專利名稱：一種鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆井、地質(zhì)勘探井下作業(yè)所用的鉆具，特別涉及在鉆井作業(yè)中， 能夠增加鉆頭有效工作行程、穩(wěn)定鉆柱工作狀態(tài)的裝置。
背景技術(shù)：
在石油鉆井、地質(zhì)鉆探作業(yè)所使用的鉆具中，將兩節(jié)以上鉆桿連接的結(jié)構(gòu)， 還有鉆鋌等部件稱為鉆柱。當(dāng)代鉆井技術(shù)可以鉆探地下數(shù)千米的部位，其鉆柱也就 有數(shù)千米的長(zhǎng)度。鉆柱在轉(zhuǎn)盤的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，在鉆柱扭矩增加到與鉆頭阻力矩相 等時(shí)，鉆頭開始旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)過(guò)程中，鉆柱先是被扭轉(zhuǎn)變形一定角度，形成彎 曲半波，儲(chǔ)存一定的彈性扭轉(zhuǎn)變形能量。在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中，鉆柱的離心力不斷增加， 鉆柱各彎曲半波彎度加大，長(zhǎng)度縮短，半波數(shù)量增多，導(dǎo)致鉆柱軸向偏離井軸方向， 鉆柱整體長(zhǎng)度在井軸方向上縮短，鉆柱整體被提升，鉆頭被提拉跳起，離開井 底，其瞬時(shí)鉆壓降為零。而當(dāng)鉆柱儲(chǔ)存的彈性扭轉(zhuǎn)變形能量超過(guò)臨界點(diǎn)后，轉(zhuǎn)入 釋放能量，鉆柱瞬間恢復(fù)到伸直狀態(tài)，鉆頭直落井底。在鉆井作業(yè)過(guò)程中，鉆 柱"儲(chǔ)能扭曲一一放能伸直"的轉(zhuǎn)換動(dòng)作周而復(fù)始地進(jìn)行，使鉆頭有效工作行程 減少。井的深度越深，鉆柱產(chǎn)生彎曲半波的數(shù)量越多，鉆頭跳起的高度越高，使得 鉆頭回落到井底的沖擊能量能夠達(dá)到5倍以上的峰值鉆壓，從而造成鉆頭被撞壞， 井底不平度增加。同時(shí)，鉆柱在過(guò)大離心力作用下對(duì)井壁及泥餅連續(xù)不斷的撞擊破 壞，會(huì)造成井壁掉塊甚或枬塌。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人的92112732.4號(hào)中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種軸向力 隔離懸浮器，裝置于鉆鋌與鉆鋌之間的中和點(diǎn)處，其主要部件包括花鍵軸、刮子體、 沖管、連接體、花鍵等結(jié)構(gòu)。沖管的密封面外徑小于花鍵軸的密封面外徑，兩個(gè)密 封面外徑差隨井深增大而減少。沖管和花鍵軸兩者密封面的外徑包括的面積差，在 靜液柱壓力作用下，使懸浮器上下兩部分向中心移動(dòng)而產(chǎn)生壓縮力來(lái)平衡沖管的端 面，而且在沖管與連接體之間形成空腔平衡室，室內(nèi)的空氣是可壓縮的，起到調(diào)整懸浮器工作行程的作用，使鉆柱沿軸向伸縮移動(dòng)，而不波及鉆頭。但是，在實(shí) 際應(yīng)用中，由于鉆井注入的泥漿高達(dá)100多個(gè)大氣壓，很容易將空腔平衡室的密封 裝置擊穿，高壓泥漿灌入空腔平衡室。泥漿代替了原有的空氣，變得不可壓縮，鉆 桿的軸向伸縮功能喪失，懸浮器失去功能，鉆柱恢復(fù)到不斷上下跳動(dòng)狀態(tài)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定裝置，其軸向 隔離靈活，效果可靠，用以提高鉆頭工作效率和機(jī)械鉆速。本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器，包括同軸連接的芯軸和沖管，其中，芯軸按 軸徑分為上下兩段，上段軸徑較粗，下段軸徑較細(xì)，上下段一體，下段套入沖管內(nèi)。 沿芯軸的軸向外軸壁依次滑動(dòng)套裝刮子套和芯軸套，刮子套在上，芯軸套在下，刮 子套和芯軸套密封連接，在芯軸外軸壁與刮子套內(nèi)軸壁之間形成一軸向空間。沿沖管軸向外軸壁依次滑動(dòng)套裝連接套和下接頭，連接套在上，下接頭在下，連接套 和下接頭密封連接，在沖管外軸壁與連接套內(nèi)軸壁之間形成一軸向空間。芯軸套 與連接套通過(guò)花鍵密封連接在一起。在刮子套內(nèi)軸壁與芯軸外軸壁相鄰處設(shè)密 封裝置；在下接頭內(nèi)軸壁與沖管外軸壁相鄰處設(shè)密封裝置；在刮子套與芯軸套 相鄰處設(shè)密封裝置。在刮子套和連接套的壁上分別設(shè)置油堵孔。芯軸與刮子套 之間的軸向空間和沖管與連接套之間的軸向空間相等，在兩軸向空間中分別注 滿液壓油和潤(rùn)滑脂。在此結(jié)構(gòu)中，芯軸和沖管可沿軸向相對(duì)移動(dòng)，形成一個(gè)自 由工作行程。上述設(shè)置于刮子套兩端與芯軸之間的密封裝置、設(shè)置于下接頭兩端與沖管 之間的密封裝置均由刮子支承架和刮子構(gòu)成。設(shè)置于刮子套與芯軸套之間的密 封裝置為盤根。作為優(yōu)化，本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器的芯軸上段外徑與沖管外徑相 等。如此結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)芯軸與刮子套之間的軸向空間和沖管與連接套之間的軸 向空間容積相等。作為優(yōu)化，本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器在芯軸外軸壁和下接頭的外軸 壁上分別設(shè)置應(yīng)力減輕槽。應(yīng)力減輕槽具有抗疲勞、抗斷裂作用，可延長(zhǎng)本發(fā) 明穩(wěn)定器使用壽命。本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器將芯軸與刮子套之間所形成的軸向空間和沖管與連接套之間所形成的軸向空間設(shè)計(jì)為相等空間，并在其中注滿液壓油和 潤(rùn)滑脂。芯軸或沖管能夠沿軸向自由伸縮移動(dòng)。當(dāng)芯軸或沖管向下移動(dòng)時(shí)，兩 空間中的液壓油和潤(rùn)滑脂自動(dòng)向上流動(dòng)；當(dāng)芯軸或沖管向上移動(dòng)時(shí)，兩空間中 的液壓油和潤(rùn)滑脂自動(dòng)向下流動(dòng)，為芯軸和沖管設(shè)置了一個(gè)軸向移動(dòng)的自由工 作行程段。在芯軸或沖管上下移動(dòng)過(guò)程中，兩空間中的液壓油和潤(rùn)滑脂的量是 固定不變的，芯軸和沖管每次移動(dòng)的工作行程保持一致。本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器安裝于鉆桿與鉆鋌之間，在鉆柱扭曲變形 產(chǎn)生彎曲半波沿井軸方向伸縮時(shí)，本穩(wěn)定器的芯軸隨鉆桿上下移動(dòng)，軸向隔離 鉆柱彎曲半波對(duì)鉆頭的提升力，消除鉆頭因鉆柱儲(chǔ)放能而發(fā)生的上下跳動(dòng)，也 不會(huì)產(chǎn)生過(guò)高峰值鉆壓，因而避免鉆頭因劇烈跳動(dòng)而損壞。安裝本發(fā)明鉆井鉆 柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器后，鉆頭所接受的來(lái)自鉆柱的扭矩力是不變的，因此可以在 設(shè)計(jì)鉆壓范圍內(nèi)，持續(xù)不斷地鉆進(jìn)。另外，本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)，在芯軸與刮子套之間和沖 管與連接套之間注滿液壓油和潤(rùn)滑脂，改變了在先專利申請(qǐng)技術(shù)中在空腔平衡 室內(nèi)儲(chǔ)存空氣的結(jié)構(gòu)，將可壓縮的空氣改為不可壓縮的液體，鉆進(jìn)作業(yè)過(guò)程中不 僅能夠有效阻擋來(lái)自內(nèi)外方向的高壓泥漿的侵入，又使鉆柱伸縮更加靈活，因 此對(duì)鉆井鉆柱工作狀態(tài)的穩(wěn)定作用可靠而持久。本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器特別適用于鉆打深井、超深井、特大直徑 超深井，經(jīng)濟(jì)效益顯著。


附圖是本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中l(wèi)芯軸，2刮子套，3刮子支承架，4刮子，5盤根，6芯軸套，7移 動(dòng)工作行程，8花鍵，9沖管，IO油堵孔，ll連接套，12下接頭，13應(yīng)力減輕 槽，14應(yīng)力減輕槽。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步 說(shuō)明。本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器，包括同軸連接的芯軸l和沖管9，其中，芯軸分為上下兩段，上段軸徑較粗，下段軸徑較細(xì)，上下段一體，下段套入沖管9 內(nèi)。沿芯軸1的軸向外軸壁依次滑動(dòng)套裝刮子套2和芯軸套6，刮子套2在上， 芯軸套6在下，二者密封連接在一起，在芯軸外軸壁與刮子套內(nèi)軸壁之間形成一 軸向空間。沿沖管9的軸向外軸壁依次滑動(dòng)套裝連接套11和下接頭12，連接套 ll在上，下接頭12在下，二者密封連接在一起，在沖管9外軸壁與連接套11內(nèi) 軸壁之間形成一軸向空間。芯軸套6與連接套11通過(guò)花鍵8密封連接在一起。在刮子套2兩端內(nèi)軸壁與芯軸1外軸壁的相鄰處及下接頭12兩端內(nèi)軸壁與 沖管9外軸壁的相鄰處分別設(shè)有密封裝置，該密封裝置由刮子支承架3和刮子 4構(gòu)成；在刮子套2與芯軸套6的相鄰處設(shè)有密封裝置盤根5。在刮子套2的套 壁上設(shè)有油堵孔IO，在連接套11的套壁上設(shè)有油堵孔10。其中為了使本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器的隔離效果穩(wěn)定，保障芯軸1 和沖管9上下伸縮移動(dòng)靈活自如，將芯軸1外軸壁與刮子套2內(nèi)軸壁之間所形 成的軸向空間和沖管9外軸壁與連接套11內(nèi)軸壁之間所形成的軸向空間設(shè)計(jì)為 容積相等的空間。 一種容易實(shí)現(xiàn)此要求的優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式為，將芯軸1上段和沖 管9的外軸徑設(shè)計(jì)為相等尺寸。當(dāng)然，在芯軸1上段和沖管9的外軸徑不相等 的情況下，也可以通過(guò)調(diào)整刮子套2或連接套11的內(nèi)徑實(shí)現(xiàn)兩空間容積相等。 通過(guò)油堵孔10向兩軸向空間中分別注滿液壓油和潤(rùn)滑脂，形成芯軸1和沖管9 沿軸向相對(duì)移動(dòng)的自由行程7。自由行程優(yōu)選長(zhǎng)度在340 355mm。為了延長(zhǎng)本發(fā)明鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器的使用壽命，分別在芯軸1外軸 壁上設(shè)置應(yīng)力減輕槽14，在下接頭12的外軸壁上設(shè)置應(yīng)力減輕槽13。使用時(shí)，將本發(fā)明鉆柱工態(tài)穩(wěn)定器安裝在鉆桿與鉆鋌之間，其鉆柱為依次 連接的方鉆桿、鉆桿、鉆柱工態(tài)穩(wěn)定器、鉆鋌、鉆頭。鉆井作業(yè)時(shí)，組裝鉆柱 后啟動(dòng)泥槳泵和轉(zhuǎn)盤，先用升降機(jī)將鉆柱送至井底，然后將鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定 器緩慢送至工作行程7的上限點(diǎn)，當(dāng)鉆壓表達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)鉆壓時(shí)，停止送鉆。 鉆柱形成一定的扭矩，鉆頭得到一定的峰值鉆壓，鉆頭開始旋轉(zhuǎn)。此時(shí)監(jiān)控鉆 進(jìn)動(dòng)態(tài)的扭矩表和壓力表的表針和曲線平衡，鉆頭表現(xiàn)為不憋、不跳的平穩(wěn)鉆 進(jìn)工作狀態(tài)。當(dāng)鉆壓和扭矩表針有微小變化時(shí)，表明鉆柱各點(diǎn)轉(zhuǎn)速開始發(fā)生變 化，表明鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器已滑至下限點(diǎn)，此時(shí)應(yīng)立即重復(fù)上述送鉆過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器，包括同軸連接的芯軸(1)和沖管(9)，其中，芯軸按軸徑分為上下兩段，上段軸徑較粗，下段軸徑較細(xì)，上下段一體，下段套入沖管內(nèi)；沿芯軸(1)的軸向外軸壁依次滑動(dòng)套裝刮子套(2)和芯軸套(6)，刮子套在上，芯軸套在下，刮子套和芯軸套密封連接，在芯軸外軸壁與刮子套內(nèi)軸壁之間形成一軸向空間；沿沖管(9)軸向外軸壁依次滑動(dòng)套裝連接連接套(11)和下接頭(12)，連接套在上，下接頭在下，連接套和下接頭密封連接，在沖管外軸壁與連接套內(nèi)軸壁之間形成一軸向空間；芯軸套(6)與連接套(11)通過(guò)花鍵(8)密封連接在一起；在刮子套(2)內(nèi)軸壁與芯軸(1)外軸壁的相鄰處設(shè)密封裝置；在下接頭(12)內(nèi)軸壁與沖管(9)外軸壁的相鄰處設(shè)密封裝置，在刮子套(2)與芯軸套(6)的相鄰處設(shè)有密封裝置；在所述刮子套(2)和連接套(11)的壁上分別設(shè)油堵孔(10)，其特征在于，芯軸(1)外軸壁與刮子套(2)內(nèi)軸壁之間及沖管(9)外軸壁與連接套(11)內(nèi)軸壁之間所形成的軸向空間相等，并在其兩軸向空間中分別注滿液壓油和潤(rùn)滑脂，形成芯軸(1)和沖管(9)沿軸向相對(duì)移動(dòng)的自由工作行程(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器，其特征在于，芯軸(1) 上段外軸徑與沖管(9)外軸徑相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器，其特征在于，在芯軸(1) 外軸壁和下接頭(12)外軸壁分別設(shè)置應(yīng)力減輕槽(13、 14)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意之一所述的鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器，其特征在 于，設(shè)置于刮子套兩端與芯軸之間的密封裝置、設(shè)置于下接頭兩端與沖管之間 的密封裝置均由刮子支承架(3)和刮子(4)構(gòu)成，設(shè)置于刮子套與芯軸套之 間的密封裝置為盤根(5)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種鉆井鉆柱工作狀態(tài)穩(wěn)定器，包括同軸連接的芯軸(1)和沖管(9)，芯軸下段套入沖管內(nèi)；在芯軸(1)外滑動(dòng)套裝刮子套(2)和芯軸套(6)，在芯軸外軸壁與刮子套內(nèi)軸壁之間形成一軸向空間；在沖管(9)外滑動(dòng)套裝連接套(11)和下接頭(12)，在沖管外軸壁與連接套內(nèi)軸壁之間形成一軸向空間；芯軸套(6)與連接套(11)通過(guò)花鍵(8)密封連接；在兩軸向空間中分別注滿液壓油和潤(rùn)滑脂，形成芯軸和沖管沿軸向相對(duì)移動(dòng)的自由工作行程(7)。本發(fā)明鉆柱工態(tài)穩(wěn)定器安裝于鉆桿與鉆鋌之間，軸向隔離鉆柱彎曲半波對(duì)鉆頭的提升力，消除鉆頭上下跳動(dòng)，避免鉆頭撞擊損壞；而鉆頭所受扭矩力保持不變，鉆頭持續(xù)不斷地鉆進(jìn)。
文檔編號(hào)E21B17/00GK101235707SQ20081000096
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者中 林 申請(qǐng)人:林 中;胡俊道