CN106150384B - 动力钻具工作状态控制工具 - Google Patents

Abstract

本发明属于钻井工程领域，具体地，涉及一种动力钻具工作状态控制工具，用于定向井钻井过程中，按照钻进需要控制动力钻具的启动及停止。动力钻具工作状态控制工具，包括：工具芯轴、抗冲环体、传扭泄压筒、防脱卡环及防脱短接；工具芯轴外由上至下依此设有抗冲环体、传扭泄压筒、防脱卡环及防脱短接。本发明可根据测量过程需要启动及停止动力钻具的工作状态，从而从根本上抑制动力钻具本身及动力钻具带动钻头与井底及井壁作用引起的相关噪声；工具结构简单、长度短，使用时不影响动力钻具及随钻测量工具的工作，有益于长时间工作，有利于现场使用；安装及使用方便，维修简单，安全性好，能够满足长时间工作于井下恶略环境之中的要求。

Description

动力钻具工作状态控制工具

技术领域

本发明属于钻井工程领域，具体地，涉及一种动力钻具工作状态控制工具，用于定向井钻井过程中，按照钻进需要控制动力钻具的启动及停止。

背景技术

由于勘探开发的深入，定向井、水平井、分支井等特殊工艺井逐渐成为目前油气勘探开发的主要井型。相对于直井而言，这些特殊工艺井中井下钻柱状态更加复杂，需要获取的井下参数更加繁多，对井下信息传输的传输速率、传输数据量要求更高。当前井下信息无线传输技术中的声波传输技术由于传输效率高、成本较低且适用范围广等优点而呈现出较好的发展势头，若能够将该方法广泛应用于钻井工程领域，其必能大幅推动井下过程的实时监测和智能化控制的实现步伐。然而，钻井过程中钻头破岩、钻井液循环及钻机工作等产生的噪声对声载波干扰问题始终未能够很好解决，最终影响着井下信息声传输技术的实现。在诸多噪声之中，因开泵使得动力钻具工作，从而带动钻头与井壁或井眼的碰撞、摩擦产生的噪声因其强度大、频带宽的特性而成为井下信息传输声载波的最主要干扰因素。若能够使得测斜过程中动力钻具停止工作、钻进时动力钻具开始工作，则动力钻具钻进噪声可有效消除。因此，研发动力钻具工作状态控制工具来根据钻井状态控制井下动力钻具的工作状态对定向井测斜过程中噪声的抑制及规避非常有意义，对井下信息声传输技术的实现具有重要作用。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种动力钻具工作状态控制工具，该工具能够使得测斜时停止动力钻具工作，钻进时启动动力钻具钻进，从而规避井下信息声传输过程钻头滑磨井壁的噪声，实现声载波无干扰传输的目的。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

动力钻具工作状态控制工具，包括：工具芯轴、抗冲环体、传扭泄压筒、防脱卡环及防脱短接；工具芯轴外由上至下依次设有抗冲环体、传扭泄压筒、防脱卡环及防脱短接。

相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

1、可根据测量过程需要启动及停止动力钻具的工作状态，从而从根本上抑制动力钻具本身及动力钻具带动钻头与井底及井壁作用引起的相关噪声；

2、工具结构简单、长度短，使用时不影响动力钻具及随钻测量工具的工作，有益于长时间工作，有利于现场使用；

3、安装及使用方便，维修简单，安全性好，能够满足长时间工作于井下恶劣环境之中的要求。

附图说明

图1是动力钻具工作状态控制工具测斜状态整体结构图；

图2是动力钻具工作状态控制工具钻进状态整体结构图；

图3是动力钻具工作状态控制工具A-A剖面图；

图4是工具芯轴结构图；

图5是抗冲环体结构图；

图6是传扭泄压筒结构图；

图7是防脱短接结构图；

图中：1、工具芯轴，2、抗冲环体，3、花键腔密封总成，4、传扭泄压筒，5、注油孔，6、防脱卡环，7、防脱短接，8、动力钻具联通流道，9、环空泄流孔，10、芯轴分流孔道，101、钻具连接扣，102、钻井液内流道，103、紧扣端面，104、抗冲环体安装扣，105、密封柱面，106、外花键，107、防脱卡槽，108、流道控制轴面，201、心轴连接扣，202、安装扶正面，203、防冲击端面，401、泄压筒外柱面，402、密封注油孔，403、防脱短接连接扣，404、滑动密封端面，405、调液腔，406、内花键，701、防脱短接外柱面，702、动力钻具外壳连接扣，703、丝扣扶正面，704、泄压筒连接扣，705、卡环限位面，706、流道控制孔面。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，动力钻具工作状态控制工具，包括：工具芯轴1、抗冲环体2、传扭泄压筒4、防脱卡环6及防脱短接7；工具芯轴1外由上至下依次设有抗冲环体2、传扭泄压筒4、防脱卡环6及防脱短接7。

如图4所示，所述的工具芯轴1内部设有钻井液内流道102，钻井液内流道102的顶端为钻具连接扣101，钻井液内流道102最底端轴向封闭；钻具连接扣101用于连接上部钻具组合，钻井液内流道102用于钻井液过流；钻井液内流道102底端沿径向设有动力钻具联通流道8，用于将钻井液导入动力钻具容积腔；工具芯轴1外部由上到下依次为紧扣端面103、抗冲环体安装扣104、密封柱面105、外花键106、防脱卡槽107、流道控制轴面108；紧扣端面103外径与上部钻具外径相同，用于为连接上部钻具提供紧扣空间；抗冲环体安装扣104用于安装抗冲环体2；密封柱面105直径小于抗冲环体安装扣104小径，用于为传扭泄压筒4与工具芯轴1间相对轴向滑动提供密封面；外花键106大径略小于密封柱面105直径，用于与传扭泄压筒4配合，实现传扭泄压筒4与工具芯轴1间周向不旋转；防脱卡槽107内圆柱面直径小于外花键106小径，用于安装防脱卡环6；流道控制轴面108直径大于防脱卡槽107内圆柱面直径，小于外花键106大径，用于与防脱短接7配合实现动力钻具定子与转子间钻井液的过流控制；密封柱面105与钻井液内流道102间周向开有芯轴分流孔道10。

如图5所示，抗冲环体2外部为圆柱面，其直径等于紧扣端面103外径；抗冲环体2内由上至下设有心轴连接扣201、安装扶正面202；心轴连接扣201扣型与抗冲环体安装扣104相同，使得抗冲环体2安装于工具芯轴1之上；安装扶正面202与密封柱面105间隙配合，实现抗冲环体2安装过程中的扶正；安装扶正面202上开有密封槽，用于安装密封从而实现安装扶正面202与密封柱面105间密封；抗冲环体2底端面为防冲击端面203，防冲击端面203为圆环面，用于承受抗冲环体2与传扭泄压筒4产生的冲击。

如图6所示，传扭泄压筒4外侧上部为泄压筒外柱面401，下部为防脱短接连接扣403；泄压筒外柱面401为直径等于紧扣端面103直径的圆柱面，泄压筒外柱面401中部开有环空泄流孔9；防脱短接连接扣403用于连接防脱短接7；传扭泄压筒4内侧上部为滑动密封端面404，下部为内花键406；滑动密封端面404为直径小于密封柱面105直径的圆柱面，其上开有密封槽，用于实现滑动密封端面404与密封柱面105间的密封；滑动密封端面404中部密封槽之间开有圆环形调液腔405，调液腔405与环空泄流孔9相连，用于将钻井液引入环空；内花键406与外花键106相配合，实现传扭泄压筒4与工具芯轴1间周向不旋转；泄压筒外柱面401与滑动密封端面404间开有密封注油孔402，用于为密封注油润滑；泄压筒外柱面401与内花键405间开有注油孔5，用于为花键配合注油润滑。

所述防脱卡环6为内径大于防脱卡槽107直径，外径小于卡环限位面705直径的两个半圆圆环。

如图7所示，防脱短接7外侧上部为防脱短接外柱面701，中部为动力钻具外壳连接扣702，下部为丝扣扶正面703；防脱短接外柱面701为直径等于紧扣端面103直径的圆柱面；动力钻具外壳连接扣702为钻具连接扣，用于连接动力钻具外壳，该扣可以为公扣或母扣；下部丝扣扶正面703为直径小于动力钻具外壳连接扣702小端小径的圆柱面，用于为防脱短接7与动力钻具连接时提供居中扶正；防脱短接7外侧上部为泄压筒连接扣704，中部为卡环限位面705，下部为流道控制孔面706；泄压筒连接扣704为钻具连接扣，用于与防脱短接连接扣403配合连接，实现防脱短接7与传扭泄压筒4的连接；卡环限位面705为直径大于防脱卡环6外圆柱面内径的圆柱面，用于与防脱卡环6间隙配合实现防脱卡环6轴向固定于防脱卡槽107之内；流道控制孔面706为直径大于流道控制轴面108内径的圆柱面，用于与流道控制轴面108间隙配合实现对动力钻具联通流道8的阻断及放开；流道控制孔面706上开有密封槽，用于安装密封从而实现安装流道控制轴面108与流道控制孔面706间密封。

动力钻具工作状态控制工具连接关系：

抗冲环体2通过心轴连接扣201与抗冲环体安装扣104螺纹连接安装于工具芯轴1上部；传扭泄压筒4与防脱短接7通过防脱短接连接扣403与泄压筒连接扣704螺纹连接成一体，安装于工具芯轴1中部，传扭泄压筒4与防脱短接7螺纹连接体通过外花键106与内花键406的配合实现轴向可滑动、周向不旋转；防脱卡环6安装于工具芯轴1中部防脱卡槽107中，防脱短接7的卡环限位面之内；注油孔5上安装有油堵；传扭泄压筒4滑动密封端面404内安装花键腔密封总成3。

动力钻具工作状态控制工具控制动力钻具工作状态原理：

1、测斜数据声传输过程：

如图1所示，测斜过程中，钻头提离井底，因摩擦力及重力作用，动力钻具拉动传扭泄压筒4与防脱短接7的螺纹连接体相对于工具芯轴1向下运动，工具芯轴1上的动力钻具联通流道8进入防脱短接7之内，通往动力钻具定子与转子腔体的流道被堵死，动力钻具停止旋转，与此同时，工具芯轴1上芯轴分流孔道10与传扭泄压筒4上的调液腔405及环空泄流孔9相连通，钻井液全部通过芯轴分流孔道10与传扭泄压筒4上的调液腔405及环空泄流孔9构成的联通空间进入环空，实现循环，通过上述过程，在保证钻井液正常循环的前提下，停止了动力钻具工作，消除了动力钻具旋转及动力钻具带动钻头滑磨井壁或井底的噪声。

2、正常钻井钻进过程中：

如图2所示，正常钻井钻进过程中，井底钻具受压，上部钻具推力推动传扭泄压筒4与防脱短接7的螺纹连接体相对于工具芯轴1向上运动，工具芯轴1上的动力钻具联通流道8推出防脱短接7之外，通往动力钻具定子与转子腔体的流道被打通，钻井液流入动力钻具定子与转子间的腔体，同时，工具芯轴1上芯轴分流孔道10与传扭泄压筒4上的调液腔405及环空泄流孔9相分离，进入滑动密封端面404内，钻井液通过芯轴分流孔道10、调液腔405及环空泄流孔9进入环空的流道被堵塞，从而保证所有钻井液进入动力钻具容积腔内，动力钻具开始旋转，通过上述过程，实现了正常钻进过程中动力钻具旋转及动力钻具带动钻头破岩钻进。

Claims (1)

1.一种动力钻具工作状态控制工具，包括：工具芯轴、抗冲环体、传扭泄压筒、防脱卡环及防脱短接；其特征在于：工具芯轴外由上至下依次设有抗冲环体、传扭泄压筒、防脱卡环及防脱短接；所述的工具芯轴内部设有钻井液内流道，钻井液内流道的顶端为钻具连接扣，钻井液内流道底端轴向封闭；钻井液内流道底端沿径向设有动力钻具联通流道，工具芯轴外部由上到下依次为紧扣端面、抗冲环体安装扣、密封柱面、外花键、防脱卡槽、流道控制轴面；紧扣端面外径与上部钻具外径相同，密封柱面直径小于抗冲环体安装扣小径，外花键大径略小于密封柱面直径，防脱卡槽内圆柱面直径小于外花键小径，流道控制轴面直径大于防脱卡槽内圆柱面直径，小于外花键大径，密封柱面与钻井液内流道间周向开有芯轴分流孔道；抗冲环体外部为圆柱面，其直径等于紧扣端面外径；抗冲环体内由上至下设有心轴连接扣、安装扶正面；心轴连接扣扣型与抗冲环体安装扣相同，安装扶正面与密封柱面间隙配合，安装扶正面上开有密封槽，抗冲环体底端面为防冲击端面，防冲击端面为圆环面；传扭泄压筒外侧上部为泄压筒外柱面，下部为防脱短接连接扣；泄压筒外柱面为直径等于紧扣端面直径的圆柱面，泄压筒外柱面中部开有环空泄流孔；传扭泄压筒内侧上部为滑动密封端面，下部为内花键；滑动密封端面为直径小于密封柱面直径的圆柱面，其上开有密封槽，滑动密封端面中部密封槽之间开有圆环形调液腔，调液腔与环空泄流孔相连，内花键与外花键相配合，实现传扭泄压筒与工具芯轴间周向不旋转；泄压筒外柱面与滑动密封端面间开有密封注油孔，泄压筒外柱面与内花键间开有注油孔；所述防脱卡环为内径大于防脱卡槽直径，外径小于卡环限位面直径的两个半圆圆环；防脱短接外侧上部为防脱短接外柱面，中部为动力钻具外壳连接扣，下部为丝扣扶正面；防脱短接外柱面为直径等于紧扣端面直径的圆柱面；动力钻具外壳连接扣为钻具连接扣，下部丝扣扶正面为直径小于动力钻具外壳连接扣小端小径的圆柱面，防脱短接外侧上部为泄压筒连接扣，中部为卡环限位面，下部为流道控制孔面；泄压筒连接扣为钻具连接扣，卡环限位面为直径大于防脱卡环外圆柱面内径的圆柱面，流道控制孔面为直径大于流道控制轴面内径的圆柱面，流道控制孔面上开有密封槽，用于安装密封从而实现安装流道控制轴面与流道控制孔面间密封；钻具连接扣为公扣或母扣；动力钻具工作状态控制工具控制动力钻具工作状态原理：测斜过程中，钻头提离井底，因摩擦力及重力作用，动力钻具拉动传扭泄压筒与防脱短接的螺纹连接体相对于工具芯轴向下运动，工具芯轴上的动力钻具联通流道进入防脱短接之内，通往动力钻具定子与转子腔体的流道被堵死，动力钻具停止旋转，与此同时，工具芯轴上芯轴分流孔道与传扭泄压筒上的调液腔及环空泄流孔相连通，钻井液全部通过芯轴分流孔道与传扭泄压筒上的调液腔及环空泄流孔构成的联通空间进入环空，实现循环，通过上述过程，在保证钻井液正常循环的前提下，停止了动力钻具工作，消除了动力钻具旋转及动力钻具带动钻头滑磨井壁或井底的噪声；正常钻井钻进过程中，井底钻具受压，上部钻具推力推动传扭泄压筒与防脱短接的螺纹连接体相对于工具芯轴向上运动，工具芯轴上的动力钻具联通流道推出防脱短接之外，通往动力钻具定子与转子腔体的流道被打通，钻井液流入动力钻具定子与转子间的腔体，同时，工具芯轴上芯轴分流孔道与传扭泄压筒上的调液腔及环空泄流孔相分离，进入滑动密封端面内，钻井液通过芯轴分流孔道、调液腔及环空泄流孔进入环空的流道被堵塞，从而保证所有钻井液进入动力钻具容积腔内，动力钻具开始旋转，通过上述过程，实现了正常钻进过程中动力钻具旋转及动力钻具带动钻头破岩钻进。

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