一种伸缩式工具面稳定器的制作方法

本发明涉及一种钻井工程中用于防止钻柱扭转变形导致钻井工具面跑偏的伸缩式工具面稳定器。

背景技术：

在石油天然气行业中，旋转导向钻井技术已经成为开发复杂超深定向井和大位移水平井的必备技术。旋转导向钻井技术具有一边滑动一边旋转的特点，对井眼轨迹的控制能力更为强大。利用旋转导向钻井技术钻出的井眼更加圆滑，钻井极限位移更大，钻井成本更低，因此已经广泛应用于水平井和大位移井等高难度特殊工艺井。旋转导向钻井技术的一种是使用不旋转外套式导向钻井工具，在该种工况下，必须保证不旋转外套和井壁周向位置不发生相对旋转，从而保证工具面的位置不发生偏移。由于定向井和大位移井均采用井下动力钻具为钻头提供破岩扭矩，因此对会钻柱产生反扭矩作用，致使钻柱发生扭转变形，造成工具面位置不稳定，极易跑偏。在使用旋转导向钻井技术时，需要确定工具面的位置，从而调整钻井定向角度，如果工具面位置不稳定，就会造成导向不准确，钻井轨迹发生偏移等问题的产生。因此，在使用旋转导向钻井技术时，需要对钻井工具面进行稳定，防止工具面跑偏，增加钻井工作量。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了解决钻进过程中钻柱发生扭转变形，工具面难以稳定、容易跑偏的问题，特提供一种伸缩式工具面稳定器。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种伸缩式工具面稳定器，是由上接头、节流嘴、芯轴、滚轮座、滚轮盖、滚轮、钢珠、复位弹簧、压板、连接板、芯轴弹簧、稳定壳体和下接头构成；其结构特征是：滚轮座外圆下部设置一圈密封槽，外圆中部设置一圈凹槽，滚轮座内腔设置为盲孔，盲孔下端中心设置一半球形凹槽；滚轮盖中心设置一矩形通孔，矩形通孔两端设置为圆弧面，两个圆弧面上分别设置一半球形凹槽；滚轮外侧中间设置一圈圆弧形凹槽，滚轮外侧两端分别设置为尖齿状凸起；三颗钢珠分别安装在滚轮座盲孔下端中心的半球形凹槽内和滚轮盖矩形通孔两端圆弧面上的两个半球形凹槽内，滚轮安装在滚轮座盲孔和滚轮盖矩形通孔内，三个钢珠均置入滚轮外侧中间的圆弧形凹槽内，滚轮座上端和滚轮盖丝扣连接；稳定壳体外部周向均匀设置五个扶正筋，每个扶正筋上均设置两个台阶通孔连通内外腔，扶正筋中部设置一沉槽连通两个台阶通孔，扶正筋外侧设置一轴向凹槽，轴向凹槽穿过两个台阶通孔的中轴线，轴向凹槽两端设置两个螺纹孔，稳定壳体内腔下部设置有一圈台阶；连接板两端设置为圆弧形，连接板两端分别插入两个滚轮座外圆中部的凹槽内；连接板和两个滚轮座整体作为一组，五组连接板和滚轮座整体置入稳定壳体五个扶正筋的台阶通孔和中部沉槽内；两个复位弹簧安装在连接板上；压板两端设置有矩形通孔，五个压板安装在稳定壳体五个扶正筋上的轴向凹槽内，滚轮可穿过压板上的矩形通孔，压板和稳定壳体用螺钉连接；芯轴弹簧安装在稳定壳体内腔下部的台阶上；芯轴上端设置一圈凸起台阶，芯轴内腔设置为台阶孔；节流嘴安装在芯轴内腔台阶孔上端；芯轴和节流嘴整体置入稳定壳体内腔；稳定壳体上端和上接头丝扣连接，稳定壳体下端和下接头丝扣连接；芯轴、稳定壳体和滚轮座之间的密闭腔室内充满液压油。

本发明的有益效果是：(1)本发明可以有效稳定钻井工具面，防止钻柱扭转变形而导致钻井工具面跑偏；(2)本发明采用钻井液进行驱动控制，操作简单可靠；(3)本发明不阻碍钻柱轴向送进；(4)本发明机械结构简单可靠。

附图说明

图1是本发明一种伸缩式工具面稳定器滚轮收回状态的结构示意图；

图2是本发明一种伸缩式工具面稳定器滚轮伸出状态的结构示意图；

图3是图1a-a截面剖视图；

图4是图2b-b截面剖视图；

图5是稳定壳体和滚轮装配的三维示意图；

图6是连接板和两个滚轮座装配的三维示意图；

图7是滚轮盖、滚轮和钢珠装配的三维示意图；

图8是稳定壳体的三维示意图；

图中：1.上接头，2.节流嘴，3.芯轴，4.滚轮座，5.滚轮盖，6.滚轮，7.钢珠，8.复位弹簧，9.压板、10.连接板、11.芯轴弹簧、12.稳定壳体、13.下接头。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种伸缩式工具面稳定器，是由上接头1、节流嘴2、芯轴3、滚轮座4、滚轮盖5、滚轮6、钢珠7、复位弹簧8、压板9、连接板10、芯轴弹簧11、稳定壳体12和下接头13构成；其结构特征是：滚轮座4外圆下部设置一圈密封槽，外圆中部设置一圈凹槽，滚轮座4内腔设置为盲孔，盲孔下端中心设置一半球形凹槽；滚轮盖5中心设置一矩形通孔，矩形通孔两端设置为圆弧面，两个圆弧面上分别设置一半球形凹槽；滚轮6外侧中间设置一圈圆弧形凹槽，滚轮6外侧两端分别设置为尖齿状凸起；如图7所示，三颗钢珠7分别安装在滚轮座4盲孔下端中心的半球形凹槽内和滚轮盖6矩形通孔两端圆弧面上的两个半球形凹槽内，滚轮6安装在滚轮座4盲孔和滚轮盖5矩形通孔内，三个钢珠7均置入滚轮6外侧中间的圆弧形凹槽内，滚轮座4上端和滚轮盖5丝扣连接；连接板10和两个滚轮座4整体作为一组，五组连接板10和滚轮座4整体置入稳定壳体12五个扶正筋的台阶通孔和中部沉槽内；两个复位弹簧8安装在连接板10上；压板9两端设置有矩形通孔，五个压板9安装在稳定壳体12五个扶正筋上的轴向凹槽内，滚轮6可穿过压板9上的矩形通孔，压板9和稳定壳体12用螺钉连接；芯轴弹簧11安装在稳定壳体12内腔下部的台阶上；芯轴3上端设置一圈凸起台阶，芯轴3内腔设置为台阶孔；节流嘴2安装在芯轴3内腔台阶孔上端；芯轴3和节流嘴2整体置入稳定壳体12内腔；稳定壳体12上端和上接头1丝扣连接，稳定壳体12下端和下接头13丝扣连接；芯轴3、稳定壳体12和滚轮座4之间的密闭腔室内充满液压油。

如图1、图2、图5和图8所示，稳定壳体12外部周向均匀设置五个扶正筋，每个扶正筋上均设置两个台阶通孔连通内外腔，扶正筋中部设置一沉槽连通两个台阶通孔，扶正筋外侧设置一轴向凹槽，轴向凹槽穿过两个台阶通孔的中轴线，轴向凹槽两端设置两个螺纹孔，稳定壳体12内腔下部设置有一圈台阶。

如图1、图2和图6所示，连接板10两端设置为圆弧形，连接板10两端分别插入两个滚轮座4外圆中部的凹槽内。

本发明一种伸缩式工具面稳定器的工作原理是：下入发明至设计井深，此时本发明的状态如图1和图3所示；开泵循环钻井液，控制钻井液流量升高至设定数值，节流嘴2和芯轴3在节流压差的作用下轴向下移，芯轴3、稳定壳体12和滚轮座4密闭腔室内的液压油推动滚轮座4径向伸出，状态如图2和图4所示，滚轮6外侧的尖齿凸起吃入井壁，防止钻柱周向转动。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种钻井工程中用于防止钻柱扭转变形导致钻井工具面跑偏的伸缩式工具面稳定器。它解决钻进过程中钻柱发生扭转变形，工具面难以稳定、容易跑偏的问题。其技术方案是：滚轮安装在滚轮座盲孔和滚轮盖矩形通孔内，三个钢珠均置入滚轮外侧中间的圆弧形凹槽内，滚轮座上端和滚轮盖丝扣连接；连接板和两个滚轮座整体作为一组，五组连接板和滚轮座整体置入稳定壳体五个扶正筋的台阶通孔和中部沉槽内；两个复位弹簧安装在连接板上；压板和稳定壳体用螺钉连接；芯轴、稳定壳体和滚轮座之间的密闭腔室内充满液压油。本发明可以有效稳定钻井工具面，防止钻柱扭转变形而导致钻井工具面跑偏，不妨碍钻柱轴向送进，为旋转导向技术提高精确性。

技术研发人员：张梁;李镕成;梁政;邓雄;赵勇
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2017.05.15
技术公布日：2017.07.11