[发明专利]井下液压式加压推进器

说明书

本发明是一种用于钻水平井的水力加压送进的井下液压式加压推进器，它是与井下动力钻具配套使用的钻井工具。

在石油及地质勘探钻井作业中，钻压是通过一部分钻柱的自重加到钻头上实现的，而随着勘探开发及钻井技术发展提高，水平井身的设计越来越多。当钻水平井时，钻头送进方向与钻柱重力方向成一定角度，靠钻柱重力向钻头施加钻压就显得很困难，特别是夹角为90°时更难以实现，在钻长距离水平井段时的钻杆送进时也会遇到同样困难，因而影响钻井速度。传统的向钻头施加钻压的办法在钻水平井时已显得很不适用。

本发明目的是提供一种以钻井泥浆作为动力液，不需钻柱自重，自动完成钻头的轴向加载和钻杆的爬行，在井下向钻头提供钻压送进钻杆的井下液压式加压推进器。

本发明采取的技术方案是：它由上缸体1、上活塞4、伸缩轴5、导向短节6、下活塞7、及支撑短节11组成，其换向阀3固定在上缸体1壁内，各液压腔（A，B，C，D）在上缸体1壁内部连通，在伸缩轴5上开有与换向阀3各液压腔（A，B，C，D）相对应的流道，与换向阀3共同完成换向控制，伸缩轴5上固定装有上活塞4，它可在上缸体1内往复移动，在伸缩轴5上联结有支撑短节11。

本发明还采取的技术方案是：支撑短节11上铰链连接有支撑爪8，其内装有下活塞7和弹簧10，下活塞7上装有凸起的斜块9，与支撑爪8上的凹槽相互对应，它们组成支撑复位机构。

本发明的工作原理是：通过换向阀3，给连接伸缩轴5的上活塞4上腔或下腔注入高压泥浆，使伸缩轴5能够前伸或后缩，前伸时，给钻头加轴向载荷;后缩时，由于支撑短节11上设置了支撑机构，使整个钻杆向前爬行。

本发明附图说明如下：

图1为井下液压式加压推进器整体结构示意图;

图2为井下液压式加压推进器工作状态示意图。

以下结合附图详细说明本发明的结构和工作原理。

如图1所示，井下液压式加压推进器主要由：上缸体1、阀芯2、换向阀3、上活塞4、伸缩轴5、导向短节6、下活塞7、支撑爪8、斜块9、弹簧10及支撑短节11等构件组成。换向阀3固定在上缸体1壁内，各液压腔（A，B，C，D）在上缸体1壁内部连通，连通的方法可采用在缸体上开槽和埋管线。上缸体1与导向短节6之间及伸缩轴5与支撑短节11之间为丝扣连接。伸缩轴5上固定装有上活塞4，它可在上缸体1内上下移动。三个支撑爪8圆周均布，被铰链连接在支撑短节11上。其内装有下活塞7和弹簧10，下活塞7上装有三个凸起的斜块9，它们与支撑爪8上的凹槽相互对应。井下液压式加压推进器的上端与钻杆连接，下端与井下动力钻具（螺杆钻具、涡轮钻具等）连接。

本结构的工作过程是：在下钻及起钻时，如附图1所示（状态一）。即换向阀3的C、D腔与环空O相通，阀芯2、伸缩轴5均在左端（上位）。当有泥浆循环打钻时、高压动力液由上端U口流入，经P孔至A腔，换向阀3的阀芯2右移，到达右位时C腔为高压，B腔与环空O相通为低压，造成上活塞4的M、N两端面的压差△P_MN，产生轴向力F，F＝△P_MN×S_MN，S_MN为活塞受压面面积。轴向力F产生钻压作用于钻头。随着钻头切削岩石，伸缩轴5继续前伸，上缸体1内腔中的液体经B腔至环空O排空。当伸缩轴5前伸至右端（下位）时，如附图2所示（状态二）。在此同时，高压液体来流造成下活塞7的V、W两端面压差，下活塞带动斜块9左移，使支撑爪8打开，支撑在井壁上。

如图2所示，A腔与环空O相通为低压腔，D腔与P孔连通为高压腔，换向阀3换向至左端，造成B腔高压，C腔低压，上活塞4的M、N两端面产生压差△P_MN下，伸缩轴5欲后退，但因支撑爪打开，锁定在井壁上，伸缩轴5不能后退，在摩擦力作用下，上缸体1连同导向短节6带动后面的钻杆向前爬行，回复至状态一。如此交替进行，即伸缩轴5前伸、支撑爪8收回，加钻压;支撑爪打开，钻杆向前爬行，给钻头加压并送进钻杆。

在起钻作业时，卸掉泵压，弹簧10使下活塞7复位，斜块9带动支撑爪8关闭，不至划井壁或遇卡。

在不打钻只循环泥浆作业时，用钢丝绳将钻杆、井下液压式加压推进器及钻具、钻头组合悬挂起来，钻头提离井底，此时支撑爪打开，由于上部钢丝绳的拉力，抑制了整个机构的向前爬行，达到单纯循环泥浆而不钻进的目的。

当用该装置作为连续软管的牵引设备时，可在上缸体1的上端再连接一支撑短节组件，靠支撑爪在井壁的锁定动作牵引软管前行。

井下液压式加压推进器是自动控制，使用方便，它为水平井钻井，特别是长距离水平井段钻进作业提供了必要的设备。