專利名稱：分離活塞式雙外徑液壓鉆具穩(wěn)定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油勘探與開發(fā)中鉆垂直井、斜井和水平井的鉆具穩(wěn)定器。
鉆具穩(wěn)定器是井眼導(dǎo)向井下鉆具組合最基本的組件之一，是任何鉆斜井及水平井不可缺少的工具。但由于工藝上要求穩(wěn)定器的外徑與鉆頭尺寸相等(滿眼鉆具穩(wěn)定器)或小1mm～2mm(欠尺寸鉆具穩(wěn)定器)。因?yàn)榫陂g隙太小，故在起下鉆柱過程中鉆具穩(wěn)定器遇阻，遇卡的事經(jīng)常發(fā)生。一旦發(fā)生卡鉆井下事故，往往造數(shù)十萬到數(shù)百萬元的巨大經(jīng)濟(jì)損失。為此，希望研制出一種在工作狀態(tài)下外徑達(dá)到預(yù)定尺寸，而在起下鉆柱的過程中外徑能變小的鉆具穩(wěn)定器。
在現(xiàn)有技術(shù)中，國(guó)外的最新技術(shù)是1998年美國(guó)著名的哈里伯頓(Halliburton)公司發(fā)明的TRACS(可調(diào)變徑穩(wěn)定器)。這一高新技術(shù)成本昂貴，目前最大規(guī)模應(yīng)用于普通的斜井鉆井工藝中是不可行的。國(guó)內(nèi)的技術(shù)現(xiàn)狀是側(cè)重在開發(fā)雙直徑鉆具穩(wěn)定器，即最小尺寸到最大尺寸之間不能連續(xù)可調(diào)。中國(guó)專利ZL95 2 129337提出了一種液力變徑螺旋穩(wěn)定器，其基本思路是根據(jù)不同規(guī)格的井限尺寸將現(xiàn)有的鉆具穩(wěn)定器的本體外徑減小12-20mm，然后在其本體內(nèi)安裝若干個(gè)支承頭，并均勻分布在本體上，在鉆井泥漿的壓差作用下這些支承頭伸出本體，達(dá)到與普通鉆具穩(wěn)定器外徑相等的尺寸，以保證具有普通鉆具穩(wěn)定器的性能。一旦停止泵送鉆井泥漿，壓差將消失，支承頭在復(fù)位彈簧的作用下可收回到外徑比實(shí)際井眼尺寸小10-20mm的本體內(nèi)，以減少在起下石油鉆柱時(shí)遇阻、遇卡的事故發(fā)生。但結(jié)構(gòu)上存在的缺陷是(1)支承頭和活塞系一整體，因此支承頭在鉆具穩(wěn)定器旋轉(zhuǎn)時(shí)，液壓缸必定產(chǎn)生徑向偏磨，引起液壓缸密封失效；(2)鉆具穩(wěn)定器在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還將作軸向運(yùn)動(dòng)，其合成運(yùn)動(dòng)使支承頭總成在鉆具穩(wěn)定器本體的園柱孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也使支承頭在液缸內(nèi)作緩慢的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步破壞了密封系統(tǒng)的可靠性；(3)由于采用了彈簧復(fù)位結(jié)構(gòu)使支承頭上的耐磨合金與井壁的接觸面積大大減少，從而影響了使用壽命。
本實(shí)用新型的目的是提供一種密封可靠、耐磨性大大提高、壽命長(zhǎng)、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的分離活塞式雙外徑液壓鉆具穩(wěn)定器。
針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是1、本實(shí)用新型將支承頭分成各自獨(dú)立的兩部分一部分是活塞，另一部分是支承頭。這樣，無論支承頭在承受周向剪切力造成的偏磨，或進(jìn)行緩慢旋轉(zhuǎn)，均在油缸的上部，而不影響活塞密封面的工作，故這一分離活塞式結(jié)構(gòu)可大大提高密封壽命和可靠性。
2、為了防止支承頭總成在鉆具穩(wěn)定器體上鏜成的園柱孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在支承頭總成的頂端的兩側(cè)加工有半園槽，園柱形埋頭固定螺栓的半徑和兩側(cè)加工的半園槽半徑相等，因此阻止了支承頭總成在鉆具穩(wěn)定器本體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
3、根據(jù)鉆柱外部環(huán)空鉆井泥漿的密度大干鉆具穩(wěn)定器內(nèi)部鉆井泥漿的密度的實(shí)際情況，只要鉆井泥漿一停止循環(huán)，支承頭便會(huì)自動(dòng)復(fù)位，因此，可以不用復(fù)位彈簧，由此，可獲得更大空間來安裝接觸面積更大的耐磨合金，使耐磨合金與井壁的接觸面積增大了2倍以上。
經(jīng)過上述改進(jìn)的分離活塞式雙外徑液壓鉆具穩(wěn)定器，其顯著的效果是(1)其支承頭總成的密封壽命和支承頭的耐磨壽命均可得到數(shù)倍的提高；(2)結(jié)構(gòu)有了很大簡(jiǎn)化；(3)進(jìn)一步降低了其使用成本。
下面結(jié)合


圖1、圖2和圖3詳細(xì)說明依據(jù)本實(shí)用新型提出的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)及工作原理。
圖1是分離活塞式雙外徑液壓鉆具穩(wěn)定器的整體外形圖。圖中，1-是穩(wěn)定器本體，在本體上按120°分布的三螺旋線上園柱鏜孔共15個(gè)(或18個(gè))，在鏜孔的兩側(cè)有埋頭螺孔；2-支承頭總成，支承頭總成在每一園柱鏜孔內(nèi)按滑配合安裝一個(gè)；3-園頭內(nèi)六方固定螺栓，上于鏜孔兩側(cè)的螺孔內(nèi)，固定螺栓上的園頭，一邊壓緊在本體的臺(tái)階上，另一邊則將支承頭總成3壓緊在本體1的園柱孔內(nèi)。
圖2是支承頭總成在本體上安裝的橫向剖面圖(沿
圖1的A-A方向)。圖中，1-鉆具穩(wěn)定器本體，2-螺旋過液槽，本體上的螺旋槽是為加大泥漿循環(huán)通道，減小循環(huán)阻力之用；3-支承頭總成。由圖2可以看出，在橫剖面上三個(gè)支承頭總成是按120°分布的。
圖3是一個(gè)支承頭總成在鉆具穩(wěn)定器本體鏜孔內(nèi)安裝的細(xì)部結(jié)構(gòu)圖(
圖1中的B-B剖視)。圖中，在鉆具穩(wěn)定器本體(1)上的園柱鏜孔兩側(cè)螺孔內(nèi)安裝有園頭內(nèi)六方固定螺栓(2)，將支承頭總成緊固在本體的園柱鏜孔內(nèi)；液壓缸(3)為了防止鉆具內(nèi)部的高壓泥漿泄漏，因此在液壓缸外表面安裝有密封圈(4)；在液壓缸(3)的頂部?jī)蓚?cè)有半園槽和臺(tái)階，并與園頭內(nèi)六方固定螺栓(2)相配合，既壓緊支承頭液壓缸，又可防止其轉(zhuǎn)動(dòng)，在半園槽的根部向內(nèi)加工有兩個(gè)對(duì)稱的長(zhǎng)槽(11)。支承頭(5)安裝在液壓缸(3)內(nèi)，其上裝有摩擦環(huán)(7)和耐磨合金(6)，摩擦環(huán)可防止支承頭在起下鉆過程自動(dòng)伸出；活塞(8)上安裝有Yx密封圈(9)，活塞(8)裝在液壓缸(3)的下部。支承頭(5)與活塞(8)是各自獨(dú)立的，它們之間的液體可通過平衡孔(10)，由支承頭外的間隙排出，保證二者緊密接觸。支承頭(5)上的外臺(tái)階與液缸(3)的內(nèi)臺(tái)階的間隙是事先加工好的，以保證各支承頭的外伸距離相同，保證分離活塞式雙外徑液壓鉆具穩(wěn)定器的15個(gè)支承頭扶正在井壁上的外徑達(dá)到規(guī)定的要求。
本實(shí)用新型的原理及工作過程描述如下在鉆井過程中鉆井泥漿由鉆柱內(nèi)泵入并由鉆柱與井壁之間的環(huán)空返回地面，當(dāng)鉆井泥漿通過鉆頭噴咀時(shí)，將造成很大壓降。按高壓射科學(xué)鉆井的理論，其壓降值為流道泵壓的三分之二，一般情況下壓降值可達(dá)到5MPa-15MPa，并作用在分離活塞式雙外徑液壓變徑扶正器活塞(8)上，活塞(8)推動(dòng)支承頭(5)向外伸出，直到限臺(tái)階定位止動(dòng)，此時(shí)的外徑達(dá)到所規(guī)定的最大外徑。在5MPa-15MPa的壓差作用下，每一個(gè)支承頭的軸向力可達(dá)到12KN-36KN。當(dāng)停止鉆井泥漿循環(huán)時(shí)，支承頭(5)在起下鉆的過程中碰撞井壁，收回到穩(wěn)定器本體內(nèi)，同時(shí)，在摩擦環(huán)(7)的摩擦阻力下，支承頭再不會(huì)自動(dòng)伸出。同時(shí)，環(huán)空的泥漿密度比鉆柱內(nèi)的密度大0.05-0.10g/cm3，產(chǎn)生向內(nèi)的收縮壓力，這也可以促使支承頭復(fù)位，以減小起下鉆過程中的遇阻、遇卡的的現(xiàn)象發(fā)生。
權(quán)利要求1.一種能防止石油鉆井在起下鉆柱過程中遇阻、遇卡的分離活塞式雙外徑液壓鉆具穩(wěn)定器，有一個(gè)外徑較普通鉆具穩(wěn)定器小的本體(1)，本體上在一排螺旋線上加工有一組均布的園柱鏜孔，園柱孔內(nèi)安裝有液壓缸(3)，并由固定螺栓(2)將其固緊在本體上，液缸的下端安裝有O型密封圈(4)，液壓缸內(nèi)部安裝有支承頭(5)和活塞(8)，其特征在于二者是各自獨(dú)立的兩體；支承頭(5)上裝有摩擦環(huán)(7)，與液壓缸內(nèi)徑滑配合；內(nèi)部有平衡孔(10)，支承頭頂端焊有耐磨硬質(zhì)合金(6)，活塞(8)安裝在支承頭(5)的下部，活塞上裝有Yx密封圈，并與液缸滑配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述分離活塞式雙外徑液壓鉆具穩(wěn)定器裝置，其特征在于支承頭(5)的下平面上有一內(nèi)凹平面，并與平衡孔(10)相通，平衡孔出口在支承頭與液缸滑動(dòng)配合的的園柱面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述分離活塞式雙外徑液壓鉆具穩(wěn)定器裝置，其特征在于液缸頂部?jī)蓚?cè)加工有兩個(gè)對(duì)稱的長(zhǎng)槽(11)，在折卸時(shí)可安裝拉拔器的卡爪，同時(shí)在長(zhǎng)槽的上部加工兩個(gè)半園槽，其半徑與固定螺栓的頂部園柱相同。
專利摘要本實(shí)用新型是一種活塞分離式雙外徑鉆具穩(wěn)定器。該裝置由本體和可獨(dú)立更換的活塞分離式支承頭總成組成。其支承頭(5)與活塞(8)分成兩體,無復(fù)位彈簧。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是使用壽命比一般的變徑穩(wěn)定器長(zhǎng)1～2倍,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本降低。正常鉆進(jìn)時(shí)支承頭伸出到預(yù)定的外徑,起到常規(guī)的鉆具穩(wěn)定器的作用;停止鉆井液循環(huán)后,支承頭收縮到鉆具穩(wěn)定器本體內(nèi),從而減少了起下鉆遇阻、遇卡事故的發(fā)生。
文檔編號(hào)E21B10/26GK2459434SQ0024666
公開日2001年11月14日 申請(qǐng)日期2000年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月30日
發(fā)明者龔偉安 申請(qǐng)人:龔偉安