[发明专利]一种机械变径稳定器

说明书

本发明提供了一种机械变径稳定器，主要由上接头、销钉、传动轴、轴状翼板、下接头、端盖、双向凸轮、导向轮、单向凸轮和外筒组成。摆工具面或复合钻进时，传动轴由上部钻具驱动顺时针旋转，轴状翼板收回，机械变径稳定器相当于钻柱稳定器。滑动钻进时，传动轴由下部钻具驱动逆时针旋转，轴状翼板伸出且嵌进井壁，阻止螺杆钻具反扭矩向上传递，消除螺杆钻具反扭角，彻底解决定向井、水平井钻井过程中螺杆钻具滑动钻进定向困难。

技术领域

本发明专利属于石油钻井机械领域，具体涉及一种机械变径稳定器，作为螺杆钻具配套工具用来消除螺杆钻具反扭角，解决定向井、水平井螺杆钻具滑动钻进定向困难，提高定向钻井速度，降低定向钻井成本。

背景技术

在定向井、水平井钻井过程中，通常使用螺杆钻具和MWD/LWD仪器滑动钻进来调整井眼轨迹，或者说改变井眼空间钻进方向，因此，定向钻进也称为滑动钻进。滑动钻进时，螺杆钻具弯角所在平面上倾方向称为工具面，弯曲井眼弯角所在平面上倾方向称为井眼高边，二者之间夹角称为装置角，因此，工具面等于井眼高边与装置角二者之和。

滑动钻进时，由于井眼轨迹、钻具组合、钻头类型及泥浆性能等因素影响，不同井眼或同一个井眼不同井段均存在不同程度定向困难，或者说，工具面不稳，严重影响滑动钻进作业效率和钻井速度。

工具面不稳主要与螺杆钻具结构有关。当螺杆钻具传动轴驱动钻头破岩钻进时，螺杆钻具外壳反扭矩驱动螺杆钻具及上部钻具逆时针旋转直至反扭矩被井壁磨阻抵消为止，我们把螺杆钻具逆时针旋转角度称为螺杆钻具反扭角。因此，定向摆工具面时必须考虑螺杆钻具反扭角，或者说，工具面等于井眼高边、装置角与反扭角三者之和。对于某种规格型号螺杆钻具来说，当钻井液排量一定时，螺杆钻具输出功率是一个定值。滑动钻进时，如果均匀送钻，螺杆钻具输出扭矩相对稳定，反扭角也相对稳定，因此，工具面相对稳定；如果增加(或减少)钻压，螺杆钻具输出扭矩增加(或减少)，反扭角也增大(或减小)，因此，工具面不稳。实际上，工具面不稳是由螺杆钻具反扭角变化所造成的。

根据多年钻井现场经验，本发明专利提出了一种机械变径稳定器。机械变径稳定器通常连接在螺杆钻具上部，滑动钻进时阻止螺杆钻具外壳反扭矩向上传递。由于螺杆钻具外壳长度较短，刚性较大，因此，螺杆钻具反扭角可以忽略不计。没有螺杆钻具反扭角，工具面就不会因螺杆钻具反扭角变化而不稳，因此，彻底解决螺杆钻具滑动钻进定向困难。

发明专利内容

本发明专利的目的是提供一种机械变径稳定器，作为螺杆钻具配套工具用来消除螺杆钻具反扭角，解决定向井、水平井螺杆钻具滑动钻进定向困难，提高定向钻井速度，降低定向钻井成本。

本发明专利采用的具体技术方案是：

机械变径稳定器主要由上接头、销钉、传动轴、轴状翼板、下接头、端盖、双向凸轮、导向轮、单向凸轮和外筒组成。

上接头是中孔、厚壁金属圆柱体。从外部来看，上接头是圆柱体，可称为咬合段，用于现场钳头咬合上、卸扣操作。从内部来看，上接头上端是石油钻具螺纹，用于连接上部钻具；石油钻具螺纹下面是钻井液流道；钻井液流道下面或上接头下端是特殊螺纹，用于连接传动轴。

传动轴是中孔、厚壁金属轴。从外部来看，传动轴中部是扭矩传动段，扭矩传动段可设计成花键轴，或多棱等边柱体，或椭圆柱体，或其他形状柱体，用于安装双向凸轮、导向轮和单向凸轮，单向凸轮在中间，导向轮和双向凸轮在两侧且对称安装，同时，传动轴通过扭矩传动段将扭矩传递给双向凸轮和单向凸轮，驱动双向凸轮和单向凸轮同步旋转；传动轴两端是特殊螺纹，用于连接上接头和下接头；传动轴中部扭矩传动段和两端特殊螺纹中间是圆轴段，用于安装端盖，两端圆轴段直径可相等或不相等，但至少一端圆轴段直径小于扭矩传动段直径，因此，两个端盖中孔直径可相等或不相等，且均与对应圆轴段直径相等。从内部来看，传动轴内部是钻井液流道。