专利名称：排量控制式变径稳定器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻探设备，特别是一种串接于钻具之中的、以钻井泵排量作为控制信号的排量控制式变量稳定器。
在钻井工程中，井底钻具组合的稳定器配置的个数、位置、及外径可变与否对井底钻具组合的特性影响极大，采用不同的稳定器配置，可使钻具产生增料、降斜与稳斜组合效果，在一定范围内调整配置，还可以在一定程度上改变上述三类组合的能力强弱，但是，传统的稳定器在结构上是不可调整的，一经接入钻具组合，其组合特性则固定不可改，当其特性与实际要求不相符合时，则造成井眼轨道发生较大偏差，甚至造成脱靶。钻必须起钻改变钻具组合，但起下钻又造成了成本增加，钻井周期长，容易造成遇阻和卡，这对深井尤其突出。特别是稳定器的外径能否变化，对钻井的质量有着特别重要的意义，由于增大后的稳定器外径段如同一个转动着的长轴中的一个支点，取消它或增加它或改变其组合支承位置都可获得改变钻头钻探轨迹的目的。
本实用新型的目的就在于克服现有技术所存在的上述缺点和不足，而提供一种以钻井泵泥浆排量作为控制信号、设置有可改变稳定器外径的伸缩柱塞的排量控制式变径稳定器。
本实用新型的目的是通过下面的技术方案实现的，它由信号转换、信号传递及执行机构三部分串接构成，信号转换机构外套内装有靠泥浆压力下移和靠外套的弹簧复位的活塞及上限位套；信号传递机构则由与活塞相连的接杆及与接杆固套的上压套和与主轴连接并与接杆活套的下压套构成，上下压套均可沿传递机构外套的内滑套沿轴向移动；执行机构的外壳与传递机构外套相连接，主轴向间隔开设有数道环槽、与各环槽相对应的执行机构外壳周向设置有数组可伸缩的小柱塞，当主轴在信号传递机构作用下上下移动时，小柱塞则伸出或缩入，以达到改变稳定器外径的目的。
由上可见本实用新型的效果是显著的，1.由于钻井泵将泥浆泵入空心的钻具内孔中，然后通过最下部的钻头孔流出并经钻具与井壁间的环隙回流到上部的泥浆池内，所以它的循环过程是连续稳定流，而钻井泵本身又是容积式机械，所以，把钻井泵排量作为控制信号、把泥浆作为作用在活塞上部的控制介质是切实可行的。
2.通过改变钻井泵的排量，即可达到改变作用在活塞上部的作用力的目的，从而使活塞下移或复位，并通过传递机构使主轴段的执行机构同步动作，因而具有控制方便，工作可靠和特点。
3.信号传递机构的上下压套及滑套的巧妙设置，使执行机构沿轴向具有上、中、下三个工位，保证了稳定器的外径按实际需要灵活变化的实际需要，提高了钻井的质量和效率。同时还具有降低成本的特点。
本实用新型的具体结构是由下面的附图及其实施例实现的
图1是本实用新型的工作状态示意图。
图2是本实用新型信号转换和传递机构部分的结构剖视图。
图3是本实用新型执行机构部分的结构剖视图。
图4是与图2相对应的工作状态剖视图。
图5是与图3相对应的工作状态剖视图。
图6是图4的A＿A剖面剖视图。
图7是图3的B－B剖面剖视图。
下面将结合附
图1－7对本实用新型的结构进行祥细的说明本实用新型由信号转换、信号传递及信号执行三部分沿轴向串接构成并串接在钻具之中，信号转换外套1内活动套装有空腔的活塞4，活塞4上段内孔中套装有与泥浆相作用的节流嘴2，活塞4外依次套放有上弹簧6和上限位套5，与信号转换机构外套1下段相连接的信号传递机构的外套8内套装有一带有滑筋11A的滑套11，在滑套11内卡装有与接杆12固套的上压套9和与主轴15连接并与接杆12活套的下压套10，上压套9、下压套10及滑筋11A的端面上开设有相互作用的斜面14和相卡合的卡槽23，接杆12与活塞4下段相连接，执行机构外壳16与传递机构外套8下段相连接，执行机构外壳16内活动套装的空腔主轴15的轴向间隔开没有数道环形凹槽15A，在执行机构外壳16外周壁面上沿周向间隔外凸有数条直筋16A，沿每条直筋16A本体内的轴向间隔设置有与环形凹槽15A相卡合或脱出并外探的数组小柱塞18，主轴15下段探伸于执行机构外壳16下段相连的连接套26内孔中，主轴15下段外依套放有下弹簧21和下限位套22，在执行机构外壳16周壁内装放有与井眼和外壳16内腔相贯通的筛板20。参见图2至图7本实用新型的结构特征还在于活塞4上端沿径向外凸有一凸盘4A，凸盘4A下部的小直径段外套有上弹簧6和上限位套5，上弹簧6和上限位套5的下端坐放在传递机构外套8中段内套连的上兰盘7上部，在滑套11下端面卡挡有一与传递机构外套8内孔相拧连的定位环13，主轴15外圆上沿轴向间隔开设的环形凹槽15A的数量为3至6道，各道环形凹槽15A的上缘面为锥环面，其下缘面为水平环面，执行机构外壳16外周的每条竖直的直筋16A的轴向开设有与环形凹槽15A道数相同的并一一相对应的数组孔洞16B，在各孔洞16B外侧设置有与壁面相连的挡板17，挡板17里侧的小柱塞18的小直径段外套有弹簧19，小柱塞18的内侧段为大直径的锥台状并与孔洞16B动配套装。在主轴15下段的小直径段15B外依次套放有下弹簧21和下限位套22，下弹簧21和下限位套22下端坐放在密封套25上端面，与主轴下段小直径段15B外圆活动套装的密封套25下部顶压有一与执行机构外壳16内孔拧连的定位盘24，在密封套25、活塞凸盘4A及主轴15上段的密封段15C与相邻各零件接触的周向均设置有密封件3。参见
图1至图7本实用新型的结构特征还在于上限位套5和下限位套22上环面与移动的活塞凸盘4A和主轴15上的最后一道环形凹槽15A的下缘水平环面之间均有一压缩空间段27，上压套9和下压套10内孔沿轴向开设有两道和外凸滑筋11A相配滑的滑动凹槽，上压套9和下压套10相接触的对应端面侧及滑套11的下端面侧均设置有大于自锁角度的斜面14，各小柱塞18的大锥段轴向开设有内凹的沟槽18A。参见图2和图4本实用新型的结构特征还在于小活塞18的大锥段锥度与环形凹槽15A的上缘锥环面锥度相等，小活塞18的小直径段的外端为球面，其球 面半径等于钻井钻头直径的1／2，执行机构外壳16壁面上嵌装有至少1个以上的筛板20，与每道环形凹槽15A相对应的每一组小柱塞18均沿执行机构外壳16周向间隔均布并呈放射状。参见图5和图7下面将结合附图2至5对本实用新型的工作原理进行说明在钻柱内排量为正常工作排量Q(或小于Q)时，排量控制式变径稳定器信号转换机构的活塞4，在上弹簧6的作用下处于上位；此时假定下压套10和主轴15均处于上位、即下弹簧21使其复位的状态；柱塞18在弹簧19作用下复位内缩，变径稳定器处于小径状态。参见图2和图3在钻台通过调整排量，使钻井泵总排量为Qc(Qc＞Q)，由于节流咀2的作用造成压降△P，泥浆压力迫使活塞4下行，带动连接杆12和上压套9沿滑套11内滑筋下移，至额定行程时，则由于上限位套5作用而停止下移。参见图4下移的上压套9推动下压套10和与之相连的主轴15下移，因下压套两侧凹槽卡在滑筋11A内，在开始的一段行程内下压套与主轴只有轴向移动而无转动，当下压套10在上压套9作用下继续下移离开滑筋11A到直至上压套9因限位停止下移的这段行程中，由于两压套相接触端斜面14的作用，使下压套10和主轴15停止下移而产生周向转动，即下压套连同主轴转过一个角度，使下压套端面被滑筋11A端面挡住，此时，主轴处于下位。
撤消控制排量信号Qc，变为正常排量Q时，被压缩的上弹簧6迫使活塞4复位，而主轴15和下压套10在被压缩的下弹簧21的作用下上移复位，由于下压套10端面与滑筋端面在弹簧21及相接触斜面14的作用下产生周向滑转，直至下压套10的卡槽23卡入外凸的滑筋11A端面外部为止，此时下压套及主轴被锁定并处于中位状态。参见图4在上述的下压套和主轴下移过程中，柱塞18因受到主轴环形凹槽15A的台阶锥面作用开始外伸彩刮榷夂鞔锏搅最大直径状态，参见图4和图5，在主轴15上行至中位时，小柱塞18一直外伸，由于有环形凹面支持，所以井壁施于柱塞18的压力不能使其缩回，故可实现销位，如欲使小柱塞18缩回，可再发控制排量Qc，使活塞4下行，上压套9下行至一定行程时压住下压套10，使之推动主轴下行，此时下压套10发生转动脱离滑筋11A解锁，即下压套10的内凹滑槽恰好转动到与外凸的滑筋11A对齐的嵌入位置，但此时上压套9还推顶着下压套10和主轴15，所以柱塞18仍处于外伸状态，当撤消控制排量Qc后，上压套上行，下压套的凹槽也进入滑筋，下弹簧力迫使主轴和下压套沿滑筋上行，当主轴上的环形凹槽15A上移到与柱塞18对应位置时，小柱塞18在柱塞弹簧19的作用下同时复位内缩回到初始状态。参见图2和图3上述的排量控制式变径稳定器组成了一根2m左右的短节，可接在钻柱上需要改变直径的位置。如近钻头稳定器，可控制直径变大、变小，相当于接入或取消近钻头稳定器，从而使钻具组合变成增斜或降斜组合，达到调整特性，控制井眼轨道的目的。也可接在钻具组合的其他位置。这在定向井、丛式井和水平井中有广泛的实用价值。
对深井钻进，排量控制式变径稳定器也是十分必需的，在当前的深井钻井中，钻柱组合上一方面必须安装稳定器，另一方面，稳定器又有潜在的风险，这是因为满眼稳定器容易造成遇阻和卡钻，井越深这种事故发生的概率就越大。若采用排量控制式变径稳定器，可在起、下钻时置该稳定器于小径状态，因此避免了发生这种事故的可能性。
仅从不需起、下钻即可控制井底钻具组合的特性，准确方便地控制井眼轨迹，提高井身质量和中靶成功率，缩短钻井辅助时间，减少起下钻次数及风险和节约钻井成本诸方面而言，采用本实用新型，具有重要的技术意义和显著的经济效益。
权利要求1.排量控制式变径稳定器，其特征在于由信号转换、信号传递及信号执行三部分沿轴向串接构成并串接在钻具之中，信号转换外套1内活动套装有空腔的活塞4，活塞4上段内孔中套装有与泥浆相作用的节流嘴2，活塞4外依次套放有上弹簧6和上限位套5，与信号转换机构外套1下段相连接的信号传递机构的外套8内套装有一带有滑筋11A的滑套11，在滑套11内卡装有与接杆12固套的上压套9和与主轴15连接并与接杆12活套的下压套10，上压套9、下压套10及滑筋11A的端面上开设有相互作用的斜面14和相卡合的卡槽23，接杆12与活塞4下段相连接，执行机构外壳16与传递机构外套8下段相连接，执行机构外壳16内活动套装的空腔主轴15的轴向间隔开没有数道环形凹槽15A，在执行机构外壳16外周壁面上沿周向间隔外凸有数条直筋16A，沿每条直筋16A本体内的轴向间隔设置有与环形凹槽15A相卡合或脱出并外探的数组小柱塞18，主轴15下段探伸于执行机构外壳16下段相连的连接套26内孔中，主轴15下段外依套放有下弹簧21和下限位套22，在执行机构外壳16周壁内装放有与井眼和外壳16内腔相贯通的筛板20。
2.按照权利要求1所述的排量控制式变径稳定器，其特征在于活塞4上端沿径向外凸有一凸盘4A，凸盘4A下部的小直径段外套有上弹簧6和上限位套5，上弹簧6和上限位套5的下端坐放在传递机构外套8中段内套连的上兰盘7上部，在滑套11下端面卡挡有一与传递机构外套8内孔相拧连的定位环13，主轴15外圆上沿轴向间隔开设的环形凹槽15A的数量为3至6道，各道环形凹槽15A的上缘面为锥环面，其下缘面为水平环面，执行机构外壳16外周的每条竖直的直筋16A的轴向开设有与环形凹槽15A道数相同的并一一相对应的数组孔洞16B，在各孔洞16B外侧设置有与壁面相连的挡板17，挡板17里侧的小柱塞18的小直径段外套有弹簧19，小柱塞18的内侧段为大直径的锥台状并与孔洞16B动配套装，主轴15下段的小直径段15B外依次套放有下弹簧21和下限位套22，下弹簧21和下限位套22下端坐放在密封套25上端面，与主轴下段小直径段15B外圆活动套装的密封套25下部顶压有一与执行机构外壳16内孔拧连的定位盘24，在密封套25、活塞凸盘4A及主轴15上段的密封段15C与相邻各零件接触的周向均设置有密封件3。
3.按照权利要求1或2所述的排量控制式变径稳定器，其特征在于上限位套5和下限位套22上环面与移动的活塞凸盘4A和主轴15上的最后一道环形凹槽15A的下缘水平环面之间均有一压缩空间段27，上压套9和下压套10内孔沿轴向开设有两道和外凸滑筋11A相配滑的滑动凹槽，上压套9和下压套10相接触的对应端面侧及滑套11的下端面侧均设置有大于自锁角度的斜面14，各小柱塞18的大锥段轴向开设有内凹的沟槽18A。
4.按照权利要求3所述的排量控制式变径稳定器，其特征在于小活塞18的大锥段锥度与环形凹槽15A的上缘锥环面锥度相等，小活塞18的小直径段的外端为球面，其球 面半径等于钻井钻头直径的1／2，执行机构外壳16壁面上嵌装有至少1个以上的筛板20，与每道环形凹槽15A相对应的每一组小柱塞18均沿执行机构外壳16周向间隔均布并呈放射状。
专利摘要一种排量控制式变径稳定器，它由信号转换、信号传递及执行机构三部分串接构成，信号转换机构外套内装有靠泥浆压力下移和靠外套的弹簧复位的活塞及上限位套；信号传递机构则由与活塞相连的接杆及与接杆固套的上压套和与主轴连接并与接杆活套的下压套构成，上下压套均可沿传递机构外套的内滑套沿轴向移动；执行机构的外壳与传递机构外套相连接，主轴向间隔开设有数道环槽、与各环槽相对应的执行机构外壳周向设置有数组可伸缩的小柱塞，当主轴在信号传递机构作用下上下移动时，小柱塞则伸出或缩入，以达到改变稳定器外径的目的。
文档编号E21B12/00GK2125688SQ9222578
公开日1992年12月23日 申请日期1992年6月29日 优先权日1992年6月29日
发明者苏义脑, 张润香 申请人:石油勘探开发科学研究院钻井工艺研究所