一种井下工具电磁转速控制短节的制作方法

本发明涉及一种井下工具电磁转速控制短节，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。

背景技术：

油田进入高含水期后，部分油井出砂日益严重，经常出现油层砂埋或抽油泵砂卡的现象。产液含砂已成为影响油田稳产增产的重要问题之一。

目前连续管旋转冲砂洗井技术是钻井现场应用的最基础，也是最广泛的一种办法，然而冲洗工具的流场分布规律和工作状态会随着不同旋流转速工况的改变而发生改变，使得冲洗工具不能很好的发挥其功效，严重影响了井下除砂的效果。为调整井下冲砂洗井工具的旋流转速，目前在工具上大多安装有限速环对工具进行减速。但是限速环只能单一的对工具进行减速，并不能很好的控制工具的转速，而且限速环内部的阻尼脂一旦用完，限速环将失效，不会再对工具产生减速效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种能够很好的控制转速，可以合理调节其转速控制范围，以实现在不同旋流转速工况下，满足井下冲砂洗井工具对旋流转速的要求，使工具达到不同工况下的最佳工作状态的井下工具电磁转速控制短节。

本发明的技术方案是：

一种井下工具电磁转速控制短节，包括壳体、上接头、下接头、旋转轴和开关装置，其特征在于：壳体的一端螺纹安装有上接头，壳体的另一端螺纹安装有下接头，壳体内通过对称设置的上扶正轴承和下扶正轴承安装有旋转轴，上扶正轴承和下扶正轴承之间的旋转轴上通过支撑架对称安装有磁铁，下扶正轴承外侧的旋转轴上螺纹安装有下花键接头，上扶正轴承外侧的旋转轴上过盈安装有开关装置，开关装置外侧的旋转轴上螺纹安装有上花键接头。

所述的开关装置与壳体内壁之间设置有间隙。

所述的开关装置包括开关底座、导流盘、开关触盘和控速开关，开关底座上装有导流盘；导流盘内装有控速开关，控速开关一侧的导流盘上装有开关触盘，控速开关与开关触盘接触连接。

所述的开关底座、导流盘、开关触盘上分别均布有过流孔。

所述的导流盘为截面呈“山”字形的杯状体。

所述的开关触盘的过流孔之间的开关触盘上放射状设置有多个导槽，导槽内分别安装有接触头。

所述的导槽数量为6个；导槽内的接触头对称分为3组，各组接触头在开关触盘上径向位置不同。

所述的控速开关由装配环、导向杆、弹簧和离心块构成，装配环上与导槽对应状均布有多个导向杆，导向杆上滑动安装有离心块；离心块上方的导向杆上装有弹簧。

所述的离心块上设置有接触杆，控速开关通过接触杆与开关触盘上的接触头活动接触连接。

所述的旋转轴的圆周上均布有多个t形件，t形件上绕制有线圈，线圈经导线与接触头连接。

所述的导流盘、开关底座和开关触盘分别由绝缘材料制成，所述的装配环、导向杆、离心块和接触杆分别由导电材料制成。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该井下工具电磁转速控制短节结构简单、设计新颖，工作时，通过离心块与开关触盘上径向位置不同的各组接触头接触，可实现工具合理转速的范围控制；达到控制转速的目的。解决了现有限速环只能单一的对工具进行减速，并不能很好的控制工具的转速，而且限速环内部的阻尼脂一旦用完，限速环将失效，不会再对工具产生减速效果的问题。该井下工具电磁转速控制短节可实现在不同旋流转速工况下，满足井下冲砂洗井工具对旋流转速的要求，使工具达到不同工况下的最佳工作状态。具有适用性强，实用性好的特点，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2为图1中的a—a向截面结构示意图；

图3为图1中的a处放大结构示意图；

图4为本发明的开关装置的立体结构示意图；

图5为本发明的控速开关的结构示意图；

图6为本发明的开关触盘的结构示意图。

图中：1、壳体，2、上接头，3、下接头，4、旋转轴，5、上扶正轴承，6、下扶正轴承，7、支撑架，8、磁铁，9、t形件，10、线圈，11、下花键接头，12、开关底座，13、导流盘，14、开关触盘，15、装配环，16、导向杆，17、弹簧，18、离心块，19、接触杆，20、导槽，21、接触头，22、上花键接头，23、排线孔。

具体实施方式

该井下工具电磁转速控制短节包括壳体1、上接头2、下接头3、旋转轴4和开关装置，壳体1的一端螺纹安装有上接头2，壳体1的另一端螺纹安装有下接头3，壳体1内通过对称设置的上扶正轴承5和下扶正轴承6安装有旋转轴4，旋转轴4的圆周上轴向均布有多个t形件9，t形件9上绕制有线圈10。上扶正轴承5和下扶正轴承6之间的旋转轴4上通过支撑架7对称安装有磁铁8，下扶正轴承6外侧的旋转轴4上螺纹安装有下花键接头11，上扶正轴承5外侧的旋转轴4上过盈安装有开关装置。

开关装置包括开关底座12、导流盘13、开关触盘14和控速开关，导流盘13为截面呈“山”字形的杯状体。开关底座12、导流盘13、开关触盘14上分别均布有过流孔。开关底座12上装有导流盘13；导流盘13内装有控速开关，控速开关一侧的导流盘上装有开关触盘14。开关触盘14过流孔之间的开关触盘14上呈放射状设置有6个导槽20，导槽20内分别固定安装有可变电阻的接触头21。6个导槽20内的接触头21对称分为3组，各组接触头21在开关触盘14上径向位置不同；由此分为高、中、低三挡；各组接触头21分别通过排线孔23内的导线连接线圈10的正、负极。该井下工具电磁转速控制短节的线圈10采用铜线缠绕，缠绕好的线圈10放置于非磁性（如树脂玻璃，陶瓷等）井下材料外包套管中，以避免线圈10裸露与钻井液接触短路，要求外包套管材料导热性能良好，通过流动液体对线圈10可进行降温。

控速开关由装配环15、导向杆16、弹簧17和离心块18构成，装配环15上与导槽20对应状均布有6个导向杆16，导向杆16上滑动安装有离心块18；离心块18上方的导向杆16上装有弹簧17；离心块上设置有接触杆19，各离心块18质量相同；控速开关通过接触杆19分别与对应的开关触盘14上的接触头21活动接触连接，其作用是为了使控速开关的离心块18上的接触杆19与其对应的接触头21实现不同转速下的接触。开关装置外侧的旋转轴4上螺纹安装有上花键接头22。

该井下工具电磁转速控制短节的导流盘13、开关底座12和开关触盘14分别由绝缘材料制成，装配环15、导向杆16、离心块18和接触杆19分别由导电材料制成。

该井下工具电磁转速控制短节的接触杆19在非工作状态不与接触头21接触；六个离心块18的位置处于同一个圆周上。工作时，该短节通过连接在其两端的工具提供旋转动力，通过上花键接头22将旋转动力传递给旋转轴4，经过转速控制后，通过下花键接头11将旋转动力传出该短节。工作过程中，旋转轴4带动开关装置和线圈10旋转，从而使磁铁8产生磁场，旋转的线圈10将会切割磁感线；与此同时，开关装置的控速开关随着转速增大，在离心力的作用下离心块18沿导向杆16径向滑动，由此通过接触杆19与低挡的接触头21组接触，从而使线圈10电路闭合，产生感应电流，带电线圈10旋转切割磁感线将受到磁场的作用力，产生反向扭矩，由此使旋转轴4转速随之减小；实现制动，达到控制转速的目的。当旋转轴4转速降低到一定程度后，控速开关的离心块18随着转速减小，在弹簧17的作用下复位，接触杆19脱离与低挡的接触头21组的接触，使线圈10电路断开，感应电流消失，电路断开后线圈10的旋转切割磁感线将不再受到磁场的作用力，从而反向扭矩也不再产生，旋转轴4制动状态停止；使工具转速稳定在一定范围内。

当转速过高，超过低档组接触头21的控速范围时，离心块18所受的旋转离心力将较大。此时，与低档组接触头21对应的离心块18上的接触杆19越过低档组接触头21相互脱离，这一过程中，与中档组接触头21对应的离心块18上的接触杆19与中档组的接触头21相接触，从而使线圈10闭合形成回路，产生反向扭矩作用于旋转轴4，实现制动，达到控制转速的目的。

同样，随着转速的更高，超过中档组接触头21的控速范围时，离心块18所受的旋转离心力将更大。此时，与中档组接触头21对应的离心块18上的接触杆19越过中档组接触头21相互脱离，这一过程中，与高档组接触头21对应的离心块18上的接触杆19与高档组的接触头21相接触，从而使线圈10闭合形成回路，产生反向扭矩作用于旋转轴4，实现制动，达到控制转速的目的；如此反复，实现多级转速范围的合理控制。

该井下工具电磁转速控制短节的控速开关上的离心块18和三对可变电阻的接触头21接触时，只有对称位置上的两个离心块18与开关触盘14上不同径向位置的三对接触头21中的一对处于接触状态，而其他的离心块18和接触头21都处于分离状态，即在一定的转速范围内只有一对离心块18与一对可变电阻的接触头21接触，从而线圈闭合形成回路，产生反向扭矩作用于旋转轴，实现制动，达到控制转速的目的。

当所需转速范围不一样时，如果要求转速较小，六个离心块18的位置将基本上位于同一个较小的圆周上，这时六个离心块18中会有一对与开关触盘14上不同径向位置的三对可变电阻的接触头21中径向位置较小的一对接触头21接触，从而实现转速控制开关的打开，线圈闭合形成回路；如果要求转速较大，六个离心块18的位置将基本上位于同一个较大的圆周上，这时六个离心块18中也会有一对与开关触盘14上不同径向位置的三对可变电阻触头中径向位置较大的一对可变电阻的接触头21接触，从而实现转速控制开关的打开，线圈闭合形成回路；进而实现制动，达到控制转速的目的。该井下工具电磁转速控制短节结构简单、设计新颖，解决了现有限速环只能单一的对工具进行减速，并不能很好的控制工具的转速，而且限速环内部的阻尼脂一旦用完，限速环将失效，不会再对工具产生减速效果的问题。该井下工具电磁转速控制短节可实现在不同旋流转速工况下，满足井下冲砂洗井工具对旋流转速的要求，使工具达到不同工况下的最佳工作状态；具有适用性强，实用性好的特点，具有广泛的应用前景。