[发明专利]一种钻井液注入和回流交换装置

说明书

钻井液注入和回流交换装置主要由套筒和芯筒组成。在旋转导向钻进过程中，非给定工具面方向套筒注入通道始终连通高压钻井液腔室，钻具水眼内钻井液通过高压钻井液腔室注入到非给定工具面方向柱塞缸，柱塞和翼板伸出挤压井壁。给定工具面方向套筒注入通道始终连通低压钻井液腔室，给定工具面方向柱塞缸内钻井液通过低压钻井液腔室回流到井眼环空，井壁挤压翼板和柱塞收回。旋转导向钻井工具周而复始旋转，钻具水眼内钻井液始终注入到非给定工具面方向柱塞缸，给定工具面方向柱塞缸内钻井液始终回流到井眼环空，挤压井壁所产生井壁反作用力通过旋转导向钻井工具驱动钻头按照给定工具面方向持续导向钻进。

技术领域

本发明专利属于旋转导向钻井工具配套装置，具体涉及一种钻井液注入和回流交换装置，用于解决旋转导向钻进过程中钻具水眼内钻井液注入到非给定工具面方向柱塞缸和给定工具面方向柱塞缸内钻井液回流到井眼环空问题。

背景技术

液压端壳体即是旋转导向钻井工具基本部件，又是柱塞缸、柱塞、翼板和压板等其他部件载体，其中，柱塞缸通过液压端壳体钻井液通道连通液压端壳体中孔。在旋转导向钻进过程中，液压端壳体中孔内钻井液注入到非给定工具面方向柱塞缸，柱塞和翼板伸出挤压井壁，推动钻头侧向切削井壁导向钻进，同时，给定工具面方向井壁挤压翼板和柱塞，迫使给定工具面方向柱塞缸内钻井液回流到井眼环空。如果柱塞和翼板上直接加工回流通道，那么，液压端壳体中孔内钻井液注入到非给定工具面方向柱塞缸时不仅会造成钻井液流失，而且，容易导致液压端壳体钻井液通道先期损坏。

本发明专利提供了一种钻井液注入和回流交换装置，把液压端壳体中孔分隔成高压钻井液腔室和低压钻井液腔室，不仅确保液压端壳体中孔内钻井液通过高压钻井液腔室注入到非给定工具面方向柱塞缸，而且，确保给定工具面方向柱塞缸内钻井液通过低压钻井液腔室回流到井眼环空。

发明专利内容

本发明专利属于旋转导向钻井工具配套装置，具体涉及一种钻井液注入和回流交换装置，用于解决旋转导向钻进过程中钻具水眼内钻井液注入到非给定工具面方向柱塞缸和给定工具面方向柱塞缸内钻井液回流到井眼环空问题。

本发明专利采用如下具体技术方案实现：

钻井液注入和回流交换装置主要由套筒和芯筒组成。

套筒为等壁厚圆管，管壁上部周向均布加工多个长条形注入通道，宽度极窄，管壁下部周向均布加工多个圆孔形回流通道，管壁外侧上端和回流通道口上、下位置加工密封槽，安装密封圈。

芯筒为非等壁厚圆管，由交换段和驱动段组成，属整体结构。交换段与套筒高度相同，管壁外侧加工上圆环密封面、两条轴向直密封面、中扇环密封面和下圆环密封面，密封面外径相等且与套筒中孔直径相同，其中，上圆环密封面、两条轴向直密封面和中扇环密封面围成一个钻井液凹槽且通过芯筒钻井液通道与芯筒中孔连通，称为高压钻井液凹槽，高压钻井液凹槽开口圆心角为任意值，上圆环密封面、两条轴向直密封面、中扇环密封面和下圆环密封面围成另一个钻井液凹槽且不通过芯筒钻井液通道与芯筒中孔连通，称为低压钻井液凹槽，钻井液凹槽外径相等且小于套筒中孔直径。驱动段外径不大于交换段外径，形成外台肩，用于安装限位，驱动段上部加工导向槽，技术规范与旋转导向钻井工具驱动管相匹配，导向槽方向代表芯筒工具面方向且与高压钻井液凹槽反向。

套筒和芯筒属偶件，配套安装在液压端壳体中孔，而且，套筒注入通道与液压端壳体钻井液通道对应连通，相互密封，回流通道与液压端壳体回流通道位置匹配，相互连通。芯筒高压钻井液凹槽与套筒管壁内侧组成高压钻井液腔室，钻具水眼内钻井液通过芯筒中孔、芯筒钻井液通道、高压钻井液腔室、套筒注入通道和液压端壳体钻井液通道注入到非给定工具面方向柱塞缸。芯筒低压钻井液凹槽与套筒管壁内侧组成低压钻井液腔室，给定工具面方向柱塞缸内钻井液通过液压端壳体钻井液通道、套筒注入通道、低压钻井液腔室、套筒回流通道和液压端壳体回流通道回流到井眼环空。