐提高，提供一种能完全适应各种井况进行地层测试的高负载旋转头，对地层测试新工艺的可靠实施及推广尤为重要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种地层测试用高负载旋转头，其能在高压力高钻柱悬重负载的情况下顺利转动，且结构简单，操作方便。
[0006]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种地层测试用高负载旋转头，包括用于连接地面控制装置并固定的连接轴，连接轴连接有用于连接井下的测试管柱的下接头，所述下接头可随测试管柱的转动而转动；所述连接轴的外侧设置有环形凸起，所述环形凸起的外侧套设有可随所述下接头的转动而转动的台阶型的旋转外套，且所述环形凸起的顶面与所述旋转外套的台阶面之间设置有套设在所述连接轴上并注入有高压密封脂的滑动轴承，所述连接轴与所述下接头均沿轴向开设有相连通的主孔，所述连接轴的侧壁开设有与所述主孔连通的压力传导孔，所述压力传导孔与所述滑动轴承对应。
[0008]其中，所述旋转外套的大孔的下部与所述下接头紧固连接，所述旋转外套的顶部的小孔与所述连接轴配合；所述下接头的顶端开设有环形槽，所述连接轴的底端伸入所述环形槽设置；所述环形凸起的底部与所述下接头的顶部之间设置有滑动轴承。
[0009]其中，所述滑动轴承包括由上至下依次叠放的上层圆环、中层圆环、及下层圆环，位于所述环形凸起的顶面上的所述滑动轴承的所述上层圆环的上表面与所述台阶面配合，位于所述环形凸起的顶面上的所述滑动轴承的所述下层圆环的下表面与所述环形凸起的顶面相配合。
[0010]其中，所述旋转外套设置有与每个所述滑动轴承分别连通的螺堵孔，每个所述螺堵孔中设置有螺堵。
[0011]其中，所述旋转外套的小孔开设有外套密封槽，所述外套密封槽中设置有用于所述旋转外套与所述连接轴密封连接的外套密封圈。
[0012]其中，所述环形凸起开设有连接轴密封槽，所述连接轴密封槽中设置有用于所述旋转外套与所述环形凸起密封连接的连接轴密封圈。
[0013]其中，所述环形槽的侧壁开设有下接头密封槽，所述下接头密封槽中设置有用于所述连接轴与所述下接头密封连接的下接头密封圈。
[0014]其中，所述连接轴的顶端外侧设置有上密封槽，所述上密封槽中设置有用于所述连接轴与所述地面控制装置密封连接的上密封圈。
[0015]其中，所述连接轴的上部设置有用于与所述地面控制装置进行螺纹连接的外螺纹。
[0016]其中，所述下接头的下部为倒锥形结构，且设置有用于与所述测试管柱螺纹连接的钻杆螺纹。
[0017]本发明的有益效果为:该地层测试用高负载旋转头，连接轴的顶端与地面控制装置连接，下接头的底端与井内的测试管柱连接，而连接轴的底端与下接头的顶端可转动连接，旋转作业时，由于测试管柱连接的钻机的转盘的转动将带动测试管柱转动，测试管柱的转动带动下接头一起转动，而连接轴与地面控制装置不转动，因而连接轴与下接头形成相对运动，在此过程中，井下的高压流体通过下接头的主孔到连接轴的主孔，进入连接轴的主孔的高压流体会沿着压力传导孔进入到滑动轴承的腔体，并将高压压力传递给高压密封月旨，高压密封脂再将流体的高压压力一部分传递给环形凸起的顶面，并向下挤压环形凸起的顶面，因而这个向下的挤压力就会导致连接轴整体受到向下的推力，该推力可以很好地用于平衡地面控制装置的提升起吊设备对连接轴的向上的拉力，同样地，高压压力的另一部分传递给旋转外套的台阶面，并向上挤压该台阶面，因而这个向上的挤压力就会导致旋转外套整体受到向上的推力，旋转外套将带动下接头受到向上的拉力，该拉力可以很好地用于平衡井下测试管柱对下接头的向下的重力，因而使得该旋转头旋转时的高载高压力负荷变为低负荷顺利运转，因而其能在高压力高钻柱悬重负载的情况下顺利转动，且结构简单，操作方便；并且，采用高压密封脂来进行滑动轴承的润滑，可以承受高压力流体冲刷而不会流失，因而使得该旋转头具有更好的可靠性，使用更加安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的地层测试用高负载旋转头的结构示意图。
[0019]图2是图1中的地层测试用高负载旋转头的连接轴顶端端面结构示意图。
[0020]图3是图1中的地层测试用高负载旋转头在I处的局部放大示意图。
[0021]图中:1_上密封圈；2_连接轴；3_外套密封圈；4-螺堵；5_压力传导孔；6_旋转外套；7_滑动轴承；8_连接轴密封圈；9_下接头密封圈；10_下接头；11_钻杆螺纹。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0023]如图1至3所示，一种地层测试用高负载旋转头，包括用于连接地面控制装置并固定的连接轴2，连接轴连接有用于连接井下的测试管柱的下接头，下接头10可随测试管柱的转动而转动；连接轴2的外侧设置有环形凸起，环形凸起的外侧套设有可随下接头10的转动而转动的台阶型的旋转外套6，且环形凸起的顶面与旋转外套6的台阶面之间设置有套设在连接轴2上并注入有高压密封脂的滑动轴承7，连接轴2与下接头10均沿轴向开设有相连通的主孔，连接轴2的侧壁开设有与主孔连通的压力传导孔5，压力传导孔5与滑动轴承7对应。
[0024]该地层测试用高负载旋转头，连接轴2的顶端与地面控制装置连接，下接头10的底端与井内的测试管柱连接，而连接轴2的底端与下接头10的顶端可转动连接，旋转作业时，由于测试管柱连接的钻机的转盘的转动将带动测试管柱转动，测试管柱的转动带动下接头10 —起转动，而连接轴2与地面控制装置不转动，因而连接轴2与下接头10形成相对运动，在此过程中，井下的高压流体通过下接头10的主孔到连接轴2的主孔，进入连接轴2的主孔的高压流体会沿着压力传导孔5进入到滑动轴承7的腔体，并将高压压力传递给高压密封脂，高压密封脂再将流体的高压压力一部分传递给环形凸起的顶面，并向下挤压环形凸起的顶面，因而这个向下的挤压力就会导致连接轴整体受到向下的推力，该推力可以很好地用于平衡地面控制装置的提升起吊设备对连接轴的向上的拉力，同样地，高压压力的另一部分传递给旋转外套6的台阶面，并向上挤压该台阶面，因而这个向上的挤压力就会导致旋转外套整体受到向上的推力，旋转外套将带动下接头受到向上的拉力，该拉力可以很好地用于平衡井下测试管柱对下接头的向下的重力，因而使得该旋转头旋转时的高载高压力负荷变为低负荷顺利运转，因而其能在高压力高钻柱悬重负载的情况下顺利转动，且结构简单，操作方便；并且，采用高压密封脂来进行滑动轴承的润滑，可以承受高压力流体冲刷而不会流失，因而使得该旋转头具有更好的可靠性，使用更加安全。
[0025]另外，下接头10与连接轴2的主孔不仅方便高压流体通过，还可以用于向井下运输工具或者设备等，因而使用方便。通过下接头的旋转和上提下放来控制中途测试井下工具，实现工具坐封、打开、关闭、取样等测试作业的需要。
[0026]优选的，在本实施例中，旋转外套6的大孔的下部与下接头10紧固连接，旋转外套6的顶部的小孔与连接轴2配合，利用大孔与下接头10连接，以使下接头10带动旋转外套6 一起转动，而转动过程中，旋转外套6的小孔与连接轴2形成滑动配合，因而旋转外套6相对连接轴2转动，并能保证旋转外套6、连接轴2、以及环形凸起之间的腔体为密封的，利于力平衡。进一步地，下接头10的顶端开设有环形槽，连接轴2的底端伸入环形槽设置；因此，连接轴2与下接头10之间的连接是轴孔配合连接，因而安装容易保证两者的主孔对齐，有利于高压流体的上升；并且，环形槽的直径大于下接头的主孔的直径，这样，连接轴2的底端就可以稳定地放置在环形槽与主孔的连接面上，进一步增强连接的稳定性与可靠性；环形凸起的底部与下接头10的顶部之间也设置有滑动轴承7，利用环形凸起的顶部与底部的两个滑动轴承7使得旋转外套6的旋转保持平衡。
[0027]进一步优选的，在本实施例中，滑动轴承7包括由上至下依次叠放的上层圆环、中层圆环、及下层圆环，位于环形凸起的顶面上的滑动轴承7的上层圆环的上表面与台阶面配合，位于环形凸起的顶面上的滑动轴承7的下层圆环的下表面与环形凸起的顶面相配合。且每层圆环均为轴承钢制造而成，在旋转外套6转动的过程中，与其接触面积较大的圆环将会跟随旋转外套6进行适当的转动，以保证运动顺畅。并且利用三片圆环的结构，其结构简单，承重能力强大。
[0028]为了方便滑动轴承7注入高压密封脂，旋转外套6设置有与每个滑动轴承7分别连通的螺堵孔，每个螺堵孔中设置有螺堵4。使用时，首先用油枪从旋转外套6的螺堵孔中注入高压密封脂，使滑动轴承腔内充满高压密封脂，然后将螺堵4拧紧到实现密封状态。
[0029]其中，旋转外套6的小孔开设有外套密封槽，外套密封槽中设置有用于旋转外套6与连接轴2密封连接的外套密封圈3。
[0030]其中，环形凸起开设有连接轴密封槽，连接轴密封槽中设置有用于旋转外套6与环形凸起密封连接的连接轴密封圈8。
[0031]其中，环形槽的侧壁开设有下接头密封槽，下接头密封槽中设置有用于连接轴2与下接头10密封连接的下接头密封圈9。
[0032]其中，连接轴2的顶端外侧设置有上密封槽，上密封槽中设置有用于连接轴2与地面控制装置密封连接的上密封圈I。
[0033]在各个连接部位，设置相应的密封圈，能够增强内部的密封效果，进而有利于保证高压流体在通过压力传导孔5进入到对应的滑动轴承7的腔时，能够给予旋转外套6和连接轴2提供足够的平衡力，保证旋转头的结构稳定。
[0034]其中，连接轴2的上部设置有用于与地面控制装置进行螺纹连接的外螺纹。其中，下接头10的下部为倒锥形结构，且设置有用于与测试管柱螺纹连接的钻杆螺纹11。采用螺纹连接，实现方便装卸的目的，提高现场作业的效率。
[0035]本发明的地层测试用高负载旋转头，解决带压旋转时承重低，密封不可靠，不能用于高压、高产、深井地层测试，使用范围受限制的问题，取代现有的常规旋转头，其结构简单，尺寸小，维护方便，使用寿命延长；可承担井下全部钻杆及中途测试井下工具的悬重，能进行超深、高压力油气井的测试作业。
[0036]以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它【具体实施方式】，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种地层测试用高负载旋转头，其特征在于，包括用于连接地面控制装置并固定的连接轴(2)，所述连接轴(2)连接有用于连接井下的测试管柱的下接头(10)，所述下接头(10)可随测试管柱的转动而转动；所述连接轴(2)的外侧设置有环形凸起，所述环形凸起的外侧套设有可随所述下接头(10)的转动而转动的台阶型的旋转外套￠)，且所述环形凸起的顶面与所述旋转外套(6)的台阶面之间设置有套设在所述连接轴(2)上并注入有高压密封脂的滑动轴承(7)，所述连接轴(2)与所述下接头(10)均沿轴向开设有相连通的主孔，所述连接轴(2)的侧壁开设有与所述主孔连通的压力传导孔(5)，所述压力传导孔(5)与所述滑动轴承(7)对应。
2.根据权利要求1所述的地层测试用高负载旋转头，其特征在于，所述旋转外套(6)的大孔的下部与所述下接头(10)紧固连接，所述旋转外套(6)的顶部的小孔与所述连接轴(2)配合；所述下接头(10)的顶端开设有环形槽，所述连接轴(2)的底端伸入所述环形槽设置；所述环形凸起的底部与所述下接头(10)的顶部之间也设置有滑动轴承(7)。
3.根据权利要求2所述的地层测试用高负载旋转头，其特征在于，所述滑动轴承(7)包括由上至下依次叠放的上层圆环、中层圆环、及下层圆环，位于所述环形凸起的顶面上的所述滑动轴承(7)的所述上层圆环的上表面与所述台阶面配合，位于所述环形凸起的顶面上的所述滑动轴承(7)的所述下层圆环的下表面与所述环形凸起的顶面相配合。
4.根据权利要求2所述的地层测试用高负载旋转头，其特征在于，所述旋转外套(6)设置有与每个所述滑动轴承(7)分别连通的螺堵孔，每个所述螺堵孔中设置有螺堵(4)。
5.根据权利要求1所述的地层测试用高负载旋转头，其特征在于，所述旋转外套(6)的小孔开设有外套密封槽，所述外套密封槽中设置有用于所述旋转外套(6)与所述连接轴(2)密封连接的外套密封圈(3)。
6.根据权利要求1所述的地层测试用高负载旋转头，其特征在于，所述环形凸起开设有连接轴密封槽，所述连接轴密封槽中设置有用于所述旋转外套(6)与所述环形凸起密封连接的连接轴密封圈(8)。
7.根据权利要求2所述的地层测试用高负载旋转头，其特征在于，所述环形槽的侧壁开设有下接头密封槽，所述下接头密封槽中设置有用于所述连接轴(2)与所述下接头(10)密封连接的下接头密封圈(9)。
8.根据权利要求1所述的地层测试用高负载旋转头，其特征在于，所述连接轴(2)的顶端外侧设置有上密封槽，所述上密封槽中设置有用于所述连接轴(2)与所述地面控制装置密封连接的上密封圈(I)。
9.根据权利要求1所述的地层测试用高负载旋转头，其特征在于，所述连接轴(2)的上部设置有用于与所述地面控制装置进行螺纹连接的外螺纹。
10.根据权利要求1所述的地层测试用高负载旋转头，其特征在于，所述下接头(10)的下部为倒锥形结构，且设置有用于与所述测试管柱螺纹连接的钻杆螺纹(11)。
【文档编号】E21B49/00GK104153771SQ201410413749
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】张庆福, 郭麦熟, 牛洪媛, 杜蔚华 申请人:承德市开发区富泉石油机械有限公司