一种钻压可调式液力加压器的制作方法

本实用新型属于能源勘探开发领域，具体涉及一种钻压可调式液力加压器。

背景技术：

在石油钻井中，钻头需要的钻压是由钻头上部的钻铤重量提供的，这种传统的刚性加压方式存在许多不可避免的弊病，如送钻不均匀、跳钻、钻具弯曲、假钻压等等，导致机械钻速大幅下降，缩短了钻头及钻具的使用寿命。液力加压器把机械式加压改为液力加压，利用活塞端面上形成的推力，推动活塞下行从而最大限度的吸收钻柱震动和钻头冲击，稳定的钻压提高了机械钻速，同时对钻具的横向震动和扭转震动具有一定的解耦作用，提高钻具的使用寿命。在行程范围内可自动送钻，操作简单，减轻了司钻的劳动强度，提高了井眼质量，还可通过改变水力参数调节钻压大小，节省部分钻铤，减轻钻机负荷。此外，在定向井、水平井、大斜度井及小井眼钻进过程中，液力加压器可有效克服钻具摩阻导致的假钻压现象，使钻头获得稳定、足够的钻压，从而达到提速降本的目的，具有广阔的应用前景。

但是，目前的液力加压器有以下不足：(1)现有液力加压器传递扭矩以花键形式为主，抗扭强度不够，且组装工艺复杂；(2)现有液力加压器水眼尺寸固定，调整附加钻压只能通过改变钻井液排量和密度完成；(3)现有液力加压器活塞缸筒呼吸孔多以光孔为主，无法有效过滤较大的固相颗粒，缩短了活塞缸筒内部密封组件的使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种钻压可调式液力加压器，在定向井、水平井、大斜度井及小井眼钻进过程中，可通过改变钻井液排量和喷嘴直径等水力参数为底部钻具提供附加可调钻压，有效克服钻具摩阻，为优快钻井提供技术支持。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种钻压可调式液力加压器，包括从上至下依次连接的活塞缸筒、八方接头、八方缸筒，三者的内腔连通形成低压腔；

所述八方接头的上端与活塞缸筒的下端连接，八方接头的下端与八方缸筒的上端连接；

在所述低压腔内设有活塞和八方；所述活塞位于活塞缸筒的内腔中，活塞安装在所述八方的上端，所述八方的下端穿出八方缸筒后与下接头的上端连接；所述八方能够相对活塞缸筒、八方接头和八方缸筒进行轴向往复运动；

在所述下接头的内腔中安装有节流喷嘴。

所述八方为开有中心通孔的轴结构，其中间一段的外表面的横截面形状为正八边形，其它部分的横截面形状为圆形；

所述八方缸筒的内壁的横截面形状为正八边形，所述八方的八个面与八方缸筒上对应的八个面之间均为间隙配合；

在所述八方上部开有环形凹槽，在该环形凹槽内安装有防掉块；

所述活塞开有中心通孔，所述八方的上端穿过活塞的中心通孔，在穿出活塞后的八方的圆柱形段上设有压紧螺母，所述活塞位于压紧螺母与防掉块之间，被两者卡住。

在所述压紧螺母上设置有锁紧螺钉，锁紧螺钉将所述压紧螺母固定在八方上；

在所述八方的上端设有轴用弹性挡圈，其将压紧螺母压住；

在所述活塞缸筒的上端设有钻杆母扣，在钻杆母扣的底部设有台阶；

所述压紧螺母的上端面顶住钻杆母扣底部的台阶处。

所述防掉块为分体结构，包括多个分块，各个分块嵌入式安装在八方的环形凹槽内；

在所述活塞上设有环形挡板，所述防掉块的下部位于八方上的环形凹槽内，上部与环形挡板接触，被环形挡板卡住；

所述防掉块的外径小于活塞缸筒的内径，但大于八方接头的内径。

所述八方的外壁、活塞缸筒的内壁、防掉块的端面、八方接头的上端面围合形成第一环形通道；

在所述八方缸筒的内壁上设有环状台阶；所述八方的外壁、八方缸筒的内壁、八方缸筒内壁上的环状台阶的端面、八方接头的下端面围合形成第二环形通道；

在活塞缸筒、八方缸筒靠近八方接头的一端分别设有呼吸孔，两个呼吸孔分别将第一环形通道、第二环形通道与外部连通。

在所述呼吸孔内从内向外依次设有防砂滤网、防砂螺帽和孔用弹性卡簧。

在所述八方伸出所述八方缸筒后的圆柱形段上设有台阶，所述八方缸筒的下端面与该台阶的上端面接触。

所述下接头的中心通孔为阶梯孔结构，包括直径依次减小的大径段、中径段和小径段，所述大径段的内壁设有内螺纹，通过该内螺纹与八方的下端连接，所述小径段的外壁上设有钻杆公扣；

所述节流喷嘴安装在中径段，其上端面与八方的下端面接触，下端面与中径段和小径段的过渡处台阶接触；

所述节流喷嘴的中心孔的直径小于八方的中心孔以及下接头的小径段的中心孔的直径。

在所述活塞的外壁上开有沟槽，在该沟槽内安装有孔用格莱圈，实现活塞外壁与活塞缸筒内壁之间的滑动密封；

在所述活塞的内壁上开有沟槽，在该沟槽内安装有O型密封圈，实现活塞的内壁与八方的外壁之间的静密封；

在所述八方接头的内壁上开有密封沟槽，在该密封沟槽内安装有轴用格莱圈，实现八方接头的内壁与八方的外壁之间的滑动密封；

在所述八方下端的外壁上开有密封沟槽，在该密封沟槽内安装有O型密封圈，实现八方的外壁与下接头大径段的内壁之间的静密封；

在所述节流喷嘴的外壁上开有密封沟槽，在该密封沟槽内安装有O型密封圈，实现节流喷嘴的外壁与下接头中径段的内壁之间的静密封。

在所述八方接头的内壁上的密封沟槽的两侧分别开有导向沟槽，在导向沟槽内均安装有导向环。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)该工具可实现准确加压和均匀送钻，不但能够解决水平井、大位移井和小井眼钻进中易托压的问题，还能够有效的控制井斜、减震防跳、提高机械钻速和延长钻头寿命。

(2)附加钻压可通过改变钻井液排量和喷嘴直径等水力参数进行调节，有效克服钻具摩阻，减小了纵向振动，降低了中和点高度，减小了钻杆弯曲和钻头倾角，提高了钻具的稳定性和导向性，改善了定向井、水平井和开窗侧钻井工艺技术。

(3)该工具结构简单、成本低、易操作、性能可靠，防砂滤网、防砂螺帽和孔用弹性卡簧组成的防砂装置可有效过滤钻井液中较大的固相颗粒，延长了活塞缸筒内部密封组件的使用寿命，且确保了八方正常轴向移动，分体式防掉块安装方便，可防止八方从工具本体中脱落。

附图说明

图1是钻压可调式液力加压器总体结构图。

图2是活塞及防掉机构装配图。

图3是八方及八方缸筒装配图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

如图1所示，本实用新型所述的一种钻压可调式液力加压器包括：活塞缸筒1、轴用弹性挡圈2、压紧螺母3、锁紧螺钉4、活塞5、孔用格莱圈6、防掉块7、八方8、孔用弹性卡簧9、防砂螺帽10、防砂滤网11、导向环12、轴用格莱圈13、八方接头14、八方缸筒15、节流喷嘴16、O型密封圈17及下接头18组成。

压紧螺母3起到压紧活塞5的作用，防止活塞5相对八方8轴向移动。锁紧螺钉4防止压紧螺母3松动，轴用弹性挡圈2防止压紧螺母3脱落。

防掉块7可分体嵌入八方8的环形凹槽内，防止八方8从管内脱落，活塞5自带的伸出挡板用于限制防掉块7沿径向移动，防止其脱落。

防砂滤网11、防砂螺帽10和孔用弹性卡簧9依次安装在活塞缸筒1和八方缸筒15的呼吸孔中，防止环空钻井液中较大的固相颗粒进入八方8与活塞缸筒1和八方缸筒15之间形成的环形通道，从而避免八方轴向移动失效。

活塞缸筒1和八方缸筒15通过八方接头14进行螺纹连接，八方8可相对活塞缸筒1、八方接头14和八方缸筒15进行轴向往复运动，八方8的外八方面与八方缸筒15的内八方面进行间隙配合，上部钻具扭矩可依次通过活塞缸筒、八方接头和八方缸筒传递给八方，进而传递到下部钻具。活塞缸筒、八方接头、八方缸筒三者的内腔均与环空钻井液相通，活塞上侧钻井液压力较高，活塞下侧钻井液压力较低，活塞在钻井液压差的作用下向下移动。

节流喷嘴16置于八方8和下接头18之间，用于产生节流压差，八方8在环空和管内钻井液压差的作用下，下行给钻头施压，推动钻头钻进。

活塞缸筒1的上部预留钻杆母扣，与上部钻具相连，下接头18的下部预留钻杆公扣，与下部钻具相连。

孔用格莱圈6和轴用格莱圈13分别置于活塞5和八方接头14的沟槽内，起到滑动密封的作用，导向环12置于八方接头14的密封沟槽两侧，起到支撑导向的作用，导向环成对使用，保证八方在八方接头内轴向往复运动时，有较好的同轴度，滑动更加顺畅。O型密封圈17分别置于八方8和节流喷嘴16的密封沟槽内，起到静密封的作用。

图2所示为活塞及防掉机构装配图，先将防掉块7嵌入八方8上对应凹槽内，套上活塞5，活塞5的挡板可限制防掉块7的径向移动，再将压紧螺母3拧上，防止活塞5轴向移动，同时上紧锁紧螺钉4，防止压紧螺母3松动，最后将轴用弹性挡圈2卡在八方端部，防止压紧螺母3脱落。

图3所示为八方及八方缸筒装配图，八方8可在八方缸筒15中进行轴向伸缩运动，八方缸筒通过内八方面与八方的外八方面进行间隙配合，将上部钻具扭矩传递到底部钻具。八方的抗扭强度比花键高，且且组装工艺比花键要简单。

液力加压器推力值(钻压)的大小主要由节流压差与工具有效活塞面积决定。其中，节流压差可通过调节泥浆密度、泥浆排量、节流喷嘴直径等参数来改变；工具有效活塞面积可通过调节活塞级数来改变。泥浆密度、泥浆排量可以在加压器入井后进行调节，而其余参数只能在加压器入井之前进行调节。另外，在满足泵压的条件下，当节流喷嘴直径最小、泵排量最大时，液力加压器产生的钻压仍然达不到钻井设计钻压，可以在液力加压器下端接一定长度钻铤，利用钻铤重量来补偿钻压。

液力加压器安放位置主要有以下几种方式：

(1)顶驱或常规转盘钻井作业中，可直接接在钻头上。

典型钻具组合：钻头+液力推进器+防斜钻具组合或定向钻具组合+钻铤+钻杆

(2)使用井下动力钻具钻井时，可将液力推进器接在动力钻具上。

典型钻具组合：钻头+马达+液力推进器+定向或造斜钻具组合+钻铤+钻杆

以大斜度井钻井为例，介绍钻压可调式液力加压器的操作方法：

根据实际使用工况，正确安装液力加压器，随钻具组合入井。操作步骤如下：

(1)首先在钻台上接钻具，钻压可调式液力加压器尽可能地接在靠近钻头的位置，安装时，加压器保持母扣端朝上，公扣端(八方端)朝下，连接好钻具后，在井口开泵维持一段时间后，八方应从八方缸筒中伸出，该工具应无渗漏现象。验证其密封可靠性后，按钻井设计钻具组合下井使用。

(2)按常规方法下放钻柱，待钻头接近井底一定距离约(2～5米)时，开泵循环泥浆并开动转盘，此时液力加压器的活塞处于工作行程的终点“下行极限位置”(此时防掉块与八方接头的一个端面顶住)，八方从下放入井到钻头接触井底之前，处于全伸出状态，大钩悬重为钻柱在钻井液中的悬浮重量。缓慢下放钻柱，钻头接触井底。

(3)继续下放钻柱，大钩悬重减小，该减少值即为液力加压器的推力值，该值由喷嘴节流压差和活塞环形面积共同决定。液力加压器活塞缸筒在工作行程范围内下滑，即活塞上移，直至工作行程起点“上行极限位置”(此时压紧螺母一端面顶住活塞缸筒母扣台阶处。)。此过程大钩悬重基本无变化。

(4)若继续下放钻柱，大钩悬重会降低，此时应立即刹车。保证活塞处于“悬浮”工作状态，即在工作行程的“上行极限位置”和“下行极限位置”之间。大钩悬重保持不变，使钻压(液力加压器的推力值)处于稳定的选定值上。

(5)通过液力加压，为钻头提供稳定钻压，实现钻进；在液压推力作用下，八方不断伸出直至工作行程结束，活塞到达“下行极限位置”，完成行程范围内自动送钻。此时大钩悬重上升(达到钻柱在钻井液中的悬浮重量)，说明行程已完全打开，需要及时送钻。

(6)重复以上步骤，可实现持续钻进。

在使用过程中也可随着钻进过程不断下放钻具，此时需时刻注意悬重表使悬重表指数处于稳定区间内。如悬重值明显降低则说明液力加压器处于闭合状态，悬重值明显升高达到钻柱在钻井液中的悬浮重量则可判定为钻头已脱离井底钻压基本为零。当开泵循环时液力加压器的复位力应为钻柱摩阻、液力加压器内部动态摩擦力和液力加压器提供钻压之和。当停泵时液力加压器的复位力应为钻柱摩阻与液力加压器内部动态摩擦力之和。

本实用新型通过八方面传递钻井扭矩，安装方便，比花键副更加可靠，对材料屈服强度要求相对较低，此外，节流喷嘴可通过拆装下接头进行快速更换，进而根据现场实际调节钻压，由孔用弹性卡簧、防砂螺帽和防砂滤网组成的防砂装置，可有效过滤泥浆中侵入活塞缸筒和八方缸筒内较大的固相颗粒，保证八方在缸筒内自由伸缩，分体式防掉块与活塞配合使用，防止八方从缸筒中脱落，结构简单、新颖独特、使用方便。本实用新型利用循环钻井液的喷嘴节流压降，实现准确加压和均匀送钻，不但能够解决水平井、大位移井和小井眼钻进中易托压的问题，还能够有效的控制井斜、减震防跳、提高机械钻速和延长钻头寿命，改善了定向井、水平井和开窗侧钻井工艺技术，具有广阔的应用前景。

上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。