[发明专利]一种用于定向井的钻具防托压器

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井设备技术领域，尤其涉及一种用于定向井的钻具防托压器。

背景技术

随着石油钻探开采事业的进步，越来越多的定向井、水平井技术运用到了石油钻井工程中，在部分地区甚至采用丛式井。这样的井身设计不仅为钻井节省了成本，也能使钻头更好更准确地钻至理想的靶位，从而提高石油开采的效率和产量。然而，上述各种钻井的井身结构也给钻井工作带来了更大的困难，这就要求人们使用新设备新工艺去解决井身安全问题、定向方位问题、钻具磨损问题和钻头托压等问题。

其中，钻头托压问题较为突出，也阻碍着钻井技术的进一步发展。钻头托压问题产生的原因在于：在定向井、水平井中，由于存在长距离的井身水平走向，使钻具前面的钻头平躺在井眼内进行钻进，其中大部分的钻井压力被消耗在克服钻具的摩擦阻力上，所以地面设备很难给钻头施加足够的压力用以破碎岩石；同时，地面操作工程师甚至很难弄清楚钻头的精确压力，导致钻进速度受到很大的限制；并且，如果为了解决钻头托压问题而强力加压也会给井身安全带来很大隐患。

为了解决钻进托压问题，国内外的钻井工程采用了很多改进举措。比如，采用合理的造斜方式、采用复合润滑技术、强化井浆的封堵造壁性能等。这些措施虽然在一定程度上能缓解钻头托压问题，但是仅仅是方法、工艺方面的改进，而不是设备、工具的改造，其防托压效果不明显，使用条件也有一定局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于定向井的钻具防托压器，以解决现有技术中的钻具在定向井、水平井的钻进过程中存在的钻头托压问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种用于定向井的钻具防托压器，包括：芯轴，所述芯轴为设有通孔的腔体；芯轴套，所述芯轴套以可轴向移动的方式套接在所述芯轴的外侧；高压泥浆流经所述芯轴套的内腔，并且流经所述芯轴的内腔；所述芯轴的入口端设置有截流活塞，所述截流活塞能够将高压泥浆的部分压力转移到所述芯轴上，同时确保高压泥浆流动畅通；叶轮，所述叶轮设置于所述芯轴内，所述叶轮的转轴垂直于所述芯轴的轴线方向，高压泥浆驱使所述叶轮转动。

进一步，包括叶轮座，所述叶轮设置于叶轮座内，所述叶轮座设置在所述芯轴内。该技术方案的技术效果在于：叶轮座的外形与芯轴的内腔互相配合，叶轮通过转轴设置在叶轮座上，而叶轮座则放置在芯轴内。避免了叶轮直接安装在芯轴上，方便了叶轮和叶轮座的拆装和维护。

进一步，包括设置在所述叶轮座上游的导流部件，所述导流部件的导流方向朝向所述叶轮。该技术方案的技术效果在于：由于叶轮通过叶轮座设置在芯轴的内腔，需要设置一个导流部件将高压泥浆流引导并沿着叶片的切线方向流动，使得叶轮在泥浆的冲击作用下，能够沿自身的转轴转动；同时，导流部件使高压泥浆的流通面积变小，促使高压泥浆的流速增大，增强了叶轮的转动效果。

进一步，包括弹性部件，所述弹性部件用于固定所述导流部件和所述叶轮座。该技术方案的技术效果在于：一方面导流部件和叶轮座通过可拆卸方式放置在芯轴内腔，弹性部件给安装导流部件和叶轮座留有较大的可接受的尺寸误差；另一方面，弹性部件降低了叶轮、叶轮座和导流部件的振荡故障率。

进一步，所述截流活塞与所述芯轴套之间设置有第一密封件。该技术方案的技术效果在于：第一密封件能够防止高压泥浆流进芯轴与芯轴套之间的环形空腔，防止高压泥浆对芯轴和芯轴套的相互平移运动产生不利的影响。

优选地，所述第一密封件包括挡圈和O型密封圈。该技术方案的技术效果在于：O型密封圈的作用在于密封芯轴的外侧壁与芯轴套的内侧壁之间的空隙；而挡圈的作用在于增加O形密封圈的受压能力和密封效果。

进一步，所述芯轴套出口端的内侧壁与所述芯轴的外侧壁之间，设置有第二密封件；在所述第一密封件与所述第二密封件之间，形成一个由所述芯轴和所述芯轴套包围的环形空腔，所述环形空腔内设置有润滑油。该技术方案的技术效果在于：第二密封件的第一个作用在于防止返入环空的泥浆进入芯轴和芯轴套之间的缝隙，第二个作用在于防止润滑油的泄露；润滑油的作用在于减小芯轴和芯轴套之间的摩擦，增加两者的使用寿命。

进一步，所述芯轴套的内侧壁与所述芯轴的外侧壁之间，还设置有限位部件；所述限位部件用于阻止所述芯轴脱离所述芯轴套。该技术方案的技术效果在于：芯轴的作用一方面在于引导高压泥浆流向叶轮和钻头，另一方面在于随着周期性波动的泥浆压力产生轴向的高频振动，如果芯轴离开了芯轴套内侧所包含的范围，就丧失了其本身的作用，故设置该限位部件能够保证芯轴的正常工作。