纵扭复合控制变径稳定器的制作方法

1.本发明涉及一种用于石油钻井的井下工具，尤其涉及一种纵扭复合控制变径稳定器。


背景技术：

2.变径稳定器是一种井下控制工具，广泛应用于钻井作业中，对于井下作业、钻具组合受力状态、井眼轨迹控制具有重要的影响。在水平井、定向井、大位移井钻井作业中，由重力以及钻头与地层间的相互复杂的作用力，使得钻柱易产生偏斜甚至躺在井壁，很难居中，严重影响钻井质量，在钻铤的适当位置安装合适的稳定器，可以使钻井端的轨迹有防斜、降斜、增斜和控制方位的效果。但常规钻柱稳定器不能实现变径，扶正精度不高，对提高钻柱居中度作用有限，在疏松井段以及井壁扩大井段更起不到扶正作用，并且只能通过起下钻才能更换稳定器，频繁的起下钻作业增加了泥浆对井壁的浸泡时间，不仅浪费工时，并且使用传统的稳定器，时常造成卡钻事故、下钻遇阻、起钻遇卡等现象。此外，由于在钻进过程中的摩擦、振动等因素的影响，钻柱会生产生轴向的跳动，对于传统的可变径稳定器而言，难以保证扶正块一直处于固定的位置，因此导致了扶正精度的降低，钻井作业的实效性也会降低，甚至还会引起井壁失稳，致使井眼扩大、井塌、井喷等井下复杂事故发生。传统的稳定器在井下工作时被磨损现象也非常严重，导致稳定器的寿命大大降低，增加了钻井成本。
3.因此，在钻井过程中，准确有效地控制井眼轨迹，提高机械钻速，减小轴向摩擦阻力，降低钻井成本，具有重要的实际意义与经济价值。稳定器作为钻井过程的关键工具，需要满足复杂钻井条件的技术要求，降低经济成本。随着钻井数量越来越多，钻井难度越来越大，油气井需要一种能够扶正效果稳定、钻杆居中度高、磨损度低、方便下入和起出的井下实用工具，基于以上所述背景，为克服了现有技术缺陷，本发明提出了一种纵扭复合控制变径稳定器。


技术实现要素：

4.本发明提供一种纵扭复合控制变径稳定器，在正常钻进时处于最大直径状态，使钻柱始终保持稳定居中位置，在发生卡钻时限位弹簧压缩，通过上提钻头实现缩径，有效解除卡钻状态。该纵扭复合控制变径稳定器在正常钻进时，限位接头的限位块保持圆柱推块处于伸出状态，变径部分始终紧贴井壁，提高钻井的工作效率。
5.本发明的技术方案是：一种纵扭复合控制变径稳定器，包括芯轴部分、变径部分、tc轴承部分以及碟簧部分；其中芯轴部分包括：上接头、上芯轴、下芯轴、限位接头、下接头从上到下依次连接，外壳上端与上端盖通过螺纹连接固定于外壳与上芯轴之间，限位销钉安装于限位接头的安装孔中，限位弹簧安装于弹簧底座，卡钻时限位弹簧压缩，芯轴上提推动变径部分实现缩径，解除卡钻；其中变径部分由数个圆柱推块组组成，每个圆柱推块组包括斜坡制动器和圆柱推块，正常钻进时由于碟簧以及限位块的作用，变径部分处于伸出状态；其中碟簧部分包括：碟簧组和碟簧挡圈，正常工作时，碟簧处于压缩状态，一端推动变径
部分另一端推动tc轴承部分；其中tc轴承部分包括：tc轴承动摩擦块，tc轴承静摩擦块，tc轴承动圈，从外到内依次安装，通过上端盖的凹槽和tc轴承挡圈进行定位。
6.所述的上芯轴与下芯轴通过螺纹连接，下芯轴设有外限位块，限位接头内设有内限位块，限位接头内的内限位块分为上层和下层，下层靠近限位接头底部，上下两层均设有两个限位块，层与层之间错位90
°
分布，下层限位块的侧边安装有限位弹簧，若限位弹簧处于压缩状态，在芯轴上提时解除限位，下芯轴进行轴向移动。限位接头与下接头之间通过螺纹连接。
7.所述的变径部分的圆柱推块组包括斜坡制动器和圆柱推块，圆柱推块一端设有凸出部分，在芯轴上提时，斜坡制动器上移圆柱推块沿斜坡制动器斜面滑动实现变径。所述的变径部分由五个圆柱推快组依次排列组成，每个圆柱推块组之间有一定的旋转角度，该角度取决于外壳上设定的圆孔。
8.所述的限位接头一端设有螺纹与下接头通过螺纹连接，内部设有限位块通过与下芯轴的限位块之间的配合实现限为作用，限位接头的周向开有两个通孔用于安装限位销钉。
9.所述的下芯轴一端与上芯轴通过螺纹实现连接，另一端设有限位块与限位接头的限位块进行配合，在正常钻进时实现限位接头与下芯轴的限位以及分离运动。
10.本发明的有益效果是：（1）通过两层限位块的设计以及碟簧的配合使用保证了圆柱推块在工作时始终伸出，保持变径部分处于最大直径，变径部分始终处于紧贴井壁的状态，可以满足钻井井眼轨迹变化的要求。（2）限位弹簧、限位块和限位销定的设计，有效避免了在正常钻井过程中因为钻柱摩擦、振动等因素产生的钻柱轴向跳动而使得变径部分不能一直处于最大直径的问题。（3）在发生卡钻事故时，上提芯轴销钉剪断，变径部分收缩，解除卡钻状态，只需更换限位销钉便可重新下井。
附图说明
11.图1是本发明的结构示意图；图2是图1的a-a剖面图；图3是图1的b-b剖面图；图4是图1的c-c剖面图；图5是图1的d-d剖面图；图6是图1的e-e剖面图；图7是上端盖结构示意图；图8是下芯轴结构示意图；图9是限位接头结构示意图；图10是圆柱推块组结构示意图。
12.图中标记的对应名称：1-上接头，2-上芯轴，3-上端盖，4-外壳，5-tc轴承动圈，6-tc轴承静摩擦块，7-tc轴承动摩擦块，8-tc轴承挡圈，9-碟簧，10-碟簧挡圈，12-圆柱推块，11-斜坡制动器，13-下芯轴，14-限位销钉，15-限位接头，151-弹簧底座，152-限位弹簧，16-下接头。
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明进一步说明：参见图1，纵扭复合控制变径稳定器包括上接头1、上芯轴2、上端盖3、tc轴承动圈5、tc轴承动摩擦块7、tc轴承静摩擦块6、tc轴承挡圈8、碟簧9、碟簧挡圈10、斜坡制动器12、圆柱推块11、下芯轴13、限位接头15、下接头16。上芯轴2的外伸连接上接头1，上芯轴2、下芯轴13、限位接头15、下接头16按照从上到下的次序依次组装到外壳4中，上芯轴2与下芯轴13通过螺纹连接，下芯轴13与限位接头15通过限位块配合限位，限位接头15与下接头16通过螺纹连接，外壳4的一端与下接头16通过螺纹连接，外壳4的另一端与上端盖3的外螺纹进行连接，上端盖3的内径与芯轴接触。所述tc轴承部分按照tc轴承静摩擦块6、tc轴承动摩擦块5、tc轴承动圈7的次序由外到内依次安装于上端盖3与上芯轴2之间，tc轴承挡圈8安装于上芯轴2的台阶面处，对tc轴承进行轴向定位。所述的碟簧部分包括数个碟簧9和碟簧挡圈10，数个碟簧组成的碟簧组的一端与tc轴承挡圈8接触另一端与碟簧挡圈10接触，碟簧在正常工作时处于压缩状态，推动变径部分，使其保持为直径最大的状态，同时在变径过后起到复位的作用。所述的变径部分包括五个由斜坡制动器12和圆柱推块11组成的圆柱推块组，每个圆柱推块组与外壳4上的圆孔相对应安装。
14.参见图1，所述的上接头1与上芯轴2连接处设有挡圈防止泥浆对螺纹连接产生破坏；上端盖3与上芯轴2和外壳4之间设有挡圈防止泥浆进入外壳与芯轴形成的空腔破坏内部结构；圆柱推块11与外壳的通孔之间设有挡圈以防止变径时因圆柱推块与外壳圆孔之间相对运动而导致泥浆进入斜坡制动器12与圆柱推块11形成的空腔，避免泥浆沉积导致的圆柱推块11卡死的情况。
15.参见图2、3、4、8、9，所述的下接头16和限位接头15组合构成芯轴的轴向限位；下芯轴13的外侧设有两个轴向180
°
分布的外限位块，限位接头15内设有内限位块，限位接头15内的限位块分为上层和下层，下层靠近限位接头15底部，上下两层均设有两个周向180
°
分布的限位块，层与层之间错位90
°
分布，下层两限位块的侧边安装有弹簧底座151，弹簧底座内部安装有限位弹簧152。正常钻进过程中，限位弹簧152提供的弹力能够平衡钻进时稳定器外壳与井壁的摩擦扭矩，且弹簧没有到达最大压缩量，下芯轴13的限位块和限位接头15的上层限位块没有完全错开，芯轴上提时下芯轴和限位接头不会分离，因此钻进过程中的钻柱轴向跳动也不会对变径部分造成影响，变径部分在正常工作时不会收缩，持续起到扶正作用。当发生卡钻时，摩擦扭矩会逐渐增大，此时弹簧被压缩到极限位置，下芯轴13的限位块和限位接头15的上层限位块完全错开，芯轴上提下芯轴13跟随上芯轴2运动，限位销钉14被剪断变径部分收缩实现变径，解除卡钻状态，解除卡钻状态后将稳定器提升到地面更换限位销钉14后即可重新下井。
16.在正常钻进过程中钻杆可能会受到较大的冲击载荷，由于冲击载荷存在使得限位弹簧152达到最大压缩量，下芯轴13的限位块和限位接头15的上层限位块会出现完全错开的情况，此时如果钻柱有轴向跳动，下芯轴13与限位接头15将会出现的相对运动，使得变径部分收缩，从而导致纵扭复合控制变径稳定器失效，为了避免这种现象的产生，在限位接头15的限位块处设计了限位销钉14，只有在钻柱上提时，限位销钉14被剪断，下芯轴13才能和限位接头15分离，保证了在钻进过程中的稳定性。
17.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步
的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明专利的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。