一种钻井顶驱适配器的制作方法

本发明属于钻井工程，具体涉及一种钻井顶驱适配器。

背景技术：

1、国内近几年增加了页岩油气、致密油气、海上油气藏的勘探开发力度，这些油气藏基本都是应用水平井开发。自2019年开始，国内水平井呈现大规模上涨趋势。水平井开发具有水平段延伸困难，斜井段携岩困难，长水平段水平井泵压高等难题。

2、同心双管反循环钻井又称为双壁反循环钻井，双壁反循环钻井技术采用双壁钻杆作为主要的循环系统，可以使岩屑快速进入钻头的中心水眼，避免或减少了岩屑的重复破碎，延长了钻头使用寿命；另外，由于岩屑快速带出地面，受钻井液和地层流体的污染较少，录井资料更加真实，地层判断更加准确；双壁反循环钻井技术清洁岩屑能力得到了较大的提升，避免了斜井段和水平段形成岩屑床，降低了钻具的摩阻，能保障水平井眼的顺利延伸；双壁反循环钻井系统中加入了滑动活塞系统，减少了钻井液的用量，有效的降低了钻井液成本；滑动活塞系统还可以辅助钻头施加井底钻压，有效的增加了水平井眼的延伸长度。同心双管反循环钻井技术是一类采用了双层管双梯度钻井技术，顶驱适配器上部与传统顶驱系统相连，下部与双壁钻杆相连，是实现钻井液循环及钻柱转动的关键部件。钻井液通过顶驱适配器的旁通接头进入顶驱适配器的外环空，从内层管上返回的钻井液通过顶驱适配器的上出口进入顶驱系统，之后回流从顶驱系统流出。

3、顶驱适配器需要实现的功能就是连接与旋转，其中旋转动密封是顶驱适配器的关键密封处，传统的动密封形式造成顶驱适配器整体结构过大过长。因此优化顶驱适配器设计具有重要意义。

4、中国专利：cn205663412u公开了一种带动压密封补偿的双流钻井顶驱适配器，包括适配器壳体、外层管、内层管、轴承组、密封组、动压密封补偿系统，其特征在于：适配器壳体上的钻井液入口与双层管的外环空连通，流体通过适配器壳体注入；外层管与内层管组成外环空和内环空，分别与双流钻杆的内外环空连通，流体通过内层管和顶驱系统流出；密封组采用动压式v型密封结构，至少包括三组密封圈组，通过其轴向压缩获得径向膨胀以贴紧管壁密封面；动压密封补偿系统主要由至少两个压力补偿器串联组成，供给密封组润滑油，实现压力等比梯降；适配器壳体上还配置了钻井液压力口和压力油入口，分别联通压力补偿器。本发明采用高压润滑油隔离系统净化动密封面；在每一级密封圈背部提供高压润滑油，减小有效压差；每一级密封圈背部润滑油油压随钻井液压力变化而变化，动压圈密封结构利用动压效应能有效润滑。

5、但是该专利的结构在使用中，存在内层管的管壁易损坏，适配器的使用寿命低的缺点。

6、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、由于钻井液流速通常比较大，顶驱适配器外中心管环空和内中心管外壁受冲蚀影响很大，极易损坏，需要反复更换，导致钻井非生产时间和钻井成本增加。

2、为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种钻井顶驱适配器，本发明的倾斜设置的第一流道能够减小钻井液对内中心管外壁的冲蚀作用，避免内中心管损坏，具有提高钻井效率和降低钻井成本的优点。

3、本发明包括如下技术方案：

4、本发明提供了一种钻井顶驱适配器，包括外壳体、外中心管和内中心管，所述内中心管外套设所述外中心管，所述外中心管外套设所述外壳体，所述内中心管和所述外中心管能一起相对于所述外壳体转动，所述外壳体和所述外中心管组成环空，所述外中心管与所述内中心管组成外环空；所述外中心管上设置有连通所述环空和所述外环空的第一流道，所述第一流道倾斜设置；所述外壳体上设置有与所述环空连通的第二流道。

5、进一步地，所述第一流道使钻井液向上倾斜进入所述外环空。

6、进一步地，所述内中心管上的冲击位置处设置有相对于内环空外表面凸起的内凹弧面。

7、进一步地，所述第一流道倾斜角度为：35°～55°。

8、进一步地，所述第一流道设置多个；优选的，多个第一流道均匀设置。

9、进一步地，所述外中心管的两端与所述外壳体的两端通过球面推力滚子连接，且所述外中心管的两端与所述外壳体的两端通过轴承端盖密封；所述外中心管的中部与所述外壳体的中部接触，且在该接触位置设置有密封组。

10、进一步地，所述密封组设置两个，两个密封组分别位于所以环空的两侧。

11、进一步地，所述密封组包括旋转密封圈和矩形密封圈，所述旋转密封圈和矩形密封圈依次设置在所述外中心管上，所述旋转密封圈位于靠近所述环空的一侧。

12、进一步地，所述密封组包括两个旋转密封圈。

13、进一步地，所述外壳体设置有润滑孔；优选的，所述润滑孔设置多个，多个润滑孔实现对球面推力滚子和密封组的润滑。采用上述技术方案，本发明包括如下优点：

14、1、本发明的倾斜设置的第一流道能够减小钻井液对内中心管外壁的冲蚀作用，避免内中心管损坏，具有提高钻井效率和降低钻井成本的优点。

15、2、本发明中第一流道使钻井液向上倾斜进入所述外环空，钻井液导入外环空的上端，钻井液在外环空上端形成涡流，钻井液在涡流和自身重力的作用下向下流，与流进来的钻井液发生碰撞冲击，从而进一步削弱钻井液对内中心管直接的冲蚀效果。

16、3、本发明外壳体上开有润滑孔，可提密封组和球面推力滚子的使用寿命。

17、4、本发明的内中心管上设置的内凹弧面，从第一流道进入的钻井液冲击在该内凹弧面上，可对钻井液起缓冲和向上导向作用，使钻井液快速进入上方区域形成涡流；同时内凹弧面还增大了内中心管的厚度，降低了钻井液对内中心管的冲蚀作用。

18、5、本发明的球面推力滚子轴承克服了采用其他的轴承，可能会导致顶驱适配器整体外径过大、长度过长等问题。

19、6、本申请中旋转密封圈过滤钻井液中较大颗粒物且还有一定的密封效果；使用矩形密封圈通过挤压o型密封圈从而提高密封压力，能够起到高压力的密封。

技术特征：

1.一种钻井顶驱适配器，包括外壳体(10)、外中心管(20)和内中心管(30)，所述内中心管(30)外套设所述外中心管(20)，所述外中心管(20)外套设所述外壳体(10)，所述内中心管(30)和所述外中心管(20)能一起相对于所述外壳体(10)转动，其特征在于，所述外壳体(10)和所述外中心管(20)组成环空(40)，所述外中心管(20)与所述内中心管(30)组成外环空(50)；所述外中心管(20)上设置有连通所述环空(40)和所述外环空(50)的第一流道(60)，所述第一流道(60)倾斜设置；所述外壳体(10)上设置有与所述环空(40)连通的第二流道(70)。

2.如权利要求1所述的一种钻井顶驱适配器，其特征在于，所述第一流道(60)使钻井液向上倾斜进入所述外环空(50)。

3.如权利要求1所述的一种钻井顶驱适配器，其特征在于，所述内中心管(30)上的冲击位置处设置有相对于内环空(40)外表面凸起的内凹弧面(31)。

4.如权利要求2所述的一种钻井顶驱适配器，其特征在于，所述第一流道(60)倾斜角度为：35°～55°。

5.如权利要求1-3任意一项所述的一种钻井顶驱适配器，其特征在于，所述第一流道(60)设置多个；优选的，多个第一流道(60)均匀设置。

6.如权利要求1-3任意一项所述的一种钻井顶驱适配器，其特征在于，所述外中心管(20)的两端与所述外壳体(10)的两端通过球面推力滚子(80)连接，且所述外中心管(20)的两端与所述外壳体(10)的两端通过轴承端盖(90)密封；所述外中心管(20)的中部与所述外壳体(10)的中部接触，且在该接触位置设置有密封组(100)。

7.如权利要求6所述的一种钻井顶驱适配器，其特征在于，所述密封组(100)设置两个，两个密封组(100)分别位于所以环空(40)的两侧。

8.如权利要求7所述的一种钻井顶驱适配器，其特征在于，所述密封组(100)包括旋转密封圈(101)和矩形密封圈(102)，所述旋转密封圈(101)和矩形密封圈(102)依次设置在所述外中心管(20)上，所述旋转密封圈(101)位于靠近所述环空(40)的一侧。

9.如权利要求8所述的一种钻井顶驱适配器，其特征在于，所述密封组(100)包括两个旋转密封圈(101)。

10.如权利要求9所述的一种钻井顶驱适配器，其特征在于，所述外壳体(10)设置有润滑孔(110)；优选的，所述润滑孔(110)设置多个，多个润滑孔(110)实现对球面推力滚子(80)和密封组(100)的润滑。

技术总结
本发明属于钻井工程技术领域，具体涉及一种钻井顶驱适配器。包括外壳体、外中心管和内中心管，所述内中心管外套设所述外中心管，所述外中心管外套设所述外壳体，所述内中心管和所述外中心管能一起相对于所述外壳体转动，所述外壳体和所述外中心管组成环空，所述外中心管与所述内中心管组成外环空；所述外中心管上设置有连通所述环空和所述外环空的第一流道，所述第一流道倾斜设置；所述外壳体上设置有与所述环空连通的第二流道。本发明的倾斜设置的第一流道能够减小钻井液对内中心管外壁的冲蚀作用，避免内中心管损坏，具有提高钻井效率和降低钻井成本的优点。

技术研发人员：陈刚,袁光杰,杨恒林,付利,王元,李骥然,郭凯杰,夏焱,乔磊,郑李,冯明,王子昕,张恒,董京楠
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15