CN107091060B - 基于机械装置的多级水力加压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于常规井眼、小井眼及微小井眼钻井使用的基于机械装置的多级水力加压器，其技术方案为：上接头、各级活塞缸和下接头依次通过螺纹连接；水力加压器上接头下端与三级活塞缸采用螺纹连接；三级活塞缸、二级活塞缸与主活塞缸连接，三级活塞、二级活塞和主活塞分别安装在相应缸体内；主活塞缸与主活塞杆之间通过安装在缸体上的滚柱及开设在活塞杆上的键槽形成柔性连接；主活塞杆上端通过螺纹与主活塞连接，下端通过螺纹固定在下接头上。该水力加压器将泥浆动力转化为轴向推力，从而给钻头施加恒定的钻压，可以提高钻压的传递效率，有效解决钻井跳钻、托压等问题，延长钻头寿命，减少钻具疲劳失效，提高钻井效率。

Description

基于机械装置的多级水力加压器

技术领域

本发明涉及一种用于常规井眼、小井眼及微小井眼钻井时使用的基于机械装置的多级水力加压器，可用于石油、天然气开采过程中的井下作业。

背景技术

在石油天然气钻井作业时，常规井眼钻井中施加钻压的方式是依靠钻挺的重力向钻头施加钻压，进而实现钻头的破岩钻进，这种传统的刚性加压方式存在许多不可避免的弊病，如送钻不均匀、跳钻、钻具弯曲、托压等，这些弊病不仅影响着机械钻速，更易使钻柱和钻头急剧磨损，严重影响着钻头及钻具的寿命。

而小井眼、微小井眼钻井是一种新兴的高效率、低成本、低污染钻井技术，在采用微小井眼钻井时，由于使用的钻柱或连续油管的直径较小，材质比较柔软，刚度不大，因此不能使用类似用钻挺加压的刚性加压方式。特别是钻大位移井和水平井时，由于钻柱所受重力方向与井眼轴线方向有很大偏差，井壁差异以及岩屑上返困难等原因，造成钻柱与井壁之间的摩擦阻力较大，导致钻压传递困难，因此需要借助水力加压器将钻井液的压力转化为轴向推力进行柔性加压，向井底钻头提供稳定的轴向压力。

现有的水力加压器通过在缸体内安装节流喷嘴或者在缸体下部安装喷嘴短节实现节流作用，井下作业时，一旦喷嘴损坏或者阻塞，会造成加压器无法工作、钻井泵憋压；现有水力加压器主要通过六方钻杆或者花键传递扭矩，在扭矩较大时，缸体与钻杆或者内外花键配合面的接触压力较大，当配合间隙变大时易出现线接触，造成钻杆或花键卡死在缸体内。因此，通过上述方式进行工作的水力加压器受到钻井要求的限制，开发新型水力加压器势在必行。

发明内容

为解决背景技术中所述的油气生产过程中的跳钻、托压、钻压传递困难以及现有水力加压器喷嘴易损坏、易卡死等问题，实现钻压的有效传递，提高钻井效率，本发明提供了一种基于机械装置的多级水力加压器。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：所述基于机械装置的多级水力加压器，由上接头、密封圈a、三级活塞、三级活塞缸、密封圈b、密封圈c、二级活塞、二级活塞缸、密封圈d、主活塞、密封圈e、密封圈f、主活塞缸、主活塞杆、密封圈g、滚柱和下接头组成，其特征在于：所述上接头、三级活塞缸、二级活塞缸、主活塞缸和下接头依次通过螺纹连接；所述三级活塞缸通过螺纹与上接头下端相连，密封圈a、三级活塞、密封圈b依次安装在三级活塞缸内部；所述二级活塞缸与三级活塞缸通过螺纹连接，密封圈c、二级活塞、密封圈d位于二级活塞缸内；所述主活塞缸位于二级活塞缸与下接头之间，主活塞、和密封圈f、密封圈g、主活塞杆依次装入主活塞缸内部；所述主活塞缸与主活塞杆之间通过安装在缸体上的滚柱及开设在活塞杆上的键槽实现柔性连接；所述滚柱通过螺纹配合安装在主活塞缸缸体上，周向均匀布置，数量为36件；所述主活塞杆与主活塞缸之间通过滚柱和键槽配合传递扭矩，主活塞杆与安装在主缸体内的主活塞之间通过螺纹连接，并使用密封圈e实现密封；所述下接头通过螺纹固定在主活塞杆下端，下接头下端与钻头或其他井下工具相连；所述三级活塞、二级活塞和主活塞的行程相同，在三级活塞和二级活塞下端周向均匀设置有4个过流通道；所述三级活塞缸、二级活塞缸和主活塞缸缸体上周向均匀设置有阻尼孔使缸体下腔与井眼环空相连。

本发明的有益效果是：(1)水力加压器内部无喷嘴，通过钻头喷嘴和井下动力工具的节流与流阻作用，在水力加压器活塞上、下端面形成较大压差，推动各级活塞向下运动，进而向钻头提供足够的轴向压力；(2)采用独特的滚柱和键槽配合结构，大大克服了钻井过程中自身产生的摩擦力，使加压器的轴向推力直接作用在钻头上。而扭矩则只通过滚柱、键槽配合和一个螺纹连接直接传递给下部钻头，连接少、可靠性高，不会造成缸体与活塞杆的卡死，在合理减少摩擦的同时，又能提高钻井稳定性；(3)该水力加压器结构简单、工作可靠、使用寿命长，既可以实现钻压的有效传递，提高机械钻速，又可以延长钻头寿命，减少钻具疲劳失效，提高钻井效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1-上接头，2-密封圈a，3-三级活塞，4-三级活塞缸，5-密封圈b，6-密封圈c，7-二级活塞，8-二级活塞缸，9-密封圈d，10-主活塞，11-密封圈e，12-密封圈f，13-主活塞缸，14-主活塞杆，15-密封圈g，16-滚柱，17-下接头。

图2为本发明图1中A-A面的截面图。

图3为柱塞的结构示意图。

图4为主活塞缸的结构示意图。

图5为主活塞杆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图对本发明作进一步说明：

根据附图所示，所述的基于机械装置的多级水力加压器，由上接头1、密封圈a2、三级活塞3、三级活塞缸4、密封圈b5、密封圈c6、二级活塞7、二级活塞缸8、密封圈d9、主活塞10、密封圈e11、密封圈f12、主活塞缸13、主活塞杆14、密封圈g15、滚柱16和下接头17组成，其特征在于：所述三级活塞缸4通过螺纹与上接头下端相连，将密封圈a2、三级活塞3、密封圈b5依次安装在三级活塞缸4内部；然后将密封圈c6、二级活塞7、密封圈d9安装在二级活塞缸8内；所述主活塞缸13位于二级活塞缸8与下接头17之间，依次将主活塞10、和密封圈f12、密封圈g15、主活塞杆14依次装入主活塞缸13内部；所述主活塞杆14与主活塞缸13之间通过开在活塞杆上的键槽和安装在缸体上的滚柱16形成柔性连接，主活塞杆14与安装在主缸体内的主活塞10之间通过螺纹连接，并使用密封圈e11实现密封；所述下接头17通过螺纹固定在主活塞杆14下端，下接头17下端与钻头或其他井下工具相连；最后依次将三级活塞缸4、二级活塞缸8、主活塞缸13通过螺纹连接，即完成三级单行程水力加压器的组装。

工作时，开泵循环钻井液，当钻井液流经水力加压器时，通过下接头17下方钻头喷嘴和井下动力工具的节流与流阻作用，在水力加压器活塞上、下端面形成较大压差，推动各级活塞同时向下运动，通过安装在主活塞缸13上的滚柱16与开设在主活塞杆14上的键槽配合，使活塞的轴向推力直接作用在钻头上，钻压为所有活塞上的压力之和；当扭矩通过上部钻具传递至与钻具连接的上接头1带动水力加压器外部结构旋转，同时通过主活塞缸13与主活塞杆14上的滚柱16、键槽结构，将加压器外部结构所受的扭矩传递给下接头17，从而将扭矩传递给下部钻具或者钻头上，使钻头牙齿吃入地层而破碎岩石。

Claims (2)

1.基于机械装置的多级水力加压器，由上接头(1)、密封圈a(2)、三级活塞(3)、三级活塞缸(4)、密封圈b(5)、密封圈c(6)、二级活塞(7)、二级活塞缸(8)、密封圈d(9)、主活塞(10)、密封圈e(11)、密封圈f(12)、主活塞缸(13)、主活塞杆(14)、密封圈g(15)、滚柱(16)和下接头(17)组成，其特征在于：所述上接头(1)、三级活塞缸(4)、二级活塞缸(8)、主活塞缸(13)和下接头(17)依次通过螺纹连接；所述三级活塞缸(4)通过螺纹与上接头下端相连，密封圈a(2)、三级活塞(3)、密封圈b(5)依次安装在三级活塞缸(4)内部；所述二级活塞缸(8)与三级活塞缸(4)通过螺纹连接，密封圈c(6)、二级活塞(7)、密封圈d(9)位于二级活塞缸(8)内；所述主活塞缸(13)位于二级活塞缸(8)与下接头(17)之间，主活塞(10)、和密封圈f(12)、密封圈g(15)、主活塞杆(14)依次装入主活塞缸(13)内部；所述主活塞缸(13)与主活塞杆(14)之间通过安装在缸体上的滚柱(16)及开设在活塞杆上的键槽实现柔性连接；所述滚柱(16)通过螺纹配合安装在主活塞缸(13)缸体上，周向均匀布置，数量为36件；所述主活塞杆(14)与主活塞缸(13)之间通过滚柱(16)和键槽配合传递扭矩，主活塞杆(14)与安装在主缸体内的主活塞(10)之间通过螺纹连接，并使用密封圈e(11)实现密封；所述下接头(17)通过螺纹固定在主活塞杆(14)下端，下接头(17)下端与钻头或其他井下工具相连；所述三级活塞(3)、二级活塞(7)和主活塞(10)的行程相同，在三级活塞(3)和二级活塞(7)下端周向均匀设置有4个过流通道；所述三级活塞缸(4)、二级活塞缸(8)和主活塞缸(13)缸体上周向均匀设置有阻尼孔使缸体下腔与井眼环空相连。

2.根据权利要求1所述的基于机械装置的多级水力加压器，其特征在于：所述密封圈a(2)、密封圈b(5)、密封圈c(6)、密封圈d(9)、密封圈f(12)和密封圈g(15)数量均为2件。