專利名稱：地面遙控可調(diào)彎接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于在鉆井工藝中，在地面進(jìn)行控制井底鉆頭鉆進(jìn)方向的井下導(dǎo)向工具。
目前，現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)造斜等需要改變井底鉆頭鉆進(jìn)方向的技術(shù)，大都是通過起鉆，在地面更換固定角度的彎接頭，然后在下鉆。這一過程屬于鉆井“間斷”，不但耗用大量錢財(cái)又浪費(fèi)很多的時(shí)間，而時(shí)間對(duì)于鉆井的成本來說是非常重要的，因此，這一問題亟待解決。而目前在井下導(dǎo)向工具上，能夠?qū)崿F(xiàn)地面遙控并且角度可調(diào)的彎接頭方面還是空白。
本發(fā)明的結(jié)核及特征是這樣的一種地面遙控可調(diào)彎接頭，該地面遙控可調(diào)彎接頭設(shè)有上花鍵筒和下花鍵筒，上、下花鍵筒內(nèi)分別滑動(dòng)設(shè)置有上、下花鍵軸在其內(nèi)，上花鍵軸與上花鍵筒之間設(shè)有壓差結(jié)構(gòu)，所述的上花鍵筒、上花鍵軸與下花鍵軸的端部為三角楔形形狀，上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線與上、下花鍵筒外表面的夾角大于零。
上花鍵筒和上花鍵軸之間的壓差結(jié)構(gòu)為上花鍵軸端部一側(cè)與上花鍵筒內(nèi)壁之間構(gòu)成的腔通過上花鍵筒上的小孔與環(huán)空連通，并且上花鍵軸的與所述的腔相對(duì)的另一側(cè)與上花鍵筒內(nèi)壁構(gòu)成腔與鉆鋌內(nèi)腔連通。
所述的上花鍵筒與上花鍵軸之間設(shè)有上復(fù)位彈簧，下花鍵筒與下花鍵軸之間設(shè)有下復(fù)位彈簧。
所述的上花鍵筒、上花鍵軸與下花鍵軸的端部為三角楔形形狀，接觸面為相配合的斜面。
所述的下花鍵的鍵槽小于或等于上花鍵的鍵槽。
所述的上、下花鍵筒的接觸面與上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線垂直；上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線與上、下花鍵筒外表面的夾角大于零。
應(yīng)用本發(fā)明提供的地面遙控可調(diào)彎接頭，能夠?qū)崿F(xiàn)在地面通過泥漿排量的改變就能控制井下底部鉆具組合的彎接頭產(chǎn)生結(jié)構(gòu)彎角，彎角的大小有幾個(gè)檔位可供選擇(檔位的多少與花鍵的齒數(shù)有關(guān)，最高檔位的彎角值與上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線和上、下花鍵筒外表面夾角的大小有關(guān))，滿足定向控制技術(shù)的需要，只需花費(fèi)很少時(shí)間(一般在半小時(shí)以內(nèi))，從而減少了因起下鉆和更換彎接頭而浪費(fèi)的時(shí)間，節(jié)約了鉆井成本。


圖1為地面遙控可調(diào)彎接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、圖3、圖4、圖5為上、下花鍵筒產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理圖，圖中所示為上花鍵筒1、上花鍵軸2、下花鍵軸4、下花鍵筒5的端部的展開形狀。
圖6、圖7為上、下花鍵筒外表面產(chǎn)生角度的原理圖。
圖中件號(hào)簡(jiǎn)要說明1、上花鍵筒；2、上花鍵軸；3、上復(fù)位彈簧；4、下花鍵軸；5、下花鍵筒；6、下復(fù)位彈簧；7、上、下花鍵筒回轉(zhuǎn)中心線；8、上、下花鍵筒接觸面；9、小孔A、上花鍵筒1和上花鍵軸2所圍成的腔，其上花鍵筒1的壁上有通孔；B、上花鍵筒1和上花鍵軸2所圍成的腔，其上花鍵筒1的壁上無通孔。
較佳實(shí)施方式由圖1可知，地面遙控可調(diào)彎接頭主要是由上花鍵筒1、上花鍵軸2、上復(fù)位彈簧3、下花鍵軸4、下花鍵筒5、下復(fù)位彈簧6等組成。
本發(fā)明的地面遙控可調(diào)彎接頭，設(shè)有上花鍵筒1和下花鍵筒5，上、下花鍵筒內(nèi)分別設(shè)有上、下花鍵軸2、4在其內(nèi)滑動(dòng)，上花鍵軸2與上花鍵筒1之間設(shè)有壓差結(jié)構(gòu)，上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線7與上、下花鍵筒的外表面的夾角大于零。所述的上花鍵筒1和上花鍵軸2之間的壓差結(jié)構(gòu)為上花鍵軸2端部一側(cè)與上花鍵筒1內(nèi)壁之間形成的腔A通過小孔9與環(huán)空連通，并且上花鍵軸的與腔A相對(duì)的另一側(cè)與上花鍵筒內(nèi)壁形成的腔B與鉆鋌內(nèi)腔相連。進(jìn)一步，上花鍵筒1與上花鍵軸2之間設(shè)有上復(fù)位彈簧3，下花鍵筒4與下花鍵軸5之間設(shè)有下復(fù)位彈簧6。
由于鉆頭處泥漿的壓耗很大，所以鉆鋌內(nèi)泥漿的壓力大于環(huán)空內(nèi)泥漿的壓力。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，小孔9將上花鍵筒1和上花鍵軸2所圍成的A腔與環(huán)空連通，從而使A腔內(nèi)的泥漿壓力與環(huán)空內(nèi)的泥漿壓力相同，也就是與鉆鋌內(nèi)腔相連的B腔內(nèi)的泥漿壓力大于與環(huán)空連通的A腔內(nèi)的泥漿壓力，這一壓差作用在上花鍵軸2端面上所產(chǎn)生的力將使上花鍵軸2有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。這一壓差與泥漿的排量有關(guān)當(dāng)泥漿排量增大時(shí)，鉆鋌內(nèi)外的壓差變大，從而作用在上花鍵軸2上的力也變大；當(dāng)泥漿排量減小時(shí)，鉆鋌內(nèi)外的壓差變小，從而作用在上花鍵軸2上的力也變小。壓差產(chǎn)生的力與彈簧(上復(fù)位彈簧3和下復(fù)位彈簧6)產(chǎn)生的力及摩擦力組成一個(gè)力的平衡系統(tǒng)。當(dāng)壓差產(chǎn)生的力變大時(shí)，彈簧被壓縮，上花鍵軸2將向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)壓差產(chǎn)生的力變小時(shí)，彈簧展開，上花鍵軸2將向上運(yùn)動(dòng)。所以只要控制好泥漿的排量，就可以使上花鍵軸2產(chǎn)生向下和向上的運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)上花鍵軸2產(chǎn)生向下和向上的運(yùn)動(dòng)時(shí)，上花鍵筒1就會(huì)與下花鍵筒5產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其原理如下由于下花鍵鍵槽小于或等于上花鍵鍵槽的寬度，所以下花鍵軸4可以在這兩個(gè)花鍵筒內(nèi)同時(shí)滑動(dòng)。下花鍵軸4的下半部分一直在下花鍵筒5的同一鍵槽內(nèi)，但上半部分卻可以在上花鍵筒1的不同鍵槽內(nèi)不斷的輪換。這一輪換就使下花鍵軸4帶動(dòng)下花鍵筒5與上花鍵筒1發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。這一輪換的過程是這樣的起始位置如圖2所示，這時(shí)下花鍵軸4同時(shí)在上花鍵筒1與下花鍵筒5中。當(dāng)泥漿排量增大，壓差產(chǎn)生的力大于彈簧(上復(fù)位彈簧3和下復(fù)位彈簧6)產(chǎn)生的力與摩擦力之和時(shí)，上花鍵軸2將推著下花鍵軸4向下運(yùn)動(dòng)。下花鍵軸4未離開上花鍵筒1的鍵槽時(shí)，由于有鍵槽的阻當(dāng)，下花鍵軸4的上斜面不會(huì)與上花鍵軸2的下斜面發(fā)生滑動(dòng)；但當(dāng)下花鍵軸4離開上花鍵筒1的鍵槽時(shí)，下花鍵軸4的上斜面在壓差產(chǎn)生的力與彈簧產(chǎn)生的力的共同作用下，就會(huì)與上花鍵軸2的下斜面發(fā)生滑動(dòng)，從而使下花鍵軸4帶動(dòng)下花鍵筒5與上花鍵筒1發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。由于下花鍵軸4和上花鍵筒1端部斜面方向的限制，這一轉(zhuǎn)動(dòng)也使下花鍵軸4不能再回到上花鍵筒1的原來鍵槽內(nèi)。當(dāng)下花鍵軸4的上端尖部頂?shù)缴匣ㄦI軸2斜面的最底端時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)停止，如圖3所示。當(dāng)泥漿排量減小，彈簧(上復(fù)位彈簧3和下復(fù)位彈簧6)產(chǎn)生的力大于壓差產(chǎn)生的力與摩擦力之和時(shí)，上復(fù)位彈簧3就會(huì)將上花鍵軸2拉回去，這時(shí)下花鍵軸4在下復(fù)位彈簧6的作用下，其上斜面就會(huì)頂在上花鍵筒1的下斜面上，如圖4所示。在下復(fù)位彈簧6的作用下，下花鍵軸4與上花鍵筒1將沿斜面方向發(fā)生滑動(dòng)，從而帶動(dòng)下花鍵筒5與上花鍵筒1再次發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并最終使下花鍵軸4進(jìn)入上花鍵筒1的另一個(gè)鍵槽內(nèi)，如圖5所示。
如圖6所示，由于上花鍵筒1和下花鍵筒5的回轉(zhuǎn)中心線7與它們的外表面成一角度(所成角度的范圍與花鍵筒的長(zhǎng)度及直徑有關(guān)，一般小于5°)，且其接觸面8與回轉(zhuǎn)中心線7垂直，所以當(dāng)上花鍵筒1和下花鍵筒5之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們的外表面就會(huì)有角度的變化。這一角度就是我們用來改變底部鉆具組合鉆進(jìn)方向時(shí)所需要的角度。下花鍵軸4在上花鍵筒1的鍵槽內(nèi)每輪換一次時(shí)，就有一固定的角度變化，所以這一角度是可調(diào)的，只要控制好輪換的次數(shù)，這一角度就可以在幾個(gè)固定的檔位內(nèi)任我們選擇。當(dāng)旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，角度達(dá)到最大值(是回轉(zhuǎn)中心線7與上花鍵筒1或下花鍵筒5所成角度的兩倍)，如圖7所示。
綜上所述，當(dāng)改變泥漿的排量時(shí)，就改變了鉆鋌內(nèi)外泥漿的壓差，從而改變了作用在上花鍵軸2端面的力，在彈簧(上復(fù)位彈簧3和下復(fù)位彈簧6)產(chǎn)生的力的共同參與下，就能使上花鍵軸2產(chǎn)生向下和向上的運(yùn)動(dòng)。由于上花鍵筒1、上花鍵軸2、下花鍵軸4端部具有斜面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，就使得當(dāng)上花鍵軸2作向下和向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，上花鍵筒1會(huì)與下花鍵筒5產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線7與它們的外表面成一角度，且其接觸面8與回轉(zhuǎn)中心線7垂直，所以當(dāng)上花鍵筒1和下花鍵筒5之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們的外表面就會(huì)產(chǎn)生角度的變化，即所需要的角度。這就達(dá)到了本發(fā)明的目的在地面用泥漿排量的改變來控制井底彎接頭角度的改變。
權(quán)利要求
1.一種地面遙控可調(diào)彎接頭，其特征在于該地面遙控可調(diào)彎接頭設(shè)有上花鍵筒和下花鍵筒，上、下花鍵筒內(nèi)分別滑動(dòng)設(shè)置有上、下花鍵軸，上花鍵軸與上花鍵筒之間設(shè)有壓差結(jié)構(gòu)，上花鍵筒和上、下花鍵軸的端部為相配合的三角楔形形狀，上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線與上、下花鍵筒的外表面的夾角大于零。
2.如權(quán)利要求1所述的一種地面遙控可調(diào)彎接頭，其特征在于上花鍵筒和上花鍵軸之間的壓差結(jié)構(gòu)為上花鍵軸端部一側(cè)與上花鍵筒內(nèi)壁之間的腔通過上花鍵筒上的小孔與環(huán)空連通，并且上花鍵軸的與所述的腔相對(duì)的另一側(cè)與上花鍵筒內(nèi)壁構(gòu)成腔與鉆鋌內(nèi)腔連通。
3.如權(quán)利要求1所述的一種地面遙控可調(diào)彎接頭，其特征在于上花鍵筒與上花鍵軸之間設(shè)有上復(fù)位彈簧，下花鍵筒與下花鍵軸之間設(shè)有下復(fù)位彈簧。
4.如權(quán)利要求1所述的一種地面遙控可調(diào)彎接頭，其特征在于上花鍵筒、上花鍵軸與下花鍵軸的端部為三角楔形形狀，其接觸面為相配合的斜面。
5.如權(quán)利要求1所述的一種地面遙控可調(diào)彎接頭，其特征在于下花鍵的鍵槽小于或等于上花鍵的鍵槽。
6.如權(quán)利要求1所述的一種地面遙控可調(diào)彎接頭，其特征在于上、下花鍵筒的接觸面與上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線垂直；上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線與上、下花鍵筒外表面的夾角大于零。
全文摘要
本發(fā)明提供一種地面遙控可調(diào)彎接頭，該地面遙控可調(diào)彎接頭設(shè)有上花鍵筒和下花鍵筒，上、下花鍵筒內(nèi)分別設(shè)有上、下花鍵軸在其內(nèi)滑動(dòng)，上花鍵軸與上花鍵筒之間設(shè)有壓差結(jié)構(gòu)，上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線與上、下花鍵筒的外表面的夾角大于零。應(yīng)用本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)在地面通過泥漿排量的改變就能控制井下底部鉆具組合的彎接頭產(chǎn)生結(jié)構(gòu)彎角，結(jié)構(gòu)彎角的大小有幾個(gè)固定的檔位可供選擇，檔位的多少與花鍵的齒數(shù)有關(guān)，最高檔位的彎角值與上、下花鍵筒的回轉(zhuǎn)中心線和上、下花鍵筒外表面夾角的大小有關(guān)；進(jìn)而完成造斜、增斜、穩(wěn)斜、降斜等定向控制的需要。整個(gè)調(diào)節(jié)過程花費(fèi)時(shí)間很少，從而減少了因起下鉆和更換彎接頭而浪費(fèi)的時(shí)間，節(jié)約了鉆井成本。
文檔編號(hào)E21B17/02GK1395022SQ0112006
公開日2003年2月5日 申請(qǐng)日期2001年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月10日
發(fā)明者高德利, 張廣軍, 宋執(zhí)武, 劉鳳梧 申請(qǐng)人:石油大學(xué)(北京)