螺杆钻具工具面稳定器

摘要

本发明涉及一种螺杆钻具工具面稳定器，属于钻井工具领域，其包括外壳，芯轴，所述芯轴中部穿过所述外壳，并且所述芯轴的两端位于所述外壳外；设置在所述外壳上的井壁摩擦总成，所述井壁摩擦总成构造成能够使所述外壳与井壁产生摩擦力；以及设置在所述外壳和所述芯轴之间的摩擦片总成，所述摩擦片总成构造成能够使所述外壳和所述芯轴之间产生摩擦力。本发明该的井壁摩擦总成卡在井壁上，抵消螺杆钻具的反扭矩。摩擦力的大小受钻井液排量的控制，不受运动状态和井下环境的影响，因而更加稳定，从而使得螺杆钻具的工作面更稳定；同时井壁摩擦总成的摩擦力便于控制，根据不同的需要控制摩擦力的大小。

权利要求

1.一种螺杆钻具工具面稳定器，其特征在于，包括：

外壳(10)，

芯轴(20)，所述芯轴(20)穿过所述外壳(10)并且两端位于所述外壳(10)外；

设置在所述外壳(10)上的井壁摩擦总成(30)，所述井壁摩擦总成(30)构造成能够使所述外壳(10)与井壁产生摩擦力，所述井壁摩擦总成(30)包括贯穿外壳(10)的外壁的径向孔(31)，以及密封式地布置在径向孔(31)内的推靠活塞(34)；所述径向孔(31)包括靠近所述芯轴(20)的中心的内段(32)和远离所述芯轴(20)的中心的外段(33)，其中所述内段(32)的直径大于所述外段(33)的直径；以及设置在所述外壳(10)和所述芯轴(20)之间的摩擦片总成(40)，所述摩擦片总成(40)构造成能够使所述外壳(10)和所述芯轴(20)之间产生摩擦力；

其中，所述推靠活塞包括能够在所述内段(32)中运动的活塞帽(36)，以及能够在所述外段(33)中运动的活塞杆(37)；所述推靠活塞(34)在钻井液的压力下沿径向孔(31)向外伸出。

2.根据权利要求1所述的螺杆钻具工具面稳定器，其特征在于，所述芯轴(20)上设置沿径向的传压孔(21)，所述传压孔(21)的出口对准所述外壳(10)的内壁。

3.根据权利要求1或2所述的螺杆钻具工具面稳定器，其特征在于，所述外壳(10)为圆筒形，所述外壳(10)的内腔的一端设有环形槽(11)，所述环形槽(11)通过密封盖(12)密封；

其中，所述摩擦片总成(40)设置在所述环形槽(11)内。

4.根据权利要求3所述的螺杆钻具工具面稳定器，其特征在于，所述摩擦片总成(40)包括与设置在所述芯轴(20)外壁上的若干摩擦动片(41)，以及设置在所述外壳(10)内壁上的若干摩擦静片(42)；其中，所述摩擦动片(41)与所述摩擦静片(42)间隔布置。

5.根据权利要求4所述的螺杆钻具工具面稳定器，其特征在于，所述摩擦片总成(40)还包括设置在环形槽(11)内的碟簧(43)，所述碟簧(43)的一端连接在所述环形槽(11)的端壁上，另一端连接最边缘的摩擦动片(41)。

6.根据权利要求1或2所述的螺杆钻具工具面稳定器，其特征在于，所述芯轴(20)上设有两个定位螺栓(23)，所述两个定位螺栓(23)分别设置在所述外壳(10)的两侧。

7.根据权利要求1或2所述的螺杆钻具工具面稳定器，其特征在于，所述外壳(10)的两端通过密封装置(13)连接所述芯轴(20)。

说明书

螺杆钻具工具面稳定器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种螺杆钻具工具面稳定器，用于定向井钻井。

背景技术

[0002] 螺杆钻具广泛应用于定向井、水平井中，当螺杆钻具工作时，在钻井液能量的驱动下，螺杆钻具的转子带动钻头顺时针旋转，并产生一定扭矩以破碎岩石。同时在螺杆钻具的定子上产生了反扭矩，反扭矩作用于与定子和外壳上，外壳与钻柱连接，当钻柱一端被锁住时，由于钻柱的弹性，反扭矩会使得螺杆钻具及钻柱逆时针旋转一定的角度。由于螺杆钻具工具面设置在外壳上，因此外壳的逆时针转动会导致工具面的变化，从而影响井眼轨迹的控制。

[0003] 为了解决上述问题，通常采用稳定器来抑制反扭矩。稳定器作为钻柱的一部分处于于钻柱中，其直径大于钻柱直径而接近于井眼直径，螺杆钻具及钻柱的重量在稳定器与井壁接触的地方产生摩擦力。摩擦力可以有效的抑制螺杆钻具的反扭矩。目前常用的稳定器中，直楞稳定器和螺旋稳定器虽然都具有一定的抑制反扭矩的作用，但抑制反扭矩的强度不够。卡瓦式工具面稳定器是专门用于稳定工具面的反扭矩控制器，需要消耗一定的钻井液能量，卡瓦直接卡在井壁上，如果反扭矩很大就可能直接带动卡瓦破坏井壁，带来井壁坍塌的事故。

发明内容

[0004] 针对上述问题，本发明提出了一种螺杆钻具工具面稳定器，能够抵消螺杆钻具所承受的反扭矩，提高抑制反扭矩的强度，并且更加安全。

[0005] 本发明提出了一种螺杆钻具工具面稳定器，包括：

[0006] 外壳，

[0007] 芯轴，所述芯轴穿过所述外壳并且两端位于所述外壳外；

[0008] 设置在所述外壳上的井壁摩擦总成，所述井壁摩擦总成构造成能够使所述外壳与井壁产生摩擦力；以及

[0009] 设置在所述外壳和所述芯轴之间的摩擦片总成，所述摩擦片总成构造成能够使所述外壳和所述芯轴之间产生摩擦力。

[0010] 本发明的进一步改进在于，所述芯轴上设置沿径向的传压孔，所述传压孔的出口对准所述外壳的内壁。

[0011] 本发明的进一步改进在于，所述井壁摩擦总成包括贯穿外壳的外壁的径向孔，以及密封式地布置在径向孔内的推靠活塞。

[0012] 本发明的进一步改进在于，径向孔包括靠近所述芯轴的中心的内段和远离所述芯轴的中心的外段，其中所述内段的直径大于所述外段的直径。

[0013] 本发明的进一步改进在于，所述推靠活塞包括能够在所述内段中运动的活塞帽，以及能够在所述外段中运动的活塞杆。

[0014] 本发明的进一步改进在于，所述外壳为圆筒形，所述外壳的内腔的一端设有环形槽，所述环形槽通过密封盖密封；

[0015] 其中，所述摩擦片总成设置在所述环形槽内。

[0016] 本发明的进一步改进在于，所述摩擦片总成包括与设置在所述芯轴外壁上的若干摩擦动片，以及设置在所述外壳内壁上的若干摩擦静片；其中，所述摩擦动片与所述摩擦静片间隔布置。

[0017] 本发明的进一步改进在于，所述摩擦片总成还包括设置在环形槽内的碟簧，所述碟簧的一端连接在所述环形槽的端壁上，另一端连接最边缘的摩擦动片。

[0018] 本发明的进一步改进在于，所述芯轴上设有两个定位螺栓，所述两个定位螺栓分别设置在所述外壳的两侧。

[0019] 本发明的进一步改进在于，所述外壳的两端通过密封装置连接所述芯轴。

[0020] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[0021] 在本发明的螺杆钻具工具面稳定器中井壁摩擦总成工作时，推靠活塞与井壁之间产生摩擦力。该摩擦力使井壁摩擦总成卡在井壁上，抵消螺杆钻具的反扭矩。摩擦力的大小受钻井液排量的控制，不受运动状态和井下环境的影响，因而更加稳定，从而使得螺杆钻具的工作面更稳定；同时井壁摩擦总成的摩擦力便于控制，根据不同的需要控制摩擦力的大小。

[0022] 在本发明所述的螺杆钻具工具面稳定器中，摩擦片总成产生的摩擦力小于井壁摩擦总成产生的摩擦力，在定向钻进时，螺杆钻具的反扭矩传递到芯轴时，摩擦片产生的摩擦力阻止了芯轴的运动。从而保持了螺杆钻具工具面的稳定。在复合钻进时，由于摩擦片产生的摩擦力小于井壁摩擦总成与井壁之间的摩擦力，开动转盘带动钻杆运动时，钻杆带动芯轴及螺杆钻具转动，但外壳、活塞固定不转动。这样就防止了活塞旋转运动破坏井壁导致井壁坍塌，提高了井下的安全性。

附图说明

[0023] 图1是根据本发明的一个实施方案的螺杆钻具工具面稳定器的示意图；

[0024] 图2是图1的A-A剖视图，显示了根据本发明的井壁摩擦总成的截面示意图；

[0025] 图3是图1的B-B剖视图，显示了根据本发明的摩擦片总成的截面示意图

[0026] 图4是根据本发明的一个实施方案的摩擦动片连接结构示意图；

[0027] 图5是根据本发明的一个实施方案的摩擦静片连接结构示意图。

[0028] 在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

[0029] 在附图中各附图标记的含义如下：10、外壳，11、环形槽，12、密封盖，20、芯轴，21、传压孔，13、密封装置，22、下接头，23、定位螺栓，30、井壁摩擦总成，31、径向孔，32、内段，33、外段，34、推靠活塞，36、活塞帽，37、活塞杆，40、摩擦片总成，41、摩擦动片，42、摩擦静片，43、碟簧，44、齿牙，45、齿槽，46、矩形突起，47、矩形凹槽。

具体实施方式

[0030] 下面将结合附图对本发明作进一步说明。

[0031] 图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例螺杆钻具工具面稳定器。根据本发明的螺杆钻具工具面稳定器能够用于定向钻井和复合钻井。

[0032] 如图1所示，本实施例的螺杆钻具工具面稳定器，包括外壳10。所述外壳10为圆筒形。本实施例所述短节还包括芯轴20，所述芯轴20中部套在所述外壳10内。进一步地，芯轴20的一端通过标准钻杆公扣连接钻杆，另一端通过下接头22连接钻杆或螺杆钻具。本实施例所述短节还包括井壁摩擦总成30，所述井壁摩擦总成30构造成能够使所述外壳10与井壁产生摩擦力。本实施例所述短节还包括摩擦片总成40，所述摩擦片总成40构造成能够使所述外壳10和所述芯轴20之间产生摩擦力。

[0033] 在使用根据板实施例所述的螺杆钻具工具面稳定器时，井壁摩擦总成30使外壳和井壁之间产生摩擦力，使外壳固定在井壁内。摩擦片总成40使外壳和芯轴之间产生摩擦力。在定向钻进时，螺杆钻具产生反扭矩传递到芯轴20，由于芯轴20和外壳10之间存在摩擦片总成40产生的摩擦力大于反扭矩，保证了芯轴20不会受反扭矩作用而旋转，从而保证了工具面稳定。在复合钻进时，转盘带动钻柱、芯轴20及螺杆一起转动。由于转盘带动钻柱、芯轴
20的扭转力大于摩擦片总成40产生的摩擦力，且小于井壁摩擦总成30产生的摩擦力，因此摩擦片依然在摩擦，芯轴20在外壳10内转动，但是外壳10与井壁之间保持不动，以防止井壁坍塌。

[0034] 在一个实施例中，所述芯轴20上设置沿径向的传压孔21，所述传压孔21的出口对准所述外壳10的内壁。在本实施例中，钻井液在芯轴20内流动，通过传压孔21传递到外壳10和芯轴20之间。钻井液的压力施加到井壁摩擦总成30，从而控制井外壳10和井壁之间的摩擦力。

[0035] 在一个优选的实施例中，如图2所示，所述井壁摩擦总成30包括贯穿外壳10外壁的径向孔31，以及密封式地布置在径向孔31内的推靠活塞34。优选地，所述径向孔31的数量为三个，均匀布置在外壳10外壁的圆周上。在根据本实施例中所述井壁摩擦总成30工作时，芯轴20流通钻井液通过传压孔21传递到外壳10与芯轴20之间。在钻井液的压力下推靠活塞34沿径向孔31向外伸出，从而使推靠活塞34与井壁接触，并产生摩擦力。

[0036] 在一个优选实施例中，所述径向孔31包括靠近所述芯轴20一端的内段32和远离所述芯轴20一端的外段33。其中，所述内段32的直径大于外段33的直径。进一步地，所述推靠活塞包括能够在所述内段32中运动的活塞帽36，以及能够在所述外段33中运动的活塞杆37。其中，所述活塞帽36的直径大于外段33的直径。这样，所述推靠活塞就无法从所述径向孔31内滑出。进一步地，所述外壳10的两端通过密封装置13连接所述芯轴20。

[0037] 在使用根据本实施例所述的螺杆钻具工具面稳定器时，为提高井壁摩擦总成30的摩擦力，使外壳10固定在井壁内，首先可增加钻井液的流量，使得钻井液通过传压孔21传递到外壳10和芯轴20之间。在钻进液的推动下，推靠活塞沿径向孔31向外伸出。推靠活塞的端部伸出到外壳10以外，并挤压井壁。从而使外壳10固定在井壁内。

[0038] 在一个实施例中，如图1、图3所示，所述外壳10为圆筒形，所述外壳10的内腔的一端设有环形槽11，所述环形槽11外端通过密封盖12密封。优选地，所述外壳10分为两段，靠近螺杆钻具的一段和远离螺杆钻具的一段。其中，靠近螺杆钻具的一段在工作时处于下端，并设有环形槽11。用于安装摩擦片总成40。远离螺杆钻具的一段在工作时处于上端，用于安装井壁摩擦总成30。本实施例的外壳10分为两段，使摩擦片总成40和井壁摩擦总成30布置在不同的位置，相互之间不会受到影响。

[0039] 在一个实施例中，如图1、图3所示，所述摩擦片总成40包括若干摩擦动片41。所述摩擦动片41设置在芯轴20的外壁上，其能够随芯轴20转动而转动。在一个优选实施例中，如图4所示，摩擦动片41内边缘设有有齿牙44，而芯轴20的外壁设有与摩擦动片41相配合的齿槽45。本实施例中，所述摩擦片总成40还包括若干摩擦静片42，所述摩擦静片42固定在所述外壳10的内壁。在一个优选实施例中，如图5所示，摩擦静片42外边缘设有至少三个矩形突起46，所述外壳10的内壁上设置同样数量的矩形凹槽47。所述矩形突起46固定在所述矩形凹槽47内。在本实施例的摩擦片总成40中，摩擦静片42和摩擦动片41表面均为粗糙面。所述摩擦静片42和摩擦动片41间隔布置。

[0040] 在一个实施例中，所述摩擦片总成40还包括碟簧43。所述碟簧43设置在所述芯轴20和所述外壳10之间。所述碟簧43的一端连接所述外壳10的端部，并且另一端连接所述摩擦动片41。在本实施例中，所述碟簧43挤压所述摩擦静片42，使摩擦静片42贴紧摩擦动片
41，从而增大摩擦片总成40的摩擦力。

[0041] 在一个实施例中，所述芯轴20上设有两个定位螺栓23，并且两个定位螺栓23分别设置在所述外壳10的两侧。定位螺栓23用于定位外壳10与芯轴20的连接位置，保证外壳10不会脱离芯轴20。

[0042] 根据本发明所述螺杆钻具工具面稳定器进行钻进的方法。其包括下述步骤。

[0043] 首先，组装上述螺杆钻具工具面稳定器，并安装在螺杆钻具的上游。

[0044] 在进行定向钻进时，井壁摩擦总成30使外壳10与井壁之间产生摩擦力，从而使外壳10处于静止状态。提高摩擦片总成40的摩擦力，使芯轴20与外壳10之间处于相对静止状态。这时，螺杆钻具的反扭矩传递到芯轴20时，摩擦片产生的摩擦力阻止了芯轴20的运动。从而保持了螺杆钻具工具面的稳定。

[0045] 在进行复合钻进时，井壁摩擦总成30使外壳10与井壁之间产生摩擦力，从而使外壳10处于静止状态。转盘带动钻柱、芯轴及螺杆一起转动。由于转盘带动钻柱、芯轴的扭转力大于摩擦片总成40产生的摩擦力，且小于井壁摩擦总成30产生的摩擦力，因此摩擦片依然在摩擦，芯轴20在外壳10内转动，但是外壳10与井壁之间保持不动，以防止井壁坍塌。

[0046] 虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。