本發(fā)明涉及一種用于常規(guī)井眼、小井眼及微小井眼鉆井時(shí)使用的三級(jí)單行程水力加壓器，可用于石油、天然氣開(kāi)采過(guò)程中的井下作業(yè)。

背景技術(shù)：

在石油天然氣鉆井作業(yè)時(shí)，常規(guī)井眼鉆井中施加鉆壓的方式是依靠鉆挺的重力向鉆頭施加鉆壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鉆頭的破巖鉆進(jìn)，這種傳統(tǒng)的剛性加壓方式存在許多不可避免的弊病，如送鉆不均勻、跳鉆、鉆具彎曲、托壓等，這些弊病不僅影響著機(jī)械鉆速，更易使鉆柱和鉆頭急劇磨損，嚴(yán)重影響著鉆頭及鉆具的壽命。

而小井眼、微小井眼鉆井是一種新興的高效率、低成本、低污染鉆井技術(shù)，在采用微小井眼鉆井時(shí)，由于使用的鉆柱或連續(xù)油管的直徑較小，材質(zhì)比較柔軟，剛度不大，因此不能使用類似用鉆挺加壓的剛性加壓方式。特別是鉆大位移井和水平井時(shí)，由于鉆柱所受重力方向與井眼軸線方向有很大偏差，井壁差異以及巖屑上返困難等原因，造成鉆柱與井壁之間的摩擦阻力較大，導(dǎo)致鉆壓傳遞困難，因此需要借助水力加壓器將鉆井液的壓力轉(zhuǎn)化為軸向推力進(jìn)行柔性加壓，向井底鉆頭提供穩(wěn)定的軸向壓力。

現(xiàn)有的水力加壓器通過(guò)在缸體內(nèi)安裝節(jié)流噴嘴或者在缸體下部安裝噴嘴短節(jié)實(shí)現(xiàn)節(jié)流作用，井下作業(yè)時(shí)，一旦噴嘴損壞或者阻塞，會(huì)造成加壓器無(wú)法工作、鉆井泵憋壓；現(xiàn)有水力加壓器主要通過(guò)六方鉆桿或者花鍵傳遞扭矩，在扭矩較大時(shí)，缸體與鉆桿或者內(nèi)外花鍵配合面的接觸壓力較大，當(dāng)配合間隙變大時(shí)易出現(xiàn)線接觸，造成鉆桿或花鍵卡死在缸體內(nèi)。因此，通過(guò)上述方式進(jìn)行工作的水力加壓器受到鉆井要求的限制，開(kāi)發(fā)新型水力加壓器勢(shì)在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

解決背景技術(shù)中所述的油氣生產(chǎn)過(guò)程中的跳鉆、托壓、鉆壓傳遞困難以及現(xiàn)有水力加壓器噴嘴易損壞、易卡死等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)鉆壓的有效傳遞，提高鉆井效率，本發(fā)明提供了一種三級(jí)單行程水力加壓器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：所述三級(jí)單行程水力加壓器，由上接頭、三級(jí)活塞缸、三級(jí)活塞、二級(jí)活塞缸、二級(jí)活塞、主活塞缸、主活塞、主活塞桿、滾柱、密封圈和下接頭組成，其特征在于：所述上接頭、三級(jí)活塞缸、二級(jí)活塞缸、主活塞缸和下接頭依次通過(guò)螺紋連接；所述三級(jí)活塞缸通過(guò)螺紋與上接頭下端相連，密封圈a、三級(jí)活塞、密封圈b依次安裝在三級(jí)活塞缸內(nèi)部；所述二級(jí)活塞缸與三級(jí)活塞缸通過(guò)螺紋連接，密封圈c、二級(jí)活塞、密封圈d位于二級(jí)活塞缸內(nèi)；所述主活塞缸位于二級(jí)活塞缸與下接頭之間，主活塞、和密封圈f、密封圈g、主活塞桿依次裝入主活塞缸內(nèi)部；所述主活塞桿與主活塞缸之間通過(guò)滾柱和鍵槽配合傳遞扭矩，主活塞桿與安裝在主缸體內(nèi)的主活塞之間通過(guò)螺紋連接，并使用密封圈e實(shí)現(xiàn)密封；所述下接頭通過(guò)螺紋固定在主活塞桿下端，下接頭下端與鉆頭或其他井下工具相連。

本發(fā)明的有益效果是：（1）水力加壓器內(nèi)部無(wú)噴嘴，通過(guò)鉆頭噴嘴和井下動(dòng)力工具的節(jié)流與流阻作用，在水力加壓器活塞上、下端面形成較大壓差，推動(dòng)各級(jí)活塞向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而向鉆頭提供足夠的軸向壓力；（2）采用獨(dú)特的滾柱和鍵槽配合結(jié)構(gòu)，大大克服了鉆井過(guò)程中自身產(chǎn)生的摩擦力，使加壓器的軸向推力直接作用在鉆頭上。而扭矩則只通過(guò)滾柱、鍵槽配合和一個(gè)螺紋連接直接傳遞給下部鉆頭，連接少、可靠性高，不會(huì)造成缸體與活塞桿的卡死，在合理減少摩擦的同時(shí)，又能提高鉆井穩(wěn)定性；（3）該水力加壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)，既可以實(shí)現(xiàn)鉆壓的有效傳遞，提高機(jī)械鉆速，又可以延長(zhǎng)鉆頭壽命，減少鉆具疲勞失效，提高鉆井效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-上接頭，2-密封圈a，3-三級(jí)活塞，4-三級(jí)活塞缸，5-密封圈b，6-密封圈c，7-二級(jí)活塞，8-二級(jí)活塞缸，9-密封圈d，10-主活塞，11-密封圈e，12-密封圈f，13-主活塞缸，14-主活塞桿，15-密封圈g，16-滾柱，17-下接頭。

圖2為本發(fā)明圖1中a-a面的截面圖。

圖3為柱塞的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為主活塞缸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為主活塞桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

根據(jù)附圖所示，所述的三級(jí)單行程水力加壓器，由上接頭、三級(jí)活塞缸、三級(jí)活塞、二級(jí)活塞缸、二級(jí)活塞、主活塞缸、主活塞、主活塞桿、滾柱、密封圈和下接頭組成，其特征在于：所述三級(jí)活塞缸4通過(guò)螺紋與上接頭下端相連，將密封圈a2、三級(jí)活塞3、密封圈b5依次安裝在三級(jí)活塞缸4內(nèi)部；然后將密封圈c6、二級(jí)活塞7、密封圈d9安裝在二級(jí)活塞缸8內(nèi)；所述主活塞缸13位于二級(jí)活塞缸8與下接頭17之間，依次將主活塞10、和密封圈f12、密封圈g15、主活塞桿14依次裝入主活塞缸13內(nèi)部；所述主活塞桿14與主活塞缸13之間通過(guò)開(kāi)在活塞桿上的鍵槽和安裝在缸體上的滾柱16形成柔性連接，主活塞桿14與安裝在主缸體內(nèi)的主活塞10之間通過(guò)螺紋連接，并使用密封圈e11實(shí)現(xiàn)密封；所述下接頭17通過(guò)螺紋固定在主活塞桿14下端，下接頭17下端與鉆頭或其他井下工具相連；最后依次將三級(jí)活塞缸4、二級(jí)活塞缸8、主活塞缸13通過(guò)螺紋連接，即完成三級(jí)單行程水力加壓器的組裝。

工作時(shí)，開(kāi)泵循環(huán)鉆井液，當(dāng)鉆井液流經(jīng)水力加壓器時(shí)，通過(guò)下接頭17下方鉆頭噴嘴和井下動(dòng)力工具的節(jié)流與流阻作用，在水力加壓器活塞上、下端面形成較大壓差，推動(dòng)各級(jí)活塞同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)安裝在主活塞缸13上的滾柱16與開(kāi)設(shè)在主活塞桿14上的鍵槽配合，使活塞的軸向推力直接作用在鉆頭上，鉆壓為所有活塞上的壓力之和；當(dāng)扭矩通過(guò)上部鉆具傳遞至與鉆具連接的上接頭1帶動(dòng)水力加壓器外部結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過(guò)主活塞缸13與主活塞桿14上的滾柱16、鍵槽結(jié)構(gòu)，將加壓器外部結(jié)構(gòu)所受的扭矩傳遞給下接頭17，從而將扭矩傳遞給下部鉆具或者鉆頭上，使鉆頭牙齒吃入地層而破碎巖石。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于常規(guī)井眼、小井眼及微小井眼鉆井使用的三級(jí)單行程水力加壓器，其技術(shù)方案為：上接頭、各級(jí)活塞缸和下接頭依次通過(guò)螺紋連接；水力加壓器上接頭下端與三級(jí)活塞缸采用螺紋連接；三級(jí)活塞缸、二級(jí)活塞缸與主活塞缸連接，三級(jí)活塞、二級(jí)活塞和主活塞分別安裝在相應(yīng)缸體內(nèi)；主活塞缸與主活塞桿之間通過(guò)安裝在缸體上的滾柱及開(kāi)設(shè)在活塞桿上的鍵槽形成柔性連接；主活塞桿上端通過(guò)螺紋與主活塞連接，下端通過(guò)螺紋固定在下接頭上。該水力加壓器將泥漿動(dòng)力轉(zhuǎn)化為軸向推力，從而給鉆頭施加恒定的鉆壓，可以提高鉆壓的傳遞效率，有效解決鉆井跳鉆、托壓等問(wèn)題，延長(zhǎng)鉆頭壽命，減少鉆具疲勞失效，提高鉆井效率。

技術(shù)研發(fā)人員：田家林;李居瑞;楊琳;朱志;李居良;張?zhí)眉?林曉月;楊毅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.26
技術(shù)公布日：2017.08.25