钻柱离合工具的制作方法

本实用新型涉及井下工具技术领域，具体是一种钻柱离合工具。

背景技术：

随着石油的进一步开发，越来越多的定向井、水平井运用在石油钻井技术中，在部分地区甚至采用丛式井，这样的井身设计为钻井节省了成本，也能更好、更准地钻至设计的靶位，提高开采效率和产量。同时，其复杂的井身结构、井眼轨迹也给钻井技术带来了很高的难度，首先就需要解决定向滑动钻进时钻压施加困难的问题。

例如：在定向井中，在定向造斜时必须刹住转盘，防止钻柱转动，用弯螺杆或其它井下动力钻具直接驱动钻头转动，进行破岩，而上部钻具只能滑动送进。由于长距离的井身斜向或水平走向，钻具平趟在井眼内进行钻进，摩阻很大，钻具自重传递的大部分压力被消耗在克服钻具摩阻上，难以真正传递到钻头上，地面操作工程师甚至很难知道钻头的精确压力，从而钻进速度受到很大限制，有时为解决钻头托压问题而强行加压也给容易导致顿钻等事故。

针对定向钻井中的托压问题，目前国内外出现了一些防托压工具，如推力器、振荡器等，在一定程度上能解决钻头托压问题，但使用效果不明显，使用条件也有一定局限性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种适用于定向滑动钻进提高定向效率的钻柱离合工具。

本实用新型采用的技术方案是，一种钻柱离合工具，包括缸套体，所述缸套体内以轴向顺序布置有承压机构、上芯轴、花键体、下芯轴和传动轴，所述上芯轴通过导向机构和复位弹簧装配在缸套体内，该上芯轴的上端与承压机构的底端连接，所述花键体的内周轴向间隔设置有两排内花键齿，所述下芯轴上部的外周设置有与花键体内周上的内花键齿相匹配的外花键齿，该下芯轴通过外花键齿装配在花键体上，所述传动轴的上端与下芯轴的底端连接，该传动轴与缸套体之间设置有串轴承，该传动轴下端延伸出缸套体。

所述承压机构主要由阀座、阀杆、活塞组成，所述阀座装配在缸套体上，所述阀杆轴向装配在缸套体上的阀座上，该阀杆外的阀座上设置有多个通孔，且该阀杆的末端与装配在活塞上的孔板座间隙配合，所述活塞与缸套体内的上芯轴上端固定连接。

进一步，所述阀杆与孔板座以锥面间隙配合。

所述导向机构主要由凸轮和装配在缸套体内的限位销组成，所述凸轮两端通过推力轴承装配在上芯轴上，该凸轮外壁上设有“W”轨迹导向滑槽，所述限位销径向延伸至凸轮的导向滑槽内。

进一步，所述限位销主要由盲孔状结构的盖帽、滑块及复位弹簧组成，所述盖帽装配在缸套体上，所述滑块通过复位弹簧装配在盖帽内，该滑块与凸轮的导向滑槽匹配。

所述花键体通过连接体与上芯轴连接。

进一步，所述花键体的外周设有外花键齿，该花键体通过外花键齿与缸套体内周啮合。

所述下芯轴和缸套体内周之间形成环空间隙，该环空间隙内设有浮子，浮子下方对应缸套体上的卸压孔。

进一步，所述缸套体主要由上缸套、中间接头、中缸套和下缸套组成。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型适用于定向滑动钻进以提高定向效率，适应定向滑动钻进和非滑动钻进。通过使钻柱离合工具上下钻柱分离，使原本滑动钻进的上部钻柱旋转钻进，减小上部钻柱的摩阻，以便施加的钻压更好、更集中的传递到钻头，达到解决定向井、水平井滑动钻进时的托压问题，提高机械钻速。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2是图1中离合执行总成的示意图。

图3是图1中导向机构的结构示意图。

图4是图1和图2中的花键体的结构示意图。

图5是图4的C-C示意图。

图6是图4的D-D剖面图。

图7是下芯轴的结构示意图。

图8是图7的E-E示意图。

图9是图7的F-F示意图。

图10是图1中的A-A示意图。

图11是图2中的B-B示意图。

图中代号含义：10-阀座；11-阀帽；12-阀杆；13-销子；20-上缸套；21-销体；22-限位销；23-复位弹簧；30-孔板座；31-活塞；32-密封圈；33-轴承；34-凸轮；35-背帽；36-轴承；37-复位弹簧；38-上芯轴；40-中间接头；50-连接体；51-密封圈；60-中缸套；61-花键体；62-下芯轴；63-浮子；64-密封圈；70-下缸套；71-压帽；72-串轴承内圈；73-滚珠；74-串轴承外圈；75-防掉帽；76-传动轴；W—轨迹滑槽；W1—第一位置；W2—第二位置；W3—第三位置；W4—第四位置；W5—第五位置。

具体实施方式

参见图1至图11所示，本实用新型是钻柱离合工具，包括缸套体。所述缸套体主要由上缸套、中间接头、中缸套和下缸套组成。从上至下主要由对应上芯轴38的上缸套20、对应下芯轴62的中缸套60、对应传动轴76的下缸套70，在上缸套和中缸套之间起连接作用的中间接头。

参见图1、图10、图11所示：上述缸套体内以轴向顺序布置有承压机构、上芯轴38、花键体61、下芯轴62和传动轴76。所述上芯轴38通过导向机构和复位弹簧37装配在缸套体内，该芯轴的上端与承压机构的底端连接。参见图2、图4、图5、图6所示：所述花键体的内周轴向间隔设置有两排内花键齿，参见图7、图8、图9所示：所述下芯轴62上部的外周设置有与花键体内周上的内花键齿相匹配的外花键齿，且花键体内周的上排的内花键齿对应与下芯轴62上排外花键齿指接配合。在轴向上花键体的内花键齿高度始终高于下芯轴62上的外花键齿高度。该下芯轴62通过外花键齿装配在花键体上，所述传动轴76的上端与下芯轴62的底端连接，该传动轴76与缸套体之间设置有串轴承，该传动轴76下端延伸出缸套体。其中，导向机构与复位弹簧的上端之间设有背帽35；复位弹簧37下端抵挡在对应与缸套体所在上缸套20下端连接中间接头40的顶端面上，该中间接头40下端与中缸套60的顶端连接；上述串轴承主要由串轴承内圈72、滚珠73和串轴承外圈74组成，该串轴承内圈72与传动轴76配合，该串轴承外圈与下缸套70配合，在串轴承的上端设置有抵挡于下芯轴处的压帽71、下端设置有防掉75，抵挡串轴承底部冒出下缸套70；所述花键体的外周设有外花键齿，该花键体通过外花键齿与缸套体内周啮合。

上述承压机构主要由阀座10、阀杆12、活塞31组成，所述阀座10通过销子13装配在缸套体上，所述阀杆12轴向装配在缸套体上的阀座10上，该阀杆12外的阀座10上设置有多个通孔，且该阀杆12的末端与装配在活塞31上的孔板座30间隙配合，所述活塞31与缸套体内的上芯轴38上端固定连接。本实施例优选，上述阀杆12通过阀帽11轴向装配在缸套体上的阀座10上；上述阀杆12与孔板座30以锥面间隙配合。其中，活塞31与缸套体之间设置有密封圈32。

参见图3所示：上述导向机构主要由凸轮34和装配在缸套体内销体21上的限位销22组成，所述凸轮34两端分别通过一个轴承（33，36）装配在上芯轴38上，该凸轮34外壁上设有“W”轨迹导向滑槽，所述限位销22径向延伸至凸轮34的导向滑槽内。本实施例优选，所述限位销22主要由盲孔状结构的盖帽、滑块及复位弹簧23组成，所述盖帽装配在缸套体上，所述滑块通过复位弹簧23装配在盖帽内，该滑块与凸轮34的导向滑槽匹配。

另外，上述花键体61通过连接体50与上芯轴38连接；上述下芯轴62的末端设置有浮子63和堵头，在浮子63和堵头之间的缸套体壁上开有通孔。其中，在下芯轴上端与连接体的公共连接部分间设置有密封圈51；浮子63与中缸套60之间、浮子63与下芯轴62之间均设有密封圈64；所述下芯轴和缸套体内周之间形成环空间隙，该环空间隙内设有浮子，浮子下方对应缸套体上的卸压孔；上述花键体与上芯轴38、下芯轴62和中缸套60等一起构成离合执行总成（参见图2所示）。

工作过程：

当上芯轴38处于起始位置时，限位销22位于凸轮34的导向滑槽中第一位置W1处，传动轴67处于收缩转态。

第一次开泵后，在泥浆压力作用下，迫使上芯轴38向下移动，上芯轴38上的凸轮34也随向下移动，同时限位销22固定在第一缸套上，不会移动，使得凸轮34相对于限位销22发生转动，限位销22在导向滑槽中滑动，限位销22滑动由轨迹滑槽W对应导向滑槽的第一位置W1处至轨迹滑槽W对应导向滑槽的第二位置W2处，此时限位销22与导向滑相抵靠，当凸轮34不再向下移动时，上芯轴38也无法继续下移，此阶段上芯轴38下行的距离为L1。与此同时，活塞31、孔板座30也向下下行L1的距离。此时，阀杆12仍位于孔板座30内孔里，所有泥浆必须从阀杆12与孔板座30、间形成的狭小环空通过，此时过流面积最小，所以泥浆压力相对最高；同时，上芯轴38下方的传动轴67仍处于静子转态。

随后，泥浆泵第一次停止，泥浆环空压力卸去，在复位弹簧37的作用下，上芯轴38向上移动，此时，限位销22从凸轮34的轨迹滑槽W对应导向滑槽的第二位置W2处滑至第三位置W3处，孔板座30回到初始位置。

当泥浆泵第二次启动，上芯轴38向下移动，凸轮34也随之下移，限位销22从凸轮34的轨迹滑槽W对应导向滑槽的第三位置W3处滑至第四位置W4处，再滑至第五位置W5，此时限位销22与导向滑槽相抵靠，凸轮34不再向下移动，上芯轴38也无法继续下移，此阶段上芯轴38下行的距离为L2。与此同时，活塞31、孔板座30也向下L2的距离。此时，阀杆12离开孔板座30内孔，它们之间的环空通道突然变大，与第一次开泵比较时，在排量相同的情况下，由于流通通道变大，使系统的泥浆压力降低；同时，上芯轴38通过花键体61与下芯轴62齿指接配合，已到达带动下芯轴62下端连接的传动轴67旋转。

随后，泥浆泵第二次停止，泥浆环空压力卸去，在复位弹簧37的作用下，上芯轴38向上移动，上芯轴38通过花键体61与下芯轴62齿指接配合分开，此时，凸轮34、孔板座30等均回到最初始的位置。

如上循环，从而通过泥浆泵的启动和停止，控制传动轴76是否旋转的状态。当泥浆压力较高时，本实用新型花键体61与下芯轴62处于脱开状态，可用于定向滑动钻进，能有效解决脱压问题；当泥浆压力较低时，本实用新型中花键体61与下芯轴62处于啮合状态，可用于非滑动钻进时。适用于定向滑动钻进以提高定向效率，适应定向滑动钻进和非滑动钻进。通过使钻柱离合工具上下钻柱分离，使原本滑动钻进的上部钻柱旋转钻进，减小上部钻柱的摩阻，以便施加的钻压更好、更集中的传递到钻头，达到解决定向井、水平井滑动钻进时的托压问题，提高机械钻速。

以上实施例的技术方案仅用以说明本实用新型，而非对其限制。尽管参照前述实施例的技术方案对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的精神和范围。