一种用于定向钻井的钻柱旋转控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋转控制装置，具体涉及一种用于定向钻井的钻柱旋转控制装置。
【背景技术】
[0002]定向、复合钻进技术已被广泛运用于石油、地质钻探领域。然而，在使用单弯螺杆进行定向段与水平段的钻进中，复合钻进机械钻速一般是定向滑动钻进机械钻速的3至10倍。其原因是在定向滑动钻进时，上部钻具不旋转，导致上部钻柱与井壁发生粘连，此时所施加的钻压难以传递到钻头上(即托压)，造成钻头切削齿难以吃入地层形成体积破碎，因而定向滑动钻进的机械钻速很低。
[0003]因此，我们有必要设计一种用于定向钻井的钻柱旋转控制装置，以解决在定向钻进时定向滑动钻进机械钻速低的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种能提高定向钻进机械钻速的，用于定向钻井的钻柱旋转控制装置。
[0005]本发明适用于石油和矿山地质的定向井、大斜度井，及水平井等钻探中，配合井下动力钻具使用，能控制钻柱联接和分离，实现在定向滑动钻进时，上部钻柱单独旋转，而在复合钻进时，上部钻柱和下部钻柱一起旋转。
[0006]本发明将钻柱分为上部钻柱和下部钻柱，通过控制其联接和分离，实现在定向滑动钻进时，上部钻柱可单独旋转，而复合钻进时，上部钻柱和下部钻柱可一起旋转和滑动，从而减少定向滑动钻进时的托压现象，达到提高定向钻进机械钻速的目的。
[0007]本发明所采用的技术方案是:
[0008]—种用于定向钻井的钻柱旋转控制装置，它包括旋转轴座和与上部钻柱连接的旋转轴；
[0009]所述旋转轴座的上部套设在所述旋转轴的下部外侧，并通过密封轴承组件密封，所述旋转轴座下端与下部钻柱连接；
[0010]所述旋转轴内设有可上下移动的内带中心通孔、外设有弹簧的心轴，该心轴的中心通孔与旋转轴的中心通孔、旋转轴座的中心通孔相连通；
[0011]所述心轴由弹簧张力推动上移后，整个心轴位于旋转轴的中心通孔内，使旋转轴与旋转轴座分离，从而使上部钻柱与下部钻柱分离;所述心轴下移后，心轴将旋转轴和旋转轴座连接，从而实现上部钻柱和下部钻柱的连接。
[0012]按上述方案，所述旋转轴上设有旁通孔，在旁通孔处设有旁通阀；
[0013]所述旁通孔与旋转轴座的中心通孔相通；
[0014]所述用于定向钻井的钻柱旋转控制装置还包括捉球短节、激活球和金属球；
[0015]所述捉球短节位于旋转轴座和下部钻柱之间，且该捉球短节的引球孔与心轴的中心通孔相通；
[0016]所述激活球的直径略大于心轴的中心通孔，所述金属球的直径大于旁通孔的直径。
[0017]按上述方案，所述旁通孔有2个以上，每个旁通孔都设置一个旁通阀；所述金属球有2个以上。
[0018]按上述方案，所述上部钻柱的中心通孔的中心线、旋转轴的中心通孔的中心线、旋转轴座的中心通孔的中心线重合，所述捉球短节的通孔与旋转轴座的中心通孔相通，且捉球短节的通孔的中心线与下部钻柱的中心通孔的中心线重合。
[0019]按上述方案，所述捉球短节的引球孔包括斜向下的第一引球孔和竖直的第二引球孔；
[0020]第一引球孔的上端与旋转轴座的中心通孔相通，第一引球孔的下端与第二引球孔相通；
[0021]所述捉球短节的通孔的直径小于旋转轴座的中心通孔的直径。
[0022]按上述方案，所述心轴的上部的横截面为圆形，所述心轴的下部的横截面为方形或多边形；
[0023]所述旋转轴的下部的中心通孔的横截面和所述旋转轴座的上部的中心通孔的横截面为方形或多边形，且该方形或多边形与心轴的下部的横截面的形状相适配。
[0024]按上述方案，所述旋转轴通过丝扣与上部钻柱连接;所述捉球短节通过丝扣或焊接与旋转轴座连接，所述捉球短节通过丝扣与下部钻柱连接。
[0025]按上述方案，所述心轴上设有弹簧，该弹簧在激活球和金属球落入捉球短节时，由弹簧张力为中心轴提供向上移动的动力，确保旋转轴和旋转轴座处于非联接状态。
[0026]按上述方案，所述旋转轴、旋转轴座和捉球短节采用高强度低碳合金钢管材料制成;所述激活球采用耐压塑料制成;所述金属球为不锈钢球或普通钢球，所述普通钢球上设有防锈、防腐保护镀层;所述密封轴承组件的轴承采用硬质合金、复合陶瓷、PDC或中、低碳合金钢材料制成;所述密封轴承组件的密封件采用耐高温、腐蚀和磨损的高强度橡胶材料、金属材料、复合材料制成。
[0027]本发明的旋转轴和旋转轴座，为一套能实现相对旋转的短节，通过投球开启或关闭旁通阀使心轴向下移动，控制其旋转轴与旋转轴座相对固定或转动，实现上部钻柱与下部钻柱的联接与分离。当旋转轴与旋转轴座通过心轴联接时，上部钻柱与下部钻柱一起旋转，当旋转轴与旋转轴座通过心轴分离时，转盘只带动上部钻柱旋转，而下部钻柱不旋转。
[0028]本发明的有益效果在于:通过心轴使旋转轴与旋转轴座的联接与分离，实现上部钻柱与下部钻柱的联接与分离，从而有效防止因上部钻柱与井壁发生粘连，使施加的钻压能有效传递到钻头上(即无托压)，使钻头切削齿能有效吃入地层形成体积破碎，提高了井底岩层的破碎效率;本发明有助于定向效率，从而提高牙轮钻头、PDC钻头等各类钻头及破岩工具的钻进速率和钻井综合效益。
【附图说明】
[0029]图1为本发明实施例1的结构示意图。
[0030]图2为本发明实施例2的结构示意图。
[0031]图3为启动旁通阀的结构示意图。
[0032]图4为复合钻进模式下的结构示意图。
[0033]图5为关闭旁通阀的结构示意图。
[0034]图6为定向钻井模式下的结构示意图。
[0035]图中:1、旋转轴，2、旋转轴座，3、旁通孔，4、旁通阀，5、心轴，6、密封轴承组件，7、激活球，9、引球孔，1、捉球短节的通孔，11、捉球短节，12、弹簧，13、金属球。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0037]实施例1
[0038]—种用于定向钻井的钻柱旋转控制装置，它包括旋转轴座2和与上部钻柱连接的旋转轴I;
[0039]所述旋转轴座2的上部套设在所述旋转轴I的下部外侧，并通过密封轴承组件6密封，所述旋转轴座2的下端与下部钻柱连接;为了方便拆卸，可以将旋转轴I和上部钻柱采用丝扣连接，旋转轴座2和下部钻柱也采用丝扣连接；
[0040]所述旋转轴I内设有可上下移动的内带中心通孔、外设弹簧的心轴5，该心轴5的中心通孔与旋转轴I的中心通孔、旋转轴座2的中心通孔相连通；
[0041 ]所述心轴5由弹簧张力推动上移后，整个心轴5位于旋转轴I的中心通孔内，使旋转轴I与旋转轴座2分离，从而达到使上部钻柱与下部钻柱分离;所述心轴5由泥浆压力推动下移后，心轴5将旋转轴I和旋转轴座2连接，从而实现上部钻柱和下部钻柱的联接。
[0042]本实施例中，所述上部钻柱的中心通孔的中心线、旋转轴I的中心通孔的中心线、旋转轴座2的中心通孔的中心线与下部钻柱的中心通孔的中心线重合。
[0043]本实施例中，为了达到使心轴5上下移动，可以采用传动设备使心轴5上下移动。
[0044]本发明配合井下动力钻具使用，能控制钻柱的联接和分离，实现在定向滑动钻进时，上部钻柱单独旋转，而在复合钻进时，上部钻柱和下部钻柱一起旋转。
[0045]本发明将钻柱分为上部钻柱和下部钻柱，通过控制其联接和分离，实现在定向滑动钻进时，上部钻柱可单独旋转，而复合钻进时，上部钻柱和下部钻柱可一起旋转和滑动，从而减少定向滑动钻进时的托压现象，达到提高定向钻进机械钻速的目的。
[0046]实施例2
[0047]—种用于定向钻井的钻柱旋转控制装置，它包括旋转轴座2和与上部钻柱连接的旋转轴I;
[0048]所述旋转轴座2的上部套设在所述旋转轴I的下部外侧，并通过密封轴承组件6密封，所述旋转轴座2通过捉球短节11与下部钻柱连接；
[0049]所述旋转轴I内设有可上下移动的内带中心通孔、外设有弹簧的心轴5，该心轴5的中心通孔与旋转轴I的中心通孔、旋转轴座2的中心通孔、捉球短节11的引球孔9、捉球短节的通孔10相连通；
[0050]所述心轴5由弹簧张力推动上移后，整个心轴5位于旋转轴I的中心通孔内，使旋转轴I与旋转轴座2分离，从而达到使上部钻柱与下部钻柱分离;所述心轴5由泥浆压力推动下移后，心轴5将旋转轴I和旋转轴座2连接，从而实现上部钻柱和下部钻柱的联接；
[0051]所述旋转轴I上设有两