液压膨胀式遥控变径稳定器的制作方法

本发明是一种石油行业中定向井、水平井和大位移井钻井作业中使用的遥控变径稳定器，属钻井工程中井下工具领域。

背景技术：

在定向井、水平井和大位移井钻井施工中，为控制井眼井斜，常会用到遥控变径稳定器来代替固定外径的稳定器，但现研制的遥控变径稳定器存在如下的问题：

（1）多活塞伸出式稳定器，扶正活塞更换需要将整个稳定器拆开，极不方便；

（2）结构上对于软地层扶正面积过小，易嵌入地层，增加钻井摩阻。

中国专利“钻井遥控变径扶正器”(201020616387.0) 采用操场形的支撑块，支撑块同工具内部采用T形槽连接，支撑块一旦摩损，需要更换，则需将整个稳定器全拆卸，工作量大，极不方便，支撑块安装处工具本体上开孔大，对本体强度削弱明显。

技术实现要素：

为了克服上述变径稳定器所存在的缺陷，本发明提供了一种液压膨胀式遥控变径稳定器，这种稳定器扶正面积大，适用于软地层斜井段导向钻进，且对于摩损的扶正块更换容易，结构上对工具本体强度影响小。

本发明的技术方案是：

液压膨胀式遥控变径稳定器，包括本体1、设置在本体1内的推动机构、支撑筒22、信号柱23和设置在本体1外的扶正机构；

所述推动机构包括：上芯轴2与下芯轴15连接构成中通的管柱，其中，上芯轴2顶部均设有与本体1内壁轴向滑动密封配合的凸沿，上芯轴2顶部凸沿向下的环空腔内自上而下依次设有复位弹簧3、动活塞体5和上静活塞8、下静活塞14，复位弹簧3下端通过与弹簧座4本体1相对固定连接，动活塞体5外沿轴向间隔设有与本体1 轴向滑动密封配合的上活塞体36和下活塞体38,上静活塞8、下静活塞14 间隔固定在本体1内壁并位于上活塞体36和下活塞体38下部，上静活塞8、下静活塞14均与动活塞体5轴向滑动密封配合，上静活塞8与上活塞体36和下活塞体38 分别构成上油缸油腔31和中油腔29，下活塞体38与下静活塞14构成下油缸油腔28，复位弹簧3设在上活塞体36与上芯轴2组成的上油腔32内，复位弹簧3两端分别与上活塞体36和上芯轴2凸沿作用；下芯轴15与支撑筒22之间的环形腔内自上而下依次设有凸轮17、平衡活塞20、压差活塞21，其中，凸轮17与设在本体1上的凸轮销组件18限位配合，平衡活塞20和压差活塞21 间隔分布并均与本体1和下芯轴15轴向滑动密封配合，平衡活塞20与下静活塞14构成下油腔26；信号柱23由支撑筒22固定在本体1下端部，信号柱23与下芯轴15构成轴向插接配合。

所述扶正机构包括：本体1外部从上到下设有同本体1固定的上缸筒6和下缸筒12 ，上缸筒6和下缸筒12内分别设有上活塞7、下活塞11，在上活塞7、下活塞11之间均布有多个扶正块9，扶正块9与上活塞7、下活塞11锥面滑动配合，在扶正块9之间由卡簧10限位连接。

上油腔32、中油腔29和下油腔26相互贯通，上油缸油腔31与上缸筒6和上活塞7组成的活塞腔、下油缸油腔28与下缸筒12和下活塞11组成的活塞腔分别通过本体1上的上油孔30和下油孔27贯通，本体1上设有与平衡活塞20 和压差活塞21之间腔室连通的环空孔25。

上述方案进一步包括：

所述卡簧10通过扶正块9周向凹槽41与扶正块9限位连接，在扶正块9上设有凸块35，内有台阶孔40，台阶孔内有安装在本体1上的防掉螺钉39。

凸轮17通过上轴承16和下轴承19与下芯轴15连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：稳定器外侧的扶正块可以在上活塞和下活塞的作用下向外膨出，在钢丝卡簧的作用下又可径向缩进，实现稳定器变径的功能，方案中扶正块完全安装在本体外侧，更换容易，且单个扶正块扶正面积大，适用于软地层斜井段导向钻进，结构上本体上无大的开孔，对本体强度影响小。

附图说明

图1为本发明的一种液压膨胀式遥控变径稳定器的结构及非工作状态剖视图。

图2为本发明的一种液压膨胀式遥控变径稳定器在齐平工作状态剖视图。

图3为本发明的一种液压膨胀式遥控变径稳定器在伸出工作状态剖视图。

图4为图1中的E—E截面示意图。

图5为图2中的F—F截面示意图。

图6为图3中的G—G截面示意图。

图7为扶正块结构示意图。

图8为上活塞结构示意图。

图9为动活塞体结构示意图。

图中标记说明：

1—本体，2—上芯轴，3—复位弹簧，4—弹簧座，5—动活塞体，6—上缸筒，7—上活塞，8—上静活塞，9—扶正块，10—卡簧，11—下活塞，12—下缸筒，13—活塞销，14—下静活塞，15—下芯轴，16—上轴承，17—凸轮，18—凸轮销组件，19—下轴承，20—平衡活塞，21—压差活塞，22—支撑筒，23—信号柱，24—下接头，25—环空孔，26—下油腔，27—下油孔，28—下油缸油腔，29—中油腔，30—上油孔，31—上油缸油腔，32—上油腔，33—外圆锥面，34—内圆锥面，35—凸块，36—上活塞体，37—通油孔，38—下活塞体，39—防掉螺钉，40—台阶孔，41—凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，该液压膨胀式遥控变径稳定器包括本体1和下接头24，本体1上端和下接头24下端利用螺纹连到钻柱；本体1内部上端设置有上芯轴2和弹簧座4，在上芯轴2和弹簧座4间设置有可压缩复位弹簧3；本体1内部下端设有下芯轴15、支撑筒22、信号柱23，管状下芯轴15外从上到下设置有推力上轴承16、凸轮17、推力下轴承19、能上下自由移动的平衡活塞20、压差活塞21，在压差活塞21上平面位置的本体1上有环空孔25，在凸轮17外侧对应本体1上设有在凸轮17槽内配合运动的凸轮销组件18；所述的上芯轴2和下芯轴15为上下两根螺纹连接，中间中空，内部为钻井液通道。

本体1外侧中部从上到下设有同本体1固连的上缸筒6、上活塞7、扶正块9、下活塞11及同本体1固连的下缸筒12，上活塞7和下活塞11在结构上完全一样，其上有外圆锥面33（如图8所示）， 在扶正块9上有凹槽41，在其上设有钢丝卡簧10，在扶正块9上有凸块35，内有台阶孔40，孔内有安装在本体1上的防掉螺钉39，扶正块9上下两端有内圆锥面34（如图7所示）。

如图1所示，上芯轴2下段外部设有动活塞体5和在本体1上依靠活塞销13轴向固定的上静活塞8、下静活塞14，上静活塞8和下静活塞14在外侧同本体1有密封功能，在内侧同动活塞体5有密封功能，在上静活塞8和下静活塞14上平面对应本体1上有分别同上缸筒6和下缸筒12相联通的上油孔30和下油孔27。动活塞体5上设置有上活塞体36，下活塞体38以及紧邻下活塞体38上平面的通油孔37（如图9所示）；上静活塞8同上活塞体36间形成上油缸油腔，下静活塞14和下活塞体38间形成下油缸油腔28，平衡活塞20同下静活塞14间形成下油腔26，上静活塞8同下活塞体38间形成中油腔29，上芯轴2顶部活塞（也称顶部凸沿）同上活塞体36间形成上油腔32，在结构上上油腔32、中油腔29和下油腔26贯通，上油缸油腔31、下油缸油腔28各自独立。

如图1所示，可控变径稳定器该变径稳定器本体1上有多片周向均匀分布的扶正块9，由于圆锥面的作用，扶正块9由上活塞7和下活塞11产生的轴向相向运动而向外推出，稳定器外径变大；上活塞7和下活塞11产生轴向相背运动后，向外推出的扶正块9由钢丝卡簧10拉回，稳定器外径变小。可控变径稳定器的变径控制即是控制上活塞7和下活塞11产生的轴向运动距离，相向运动距离越大，稳定器外径越大。

液压膨胀式遥控变径稳定器变径过程为：

当开泵后变径稳定器内部为钻柱内泵压，变径稳定器下部的环空孔25 将环空压强引入到工具的下油腔26，平衡活塞21的作用即是将环空的压强引入到下油腔26；上油腔32、中油腔29和下油腔26贯通，所以上油腔32压强为环空压强；钻进时变径稳定器下部的钻具和钻头存在压耗，钻柱内压强大于环空压强，而上芯轴2活塞上平面将受到钻柱内压强作用，下平面将受到环空压强作用，因此使上芯轴2产生向下的动力下行并压缩复位弹簧3，同时固接在一起的下芯轴7和动活塞体5也下行，下行过程中上油腔32减小，中油腔29变大，上油腔32油液将流入中油腔29和下油腔26，下油腔26的体积变化则通过平衡活塞20的轴向自由移动来补偿；下行过程中上油缸油腔31和下油缸油腔28体积减少，油液则分别通过上油孔30和下油孔27进入到上缸筒6和下缸筒12从而推动上活塞7和下活塞11作轴向相向运动，由于圆锥面的作用，扶正块9被向外推出，稳定器外径变大。

当停泵后，工具内外压力平衡，复位弹簧3 回弹，推动上芯轴2和下芯轴15上行，上行过程中上油腔32，中油腔29减小，中油腔29和下油腔26油液将流入上油腔32，下油腔26的体积变化则通过平衡活塞20的轴向自由移动来补偿；下行过程中上油缸油腔31和下油缸油腔28体变大，上缸筒6和下缸筒12内的油液则分别通过上油孔30和下油孔27进入到上油缸油腔31和下油缸油腔28，在环空压强的作用下上活塞7和下活塞11作轴向相背运动，扶正块9由钢丝卡簧10拉回，稳定器外径变小，回到非工作状态（如图1、图4所示）。

上芯轴2和下芯轴7上行和下行的过程中，凸轮机构随之动作，凸轮上有“W”形的槽，此槽同凸轮销组件18配合，此结构同常用的稳定器行程控制凸轮结构是一样的，可以对下芯轴15的下行行程进行控制，有一短行程和一长行程，当停泵再开泵后凸轮运动上下过程交替一次，则下芯轴15下行的行程也在短行程和长行程转换。当处于短行程时，行程终了，稳定器处于齐平工作状态如图2和图5所示，此状态直径变化小；当处于长行程时，行程终了，稳定器处于伸出工作状态如图3和图6所示，此状态直径变化大。以此方法控制变径稳定器直径变化的大小，如此循环，每次开泵工具外径大小切换一次。

在不同的外径大小下，由于下芯轴7下行的行程是不一样的，当下芯轴7下行是短行程时，下芯轴7下行终了没有套住信号柱23，对钻井液几乎没能起到节流的作用，如图2所示；当下芯轴7下行是长行程时，下芯轴7下行终了套住信号柱23，对钻井液过流面积显著缩小，产生节流的作用，如图3所示，地面钻井泵的泵压变大。钻井的过程中正是通过此泵压的变化确定井下变径稳定器的直径状况。

扶正块是利用上下斜面的轴向运动而产生径向直径的变化，从而使变径稳定器的工作状态发生相应的变化，当然，也可以直接采用常用的工具内径向伸出活塞推动扶正块的结构形式；此外扶正块的数量所示由3片变为多片也是可行的。