一种钻井遥控可变径稳定器制造技术

本发明专利技术公开了一种钻井遥控可变径稳定器，主要由上外壳、压动活塞、上芯轴、上复位弹簧、棘轮套、上棘轮下棘轮、推力球轴承、斜面体、径向活塞、中芯轴、下芯轴、注油孔销钉、排气孔销钉、定位套、滤板卡簧、滤板、闷头、孔板、蘑菇外圈、止动套、转换接头、碟簧、蘑菇内芯、定位销钉、下复位弹簧、平衡活塞、下外壳、轴承套和密封圈组成，其特征在于开泵时压动活塞驱动上芯轴带动下芯轴运动，在此过程中驱动径向活塞伸出，平衡活塞则自动调节其沿下芯轴的移动；停泵后，上棘轮与下棘轮的作用使径向活塞稳定于伸出状态；第二次开泵后，径向活塞仍处于伸出状态，但第二次停泵后径向活塞将处于收缩状态；循环上述过程便可实现井下多次变径。

【技术实现步骤摘要】
一种钻井遥控可变径稳定器
本专利技术涉及一种用于控制井眼轨迹的井下工具，特别是一种遥控可变径稳定器，属于钻井工程或机械工程

技术介绍
在钻井过程中，为了控制井眼的轨迹和防止井斜，普遍使用稳定器。传统的稳定器其直径固定不变，更换稳定器必须通过起下钻实现，增加了钻井作业的辅助时间，并且在起下钻和定向等工况下，存在遇阻划眼、易斜地层防斜、定向井井眼轨迹控制和提高机械钻速等方面的技术难题，时常造成卡钻事故、下钻遇阻、起钻遇卡和“拔活塞”现象，不但给钻井施工造成极大麻烦，浪费大量时间，甚至会发生井塌、井喷事故，使井眼报废，造成巨大经济损失。为了克服这些缺点，研究人员和工程师们研制和使用可变径稳定器。目前国内变径稳定器控制主要有钻井液排量控制法、投球控制法、钻压控制法和电控法等控制方式，其中采用投球控制法的变径稳定器变径次数受投球次数限制；钻压控制法操作工艺复杂，需要上提下压钻具；而国外采用的电控法是用电子元件来控制变径状态，研制难度大、成本高；钻井液排量控制法，通过在地面开关泥浆泵，形成钻井液驱动力，利用压差产生的能量完成变径动作，并且变径次数没有限制，对钻井现场要求较小，操作方便。但目前技术中大都采用“钻井遥控变径稳定器”(200520125286.2)所公开的结构，其核心凸轮控制机构的轨道槽加工要求高，并且控制不稳定。专利“一种遥控可变径稳定器”(201510705899.1)和“可变径三个以上直径的液压变径稳定器及变径方法”(20131074029.1)采用的棘轮变径机构结构。为加快井眼轨迹控制技术的发展，兼顾开发具有自主知识产权的产品，需要加强相关装备的创新。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了克服上述难点，特提出一种钻井遥控可变径稳定器，用于在减少起下钻次数的情况下控制井眼轨迹。一种钻井遥控可变径稳定器，主要由上外壳、压动活塞、上芯轴、上复位弹簧、棘轮套、上棘轮下棘轮、推力球轴承、斜面体、径向活塞、中芯轴、下芯轴、注油孔销钉、排气孔销钉、定位套、滤板卡簧、滤板、闷头、孔板、蘑菇外圈、止动套、转换接头、碟簧、蘑菇内芯、定位销钉、下复位弹簧、平衡活塞、下外壳、轴承套和密封圈组成；其特征在于：所述上外壳与下外壳、压动活塞与上芯轴、上芯轴与上棘轮、下棘轮与中芯轴、中芯轴与下芯轴、定位套与下芯轴、孔板与下芯轴、转换接头与下外壳均通过螺纹连接；在所述压动活塞、径向活塞、闷头和平衡活塞处均设有密封圈；所述上外壳的内壁中段设有用于支撑上复位弹簧的支撑台阶；所述压动活塞连接于上芯轴的上端，上复位弹簧套装于上芯轴外，上复位弹簧的上端与下端分别作用于压动活塞的底面与上外壳的支撑台阶；所述棘轮套通过过盈配合安装于上外壳内；所述上棘轮固定于上芯轴的下端，上芯轴的下端设有内腔用于配合中芯轴；所述上棘轮与棘轮套的配合为间隙配合；所述下棘轮连接于中芯轴上端，下棘轮与棘轮套的配合为间隙配合；所述推力球轴承装配于下棘轮下部用于辅助下棘轮的转动；所述轴承套套装在中芯轴外，用于固定推力球轴承和限定斜面体的轴向移动；所述斜面体沿中芯轴轴向套装在中芯轴上，每一个斜面体均与三个径向活塞连接；所述径向活塞安装于下外壳的径向通孔内；所述下芯轴的上端面用于限制斜面体的轴向移动，下芯轴与平衡活塞间隙配合；所述上外壳、压动活塞、上芯轴、下外壳、中芯轴、下芯轴和平衡活塞形成油腔E；所述固定于下芯轴上的定位套用于支撑下复位弹簧；所述下复位弹簧套装在下芯轴上，其上端作用于定位套的底面，其下端作用于闷头的顶面；所述滤板通过滤板卡簧固定在下外壳上，用于过滤环空中的钻井流体；所述闷头通过间隙配合装配在下芯轴上，并且通过定位销钉固定在下外壳上；所述孔板下端设有锥形空腔，与蘑菇外圈和蘑菇内芯共同构成节流单元，通过监测该单元的压力信号可得到稳定器的变径状态；所述蘑菇内芯为锥形体，并在中部沿周向设有四个突翼，通过突翼固定在蘑菇外圈内部；所述蘑菇外圈通过间隙配合安装在下外壳内，其上端抵在下外壳的台阶上，下端抵在止动套上；所述止动套通过碟簧和转换接头固定在下外壳内部，用于限定蘑菇外圈的位置；所述上芯轴为阶梯轴，设有连接螺纹与内腔；所述棘轮套为圆型薄壁筒，棘轮套的外径大于下外壳的内径，在装配时，下外壳可以抵住棘轮套，限制其轴向移动，棘轮套内部设有肋板，所述肋板数量为三个并沿棘轮套的周向均匀分布；所述上棘轮设有滑槽、短斜滑面、长斜滑面和上棘轮螺纹，所述滑槽、短斜滑面和长斜滑面数量均为三个且沿上棘轮的周向均匀分布；所述上棘轮通过间隙配合装配于棘轮套的内部，并且肋板置于滑槽内用于限制上棘轮的周向转动；所述下棘轮设有纵槽、第一滑面、侧壁、第二滑面、下棘轮螺纹和轴承空腔，所述纵槽、第一滑面、侧壁和第二滑面数量均为三个且沿下棘轮周向均匀分布，所述下棘轮通过间隙配合装配于棘轮套内，并且肋板置于纵槽内用于限制下棘轮的周向转动；所述短斜滑面、长斜滑面、第一滑面和第二滑面均为斜面；所述推力球轴承装配在下棘轮下端的轴承空腔内，使得下棘轮在执行变径操作时能自由转动；所述棘轮套、上棘轮、下棘轮和推力球轴承共同构成用于执行变径操作的棘轮控制机构；在执行变径操作时，当第一次启动泥浆泵，钻井液使压动活塞带动上芯轴向下运动从而驱动棘轮控制机构执行变径操作使得径向活塞向外伸出；在径向活塞由收缩状态变为伸出状态的过程中，上棘轮向下运动，短斜滑面作用在第一滑面上并推动下棘轮向下运动；在短斜滑面与第一滑面作用时，由于第一滑面为斜面，短斜滑面作用下的下棘轮具有转动趋势，但由于此时肋板置于纵槽内，下棘轮无法逆时针转动；当上棘轮推动下棘轮至脱离棘轮套的位置时，肋板脱离纵槽，由于短斜滑面作用在第一滑面，下棘轮逆时针转动，肋板滑入第一滑面下端，此时下棘轮驱动中芯轴与斜面体的轴向运动使径向活塞处于伸出状态；当关泵后，上棘轮在上复位弹簧的作用下沿轴线向上运动，此时肋板的底端作用在第一滑面下端并靠在侧壁上，径向活塞稳定于伸出状态；当第二次开启泥浆泵时，钻柱内的压力再次上升，使压动活塞再次克服上复位弹簧的弹力，上芯轴带动上棘轮向下运动，短斜滑面作用在第二滑面上并推动下棘轮向下运动，由于肋板靠在侧壁上，所以下棘轮此时仍不能逆时针转动，当上棘轮推动下棘轮至肋板脱离侧壁时，由于短斜滑面作用在第二滑面上，下棘轮再次逆时针转动，肋板经第二滑面滑入纵槽内；当再次停泵时，在上复位弹簧和下复位弹簧作用下，上芯轴、中芯轴、斜面体、下芯轴向上运动，使伸出的径向活塞向内收缩。所述钻井遥控可变径稳定器通过棘轮控制机构控制稳定器的直径变化，棘轮结构简单易于加工，可不起下钻便对井眼轨迹进行控制。附图说明图1是本专利技术一种钻井遥控可变径稳定器当径向活塞处于收缩状态时的结构示意图；图2是图1中A-A处的截面图；图3是图1中I处的局部放大图；图4是本专利技术一种钻井遥控可变径稳定器当径向活塞处于伸出状态时的结构示意图；图5是本专利技术的上芯轴的结构示意图；图6是本专利技术的棘轮套的结构示意图；图7是本专利技术的上棘轮的结构示意图；图8是本专利技术的下棘轮的结构示意图；图9是本专利技术的下棘轮的另一结构示意图；图10是本专利技术的棘轮控制机构处于初始位置的结构示意图；图11是本专利技术的棘轮控制机构在第一次开泵时的结构示意图；图12是本专利技术的棘轮控制机构当肋板脱离纵槽滑入第一滑面时的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻井遥控可变径稳定器，主要由上外壳(1)、压动活塞(2)、上芯轴(3)、上复位弹簧(4)、棘轮套(5)、上棘轮(6)、下棘轮(7)、推力球轴承(8)、斜面体(9)、径向活塞(10)、中芯轴(11)、下芯轴(12)、注油孔销钉(13)、排气孔销钉(14)、定位套(15)、滤板卡簧(16)、滤板(17)、闷头(18)、孔板(19)、蘑菇外圈(20)、止动套(21)、转换接头(22)、碟簧(23)、蘑菇内芯(24)、定位销钉(25)、下复位弹簧(26)、平衡活塞(27)、下外壳(28)、轴承套(29)和密封圈(30)组成；其特征在于：所述上外壳(1)与下外壳(28)、压动活塞(2)与上芯轴(3)、上芯轴(3)与上棘轮(6)、下棘轮(7)与中芯轴(11)、中芯轴(11)与下芯轴(12)、定位套(15)与下芯轴(12)、孔板(19)与下芯轴(12)、转换接头(22)与下外壳(28)均通过螺纹连接；在所述压动活塞(2)、径向活塞(10)、闷头(18)和平衡活塞(27)处均设有密封圈；所述上外壳(1)的内壁中段设有用于支撑上复位弹簧(4)的支撑台阶；所述压动活塞(2)连接于上芯轴(3)的上端，上复位弹簧(4)套装于上芯轴(3)外，上复位弹簧(4)的上端与下端分别作用于压动活塞(2)的底面与上外壳(1)的支撑台阶；所述棘轮套(5)通过过盈配合安装于上外壳(1)内；所述上棘轮(6)固定于上芯轴(3)的下端，上芯轴(3)的下端设有内腔(3b)用于配合中芯轴(11)；所述上棘轮(6)与棘轮套(5)的配合为间隙配合；所述下棘轮(7)连接于中芯轴(11)上端，下棘轮(7)与棘轮套(5)的配合为间隙配合；所述推力球轴承(8)装配于下棘轮(7)下部用于辅助下棘轮(7)的转动；所述轴承套(29)套装在中芯轴(11)外，用于固定推力球轴承(8)和限定斜面体(9)的轴向移动；所述斜面体(9)沿中芯轴(11)轴向套装在中芯轴(11)上，每一个斜面体(9)均与三个径向活塞(10)连接；所述径向活塞(10)安装于下外壳(28)的径向通孔内；所述下芯轴(12)的上端面用于限制斜面体(9)的轴向移动，下芯轴(12)与平衡活塞(27)间隙配合；所述上外壳(1)、压动活塞(2)、上芯轴(3)、下外壳(28)、中芯轴(11)、下芯轴(12)和平衡活塞(27)形成油腔E；所述固定于下芯轴(12)上的定位套(15)用于支撑下复位弹簧(26)；所述下复位弹簧(26)套装在下芯轴(12)上，其上端作用于定位套(15)的底面，其下端作用于闷头(18)的顶面；所述滤板(17)通过滤板卡簧(16)固定在下外壳(28)上，用于过滤环空中的钻井流体；所述闷头(18)通过间隙配合装配在下芯轴(12)上，并且通过定位销钉(25)固定在下外壳(28)上；所述孔板(19)下端设有锥形空腔，与蘑菇外圈(20)和蘑菇内芯(24)共同构成节流单元，通过监测该单元的压力信号可得到稳定器的变径状态；所述蘑菇内芯(24)为锥形体，并在中部沿周向设有四个突翼，通过突翼固定在蘑菇外圈(20)内部；所述蘑菇外圈(20)通过间隙配合安装在下外壳(28)内，其上端抵在下外壳(28)的台阶上，下端抵在止动套(21)上；所述止动套(21)通过碟簧(23)和转换接头(22)固定在下外壳(28)内部，用于限定蘑菇外圈(20)的位置；所述上芯轴(3)为阶梯轴，设有连接螺纹(3a)与内腔(3b)；所述棘轮套(5)为圆型薄壁筒，棘轮套(5)的外径大于下外壳(28)的内径，在装配时，下外壳(28)可以抵住棘轮套(5)，限制其轴向移动，棘轮套(5)内部设有肋板(5a)，所述肋板(5a)数量为三个并沿棘轮套(5)的周向均匀分布；所述上棘轮(6)设有滑槽(6a)、短斜滑面(6b)、长斜滑面(6c)和上棘轮螺纹(6d)，所述滑槽(6a)、短斜滑面(6b)和长斜滑面(6c)数量均为三个且沿上棘轮(6)的周向均匀分布；所述上棘轮(6)通过间隙配合装配于棘轮套(5)的内部，并且肋板(5a)置于滑槽(6a)内用于限制上棘轮(6)的周向转动；所述下棘轮(7)设有纵槽(7a)、第一滑面(7b)、侧壁(7c)、第二滑面(7d)、下棘轮螺纹(7e)和轴承空腔(7f)，所述纵槽(7a)、第一滑面(7b)、侧壁(7c)和第二滑面(7d)数量均为三个且沿下棘轮(7)周向均匀分布，所述下棘轮(7)通过间隙配合装配于棘轮套(5)内，并且肋板(5a)置于纵槽(7a)内用于限制下棘轮(7)的周向转动；所述短斜滑面(6b)、长斜滑面(6c)、第一滑面(7b)和第二滑面(7d)均为斜面；所述推力球轴承(8)装配在下棘轮(7)下端的轴承空腔(7f)内，使得下棘轮(7)在执行变径操作时能自由转动；所述棘轮套(5)、上棘轮(6)、下棘轮(7)和推力球轴承(8)共同构成用于执行变径...

【技术特征摘要】
1.一种钻井遥控可变径稳定器，主要由上外壳(1)、压动活塞(2)、上芯轴(3)、上复位弹簧(4)、棘轮套(5)、上棘轮(6)、下棘轮(7)、推力球轴承(8)、斜面体(9)、径向活塞(10)、中芯轴(11)、下芯轴(12)、注油孔销钉(13)、排气孔销钉(14)、定位套(15)、滤板卡簧(16)、滤板(17)、闷头(18)、孔板(19)、蘑菇外圈(20)、止动套(21)、转换接头(22)、碟簧(23)、蘑菇内芯(24)、定位销钉(25)、下复位弹簧(26)、平衡活塞(27)、下外壳(28)、轴承套(29)和密封圈(30)组成；其特征在于：所述上外壳(1)与下外壳(28)、压动活塞(2)与上芯轴(3)、上芯轴(3)与上棘轮(6)、下棘轮(7)与中芯轴(11)、中芯轴(11)与下芯轴(12)、定位套(15)与下芯轴(12)、孔板(19)与下芯轴(12)、转换接头(22)与下外壳(28)均通过螺纹连接；在所述压动活塞(2)、径向活塞(10)、闷头(18)和平衡活塞(27)处均设有密封圈；所述上外壳(1)的内壁中段设有用于支撑上复位弹簧(4)的支撑台阶；所述压动活塞(2)连接于上芯轴(3)的上端，上复位弹簧(4)套装于上芯轴(3)外，上复位弹簧(4)的上端与下端分别作用于压动活塞(2)的底面与上外壳(1)的支撑台阶；所述棘轮套(5)通过过盈配合安装于上外壳(1)内；所述上棘轮(6)固定于上芯轴(3)的下端，上芯轴(3)的下端设有内腔(3b)用于配合中芯轴(11)；所述上棘轮(6)与棘轮套(5)的配合为间隙配合；所述下棘轮(7)连接于中芯轴(11)上端，下棘轮(7)与棘轮套(5)的配合为间隙配合；所述推力球轴承(8)装配于下棘轮(7)下部用于辅助下棘轮(7)的转动；所述轴承套(29)套装在中芯轴(11)外，用于固定推力球轴承(8)和限定斜面体(9)的轴向移动；所述斜面体(9)沿中芯轴(11)轴向套装在中芯轴(11)上，每一个斜面体(9)均与三个径向活塞(10)连接；所述径向活塞(10)安装于下外壳(28)的径向通孔内；所述下芯轴(12)的上端面用于限制斜面体(9)的轴向移动，下芯轴(12)与平衡活塞(27)间隙配合；所述上外壳(1)、压动活塞(2)、上芯轴(3)、下外壳(28)、中芯轴(11)、下芯轴(12)和平衡活塞(27)形成油腔E；所述固定于下芯轴(12)上的定位套(15)用于支撑下复位弹簧(26)；所述下复位弹簧(26)套装在下芯轴(12)上，其上端作用于定位套(15)的底面，其下端作用于闷头(18)的顶面；所述滤板(17)通过滤板卡簧(16)固定在下外壳(28)上，用于过滤环空中的钻井流体；所述闷头(18)通过间隙配合装配在下芯轴(12)上，并且通过定位销钉(25)固定在下外壳(28)上；所述孔板(19)下端设有锥形空腔，与蘑菇外圈(20)和蘑菇内芯(24)共同构成节流单元，通过监测该单元的压力信号可得到稳定器的变径状态；所述蘑菇内芯(24)为锥形体，并在中部沿周向设有四个突翼，通过突翼固定在蘑菇外圈(20)内部；所述蘑菇外圈(20)通过间隙配合安装在下外壳(28)内，其上端抵在下外壳(28)的台阶上，下端抵在止动套(21)上；所述止动套(21)通过碟簧(23)和转换接头(22)固定在下外壳(28)内部，用于限定蘑菇外圈(20)的位置；...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤历平，王成涛，祝效华，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51