一种转速和排量控制的钻具离合工具的制作方法

本发明属于油气钻井，尤其涉及一种转速和排量控制的钻具离合工具。

背景技术：

1、定向井钻井作业，为调整轨迹，需要频繁进行定向钻进，定向钻进时，钻杆及下部钻具组合不旋转，钻井液流经弯螺杆驱动其内部的转子转动，进而带动钻头旋转破岩，此过程中弯螺杆朝向方位不变化，进行特定方向的钻进，完成轨迹调整。常规采用的弯螺杆钻具组合在定向钻进时，因钻柱不旋转，钻压难以传递至钻头，造成定向钻进机械钻速低，容易产生“托压”现象，并带来卡钻风险，严重制约了钻井开发效率。

2、为解决定向钻进托压的问题，提高机械钻速，现有的常规技术包括：井身结构优化、井眼轨迹优化、钻井液中加润滑剂、加入塑料小球等，但是以上技术均存在一定的局限性，且缓解托压效果难如人意；采用水力振荡器缓解定向托压已越来越普遍，应用该工具在定向时将部分钻具的静摩擦转变为动摩擦，能起到一定的效果，但是钻杆仍然处于静止状态，钻具托压问题仍然明显。此外，采用旋转导向工具，可以实现定向钻进时钻杆旋转，但是该工具成本高，国内尚无成熟产品，难以进行规模应用。

技术实现思路

1、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

2、一种转速和排量控制的钻具离合工具，包括上芯轴、下芯轴，所述上芯轴的外壁上由上至下安装有依次固定连接的上接头、上壳体、花键套、中壳体，所述下芯轴外壁上转动安装下壳体，所述中壳体的一端与下壳体的一端固定连接；

3、所述中壳体内侧壁上环向设置多组槽孔，槽孔内安装固定弹簧，固定弹簧上安装推力块，所述上芯轴外壁上形成凹槽结构，所述凹槽结构包括上部锥面和下部锥面，且上部锥度小而下部锥度大；

4、所述上芯轴底部内壁上设置花键套结构，所述下芯轴上部外侧设置有与之对应的第一花键结构；所述花键套结构套入所述第一花键结构时，工具为啮合状态，工具传递扭矩；在脱开状态下，所述花键套结构远离第一花键结构时，工具为脱开状态，工具不传递扭矩。

5、进一步的，所述上芯轴外侧壁上套设有弹簧，所述弹簧一端被上芯轴的限位台阶限位，另一端被花键套限位，使得当上芯轴受到向下的压力时，能压缩弹簧向下移动。

6、进一步的，位于所述弹簧上方的所述上芯轴与上接头之间设置动密封组件。

7、进一步的，所述下芯轴上安装卡环，所述卡环上方安装压帽，通过所述卡环使得在上提钻具时，所述下芯轴能被下壳体上端面限位。

8、进一步的，所述下芯轴外侧与下壳体内侧之间安装轴承座及轴承组。

9、进一步的，所述推力块与上芯轴接触的面为斜切面，且斜切面的锥度与上芯轴凹槽结构的上部锥面一致。

10、进一步的，所述花键套与所述上芯轴上的第二花键结构配合。

11、进一步的，所述上芯轴下端外侧和中壳体内侧之间密封接触；所述下壳体内侧与下芯轴外侧之间密封接触。

12、本发明的优点和积极效果是：

13、本发明的钻具离合工具通过调节转速和排量，控制上芯轴在轴向上移动，进而实现花键结构之间的啮合或者脱开，控制工具上下部扭矩的传递；定向钻进时，通过降低钻速和排量，工具上下部钻具之间不传递扭矩，在上部钻杆低速旋转的情况下进行定向作业，将钻杆和井壁之间的静摩擦转变为动摩擦，从根本上解决因钻柱不旋转导致的托压问题，并有利于提高钻压传递效率，改善井眼清洁状况，提高机械钻速；而随着转速的增大和排量的进一步调整，在复合钻进时，花键结构之间处于啮合状态，工具正常传递扭矩。

技术特征：

1.一种转速和排量控制的钻具离合工具，其特征在于：包括上芯轴、下芯轴，所述上芯轴的外壁上由上至下安装有依次固定连接的上接头、上壳体、花键套、中壳体，所述下芯轴外壁上转动安装下壳体，所述中壳体的一端与下壳体的一端固定连接；

2.根据权利要求1所述一种转速和排量控制的钻具离合工具，其特征在于：所述上芯轴外侧壁上套设有弹簧，所述弹簧一端被上芯轴的限位台阶限位，另一端被花键套限位，使得当上芯轴受到向下的压力时，能压缩弹簧向下移动。

3.根据权利要求2所述一种转速和排量控制的钻具离合工具，其特征在于：位于所述弹簧上方的所述上芯轴与上接头之间设置动密封组件。

4.根据权利要求1所述一种转速和排量控制的钻具离合工具，其特征在于：所述下芯轴上安装卡环，所述卡环上方安装压帽，通过所述卡环使得在上提钻具时，所述下芯轴能被下壳体上端面限位。

5.根据权利要求1所述一种转速和排量控制的钻具离合工具，其特征在于：所述下芯轴外侧与下壳体内侧之间安装轴承座及轴承组。

6.根据权利要求1所述一种转速和排量控制的钻具离合工具，其特征在于：所述推力块与上芯轴接触的面为斜切面，且斜切面的锥度与上芯轴凹槽结构的上部锥面一致。

7.根据权利要求1所述一种转速和排量控制的钻具离合工具，其特征在于：所述花键套与所述上芯轴上的第二花键结构配合。

8.根据权利要求1所述一种转速和排量控制的钻具离合工具，其特征在于：所述上芯轴下端外侧和中壳体内侧之间密封接触；所述下壳体内侧与下芯轴外侧之间密封接触。

技术总结
本发明涉及一种转速和排量控制的钻具离合工具，包括上芯轴、下芯轴，上芯轴的外壁上由上至下安装有依次固定连接的上接头、上壳体、花键套、中壳体，下芯轴外壁上转动安装下壳体，中壳体的一端与下壳体的一端固定连接；中壳体内侧壁上环向设置多组槽孔，槽孔内安装固定弹簧，固定弹簧上安装推力块，上芯轴外壁上形成凹槽结构，凹槽结构包括上部锥面和下部锥面，且上部锥度小而下部锥度大；上芯轴底部内壁上设置花键套结构，下芯轴上部外侧设置有与之对应的第一花键结构；本发明的钻具离合工具通过调节转速和排量，控制上芯轴在轴向上移动，进而实现花键结构之间的啮合或者脱开，控制工具上下部扭矩的传递。

技术研发人员：郑锋,柳鹤,于琛,张泽,张翔,雷中清,李亚峰
受保护的技术使用者：中国石油集团渤海钻探工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/20