一种液压式连续油管钻井用螺杆调向器转让专利
申请号 : CN202210140377.1
文献号 : CN114198023B
文献日 : 2022-04-15
发明人 : 李良生 , 李济民 , 李荣丽
申请人 : 东营仪锦能源科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种液压式连续油管钻井用螺杆调向器,包括依次连接的上部钻铤(4)、中部钻铤(35)和下接头(41),上部钻铤(4)与中部钻铤(35)内设有泥浆的流动通道,其特征在于,所述上部钻铤(4)内设有依次连接的承压密封舱(2)、高压隔离舱(8)和液压油舱(27),且高压隔离舱(8)对液压油舱(27)内的液压油形成隔离限位以防止液压油流入承压密封舱(2),所述承压密封舱(2)内设有控制电路(3),液压油舱(27)内由上到下依次设有平衡活塞(10)、液压总成、减速机(23)、设于减速机(23)输出端的输出轴(32)和设于输出轴(32)上且用于测量螺杆工具面角的检测机构,所述液压总成和减速机(23)均与控制电路(3)电连接,所述输出轴(32)的输出端贯穿液压油舱(27)下端的封堵结构且延伸入中部钻铤(35)内,所述中部钻铤(35)内设有用于传动连接输出轴(32)的输出端及下接头(41)的输入端且对下接头(41)进行辅转的传动辅转组件。
2.根据权利要求1所述液压式连续油管钻井用螺杆调向器,其特征在于,所述液压总成包括设于液压油舱(27)内的高速电机(15)、齿轮泵(16)、第一高压油管(17)、三通(19)、限压阀(18)、第二高压油管(20)和液压马达(21),所述高速电机(15)的输出端与齿轮泵(16)连接,所述齿轮泵(16)通过第一高压油管(17)与三通(19)的第一接口连接,所述液压马达(21)通过第二高压油管(20)与三通(19)的第二接口连接,所述限压阀(18)安装于三通(19)的第三接口上,所述液压马达(21)通过齿合器(22)与减速机(23)的输入端连接,所述控制电路(3)与高速电机(15)电连接。
3.根据权利要求2所述液压式连续油管钻井用螺杆调向器,其特征在于,所述液压总成还包括设于液压油舱(27)内的总成外壳(14),所述高速电机(15)、齿轮泵(16)、第一高压油管(17)、三通(19)、限压阀(18)和第二高压油管(20)均设于总成外壳(14)内,所述总成外壳(14)朝向平衡活塞(10)的一端设有上盖(13)。
4.根据权利要求3所述液压式连续油管钻井用螺杆调向器,其特征在于,所述液压油舱(27)内还设有导线管(12),导线管(12)的两端分别与高压隔离舱(8)和上盖(13)相连通,且所述上盖(13)设有可穿过导线的密封结构。
5.根据权利要求3所述液压式连续油管钻井用螺杆调向器,其特征在于,所述液压油舱(27)的上端设有泥浆口(9),所述平衡活塞(10)远离泥浆口(9)的一端设有弹簧(11),弹簧(11)远离平衡活塞(10)的一端与上盖(13)连接,平衡活塞(10)通过在液压油舱(27)内来回运动以调节位于平衡活塞(10)两侧的液压油压力与泥浆压力相平衡。
6.根据权利要求2所述液压式连续油管钻井用螺杆调向器,其特征在于,所述承压密封舱(2)内设有电路仓和分别设于电路仓两端的中心接头(1)与连接器,所述控制电路(3)设于电路仓内,所述中心接头(1)与控制电路(3)电连接,所述高速电机(15)和检测机构均与连接器连接;所述高压隔离舱(8)内设有承压密封座(6),所述承压密封座(6)上设有密封圈(5)和密封座,所述高压隔离舱(8)的侧壁设有第一注油嘴(7)。
7.根据权利要求1所述液压式连续油管钻井用螺杆调向器,其特征在于,所述封堵结构为防转堵头(28),所述输出轴(32)的输出端贯穿防转堵头(28)与传动辅转组件连接,所述检测机构包括设于减速机(23)与防转堵头(28)之间的工具面传感器(24),所述减速机(23)与防转堵头(28)之间还设有第一单向轴承(25),且第一单向轴承(25)外套于输出轴(32)上。
8.根据权利要求1所述液压式连续油管钻井用螺杆调向器,其特征在于,所述传动辅转组件包括传动轴(34)、轴套(31)和设于中部钻铤(35)下端内侧且外套接下接头(41)上部圆柱面的轴承组,所述输出轴(32)的输出端通过轴套(31)与传动轴(34)的输入端连接,所述传动轴(34)的输出端与下接头(41)的上端连接。
9.根据权利要求8所述液压式连续油管钻井用螺杆调向器,其特征在于,所述调向器还包括安装于下接头(41)上端且分别设于轴承组两端的第一推力轴承锁紧组件和第二推力轴承锁紧组件,所述第一推力轴承锁紧组件包括第一推力轴承(36)和锁紧螺母(37),所述第二推力轴承锁紧组件包括第二推力轴承(39)和锁紧帽(40),所述传动轴(34)的输出端通过第一推力轴承(36)及锁紧螺母(37)与下接头(41)的上端锁紧连接,所述轴承组和第二推力轴承(39)通过锁紧帽(40)进行锁紧密封,所述轴承组为单向轴承及滚珠轴承组(38)。
10.根据权利要求1所述液压式连续油管钻井用螺杆调向器,其特征在于,所述上部钻铤(4)与所述承压密封舱(2)之间留有供泥浆流动的间隙通道,所述中部钻铤(35)和下接头(41)内均设有供泥浆通过的水眼。
说明书 :
一种液压式连续油管钻井用螺杆调向器
技术领域
背景技术
合于现有井的加深钻井和侧钻作业,与常规钻井设备或修井设备达到同样的目标相比,用
连续油管可以节约费用25%~40%。3、容易提高钻井工艺自动化水平,操作人员少。4、装备的
机动性好,安装、拆卸容易,节约时间。5、起下钻快,钻进快,钻井作业周期短。6、地面设备占
地少,适合于地面条件受限制的地区或海上平台作业。7、连续油管的挠性好,能钻短弯曲半
径的水平井。8、地面设备少,噪音低,污物溢出量少,对环境影响小。
续管定向钻井的核心工具之一,钻井过程中通过调向器调整井下螺杆工具面达到所需的工
程参数,从而控制井眼轨迹。
类调向器结构简单、成本较低,但调向周期长、精度低,且容易受到钻井液类型影响;有缆式
调向器分为电液控调向器和电控调向器,此类调向器定向精度较高,且数据传输速度快,其
中,电控调向器结构更为简单,成本较低,但是测量工具面困难,且电机容易受负载(螺杆)
的影响,一旦憋钻导致电机烧毁,在复合钻时,完全靠电机来带动马达,连续旋转,很容易出
现故障;并且内外压力不平衡,在扭矩传递过程中,扭矩损失很多;而液压式调向器属于电
液控调向器,它通过液压装置来工作,电机不受螺杆的影响,然而,现有的调向器无法实现
对螺杆工具面进行实时精准的调节,且具有定向精度相对较低,无法实现复合钻井等缺陷。
发明内容
部钻铤内设有依次连接的承压密封舱、高压隔离舱和液压油舱,且高压隔离舱对液压油舱
内的液压油形成隔离限位以防止液压油流入承压密封舱,所述承压密封舱内设有控制电
路,液压油舱内由上到下依次设有平衡活塞、液压总成、减速机、设于减速机输出端的输出
轴和设于输出轴上且用于测量螺杆工具面角的检测机构,所述液压总成和减速机均与控制
电路电连接,所述输出轴的输出端贯穿液压油舱下端的封堵结构且延伸入中部钻铤内,所
述中部钻铤内设有用于传动连接输出轴的输出端及下接头的输入端且对下接头进行辅转
的传动辅转组件。
泵通过第一高压油管与三通的第一接口连接,所述液压马达通过第二高压油管与三通的第
二接口连接,所述限压阀安装于三通的第三接口上,所述液压马达通过齿合器与减速机的
输入端连接,所述控制电路与高速电机电连接。
衡活塞的一端设有上盖。
位于平衡活塞两侧的液压油压力与泥浆压力相平衡。所述弹簧优选为拉簧,确保液压油舱
内部的液压油始终是填满油仓。
构均与连接器连接。所述中心接头连接上端的MWD(LWD)的硬链接或者来自连续油管的丢手
器帽连接。
与防转堵头之间还设有第一单向轴承,且第一单向轴承外套于输出轴上。
输入端连接,所述传动轴的输出端与下接头的上端连接。
锁紧螺母,所述第二推力轴承锁紧组件包括第二推力轴承和锁紧帽,所述传动轴的输出端
通过第一推力轴承及锁紧螺母与下接头的上端锁紧连接,所述轴承组和第二推力轴承通过
锁紧帽进行锁紧密封,所述轴承组为单向轴承及滚珠轴承组。
是本调向器内部机构的安装壳体,承担传递扭矩和钻压,隔离内部高压泥浆和环空泥浆,中
部钻铤还是传动辅转组件的保护套,起到固定传动辅转组件和连接下接头的作用。本发明
能够解决现有技术中的机械调向器的定向精度较差、不能连续定向、不能复合钻进、不能实
时监控工具面、以及非液压模式缆控电机过载的技术问题。
果负载卡死,产生过载,过高的油压将通过限压阀溢流,确保系统的安全,也保障高速电机
和液压马达不会损坏。
样,使得输出轴的两端压力平衡;可以确保输出扭矩完全作用到下接头上,当液压油舱的液
压油满仓时,平衡活塞顶到头(视窗口的最上端),当欠油时,平衡活塞躲进视窗口内部而看
不见。
输出扭矩无损失。在液压马达的作用下,输出轴连续旋转,进行复合钻进,起稳斜作用。
组的作用是扶正下接头,让下接头旋转灵活,又具有防止下接头反转的作用,而锁紧帽的作
用是锁紧整个轴承组和下接头。
附图说明
于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其
他的附图。
总成外壳;15、高速电机;16、齿轮泵;17、第一高压油管;18、限压阀;19、三通;20、第二高压
油管;21、液压马达;22、齿合器;23、减速机;24、工具面传感器;25、第一单向轴承;26、第二
单向轴承;27、液压油舱;28、防转堵头;29、第二注油嘴;30、第一防转销钉;31、轴套;32、输
出轴;33、第二防转销钉;34、传动轴;35、中部钻铤;36、第一推力轴承;37、锁紧螺母;38、单
向轴承及滚珠轴承组;39、第二推力轴承;40、锁紧帽;41、下接头。
具体实施方式
及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包
括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举
的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语
并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。
“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该
相对位置关系也可能相应地改变。
是外部。
上部钻铤4内设有依次连接的承压密封舱2、高压隔离舱8和液压油舱27,且高压隔离舱8对
液压油舱27内的液压油形成隔离限位以防止液压油流入承压密封舱2,承压密封舱2内设有
控制电路3,液压油舱27内由上到下依次设有平衡活塞10、液压总成、减速机23、设于减速机
23输出端的输出轴32和设于输出轴32上且用于测量螺杆工具面角的检测机构,所述液压总
成和减速机23均与控制电路3电连接,所述输出轴32的输出端贯穿液压油舱27下端的封堵
结构且延伸入中部钻铤35内,所述中部钻铤35内设有用于传动连接输出轴32的输出端及下
接头41的输入端且对下接头41进行辅转的传动辅转组件。该调向器中,通过液压总成与减
速机23的结合,以及配合输出轴32上设置的检测机构,能够对螺杆工具面进行实时监控,便
于实现调向器实时精准的调节。将下接头41和单弯螺杆连接,可实现连续油管钻井。其中,
上部钻铤4与中部钻铤35是本调向器内部机构的安装壳体,承担传递扭矩和钻压,隔离内部
高压泥浆和环空泥浆,中部钻铤35还是传动辅转组件的保护套,起到固定传动辅转组件和
连接下接头41的作用。
轮泵16连接,齿轮泵16通过第一高压油管17与三通19的第一接口连接,液压马达21通过第
二高压油管20与三通19的第二接口连接,限压阀18安装于三通19的第三接口上,液压马达
21通过齿合器22与减速机23的输入端连接,控制电路3与高速电机15电连接。在三通19上安
装限压阀18,高压油驱动液压马达21工作,如果负载卡死,产生过载,过高的油压将通过限
压阀18溢流,确保系统的安全,也保障高速电机15和液压马达21不会损坏。
与连接器连接。电路仓的设置,对控制电路3起到防护作用,中心接头1连接上端的MWD(LWD)
的硬链接(图中未画出)或者来自连续油管的丢手器帽,将电源和信号接入本调向器内。电
路仓的下端安装有连接器(图中未画出),可连接液压油舱27内的高速电机15和检测机构。
本发明中,控制电路3与中心接头1连接,将上端MWD(LWD)的电缆电压和控制信号输入到电
路仓;电路仓的电路控制高速电机15的运转,并带动齿轮泵16(高压泵)工作,产生高压液体
流,液压马达21和齿轮泵16通过高压油管路连接,高压液体流驱动液压马达21旋转,液压马
达21输出经过减速机23减速,输出到下端的输出轴32上。
舱2,下端连接液压油舱27;高压隔离舱8内置一个承压密封座6,承压密封座6上安装密封圈
5和密封塞,将隔离液压油舱27的液压油,确保电路稳定可靠工作。高压隔离舱8安装有第一
注油嘴7,当需要抽真空和注油时,从第一注油嘴7抽真空和注油。
壳14朝向平衡活塞10的一端设有上盖13。将液压总成中的高速电机15、齿轮泵16、第一高压
油管17、三通19、限压阀18、第二高压油管20均设置在总成外壳14内,起到防护作用。
近在液压油舱27内的下部。
油舱27内来回运动以调节位于平衡活塞10两侧的液压油压力与泥浆压力相平衡。弹簧11优
选为拉簧,确保液压油舱27内部的液压油始终是填满液压油舱(无真空区块)。平衡活塞10
用于平衡内外压力,使得内部液压油的压力始终和泥浆的压力一样,使得输出轴32的两端
压力平衡;可以确保输出扭矩完全作用到下接头41上,当液压油舱27的液压油满仓时,平衡
活塞10顶到头(视窗口的最上端),当欠油时,平衡活塞10躲进视窗口内部而看不见。
塞等结构实现,目的是避免液压油流入导线管12内。导线管12作为走线管,给导线提供一个
安全的通道,同时隔离泥浆和液压油。优选的,导线管12贯穿平衡活塞10的中心孔,且导线
管12与高压隔离舱8及平衡活塞10之间均设有密封圈5,保证密封连接效果。
速机23与防转堵头28之间还设有第一单向轴承25,且第一单向轴承25外套于输出轴32上。
进一步的,第一单向轴承25与防转堵头28之间还设有第二单向轴承26,且第二单向轴承26
外套于输出轴32上。紧挨着工具面传感器24设置两个单向轴承,起到扶正输出轴32并防止
输出轴32反转。由于液压油舱27内外压力平衡,所以输出扭矩无损失。在液压马达21的作用
下,输出轴32连续旋转,进行复合钻进,起稳斜作用。
29注油。
入端连接,传动轴34的输出端与下接头41的上端连接。输出轴32是一根圆轴,采用高强度金
属制成。
和锁紧螺母37,第二推力轴承锁紧组件包括第二推力轴承39和锁紧帽40,传动轴34的输出
端通过第一推力轴承36及锁紧螺母37与下接头41的上端锁紧连接,轴承组和第二推力轴承
39通过锁紧帽40进行锁紧密封,轴承组为单向轴承及滚珠轴承组38。下接头41上部安装有
第一推力轴承36,抵消纵向的钻具推力,下接头41上部的圆柱面安装单向轴承及滚珠轴承
组38和第二推力轴承39,单向轴承及滚珠轴承组38和第二推力轴承39通过锁紧帽40进行锁
紧和密封。轴承组的作用是扶正下接头41,让下接头41旋转灵活,又防止下接头41反转的作
用,而锁紧帽40的作用是锁紧整个轴承组和下接头41。
读取工具面传感器24采集的数据,计算角差后调向器旋转角度,当工具面传感器24采集的
数据符合预定的正确数据,则在定向模式下连续钻进。
也可以复合钻井,大大加快钻井速度,应用成本低。
或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如
上所述的本发明的不同方面的许多其它变化,为了简明它们没有在细节中提供。
含在本发明的保护范围之内。