一種新型自動防噴渦輪鑽具定子的製作方法

2023-04-24 04:59:46 1

一種新型自動防噴渦輪鑽具定子的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用於油氣井的一種新型自動防噴渦輪鑽具定子，屬於石油天然氣鑽井井下裝置。它它主要由支座、端蓋、葉片、滾珠、環形齒條、連接螺栓組成。所述支座為環狀結構，內部開有滾道；支座在周向均勻分布有多個下半圓支撐孔和支撐槽；端蓋在周向均勻分布有多個上半圓支撐孔，與支座周向的下半圓支撐孔配合，固定多個葉片；端蓋內圈上開有限位槽，限位槽為半圓結構，它與葉片一端的限位塊配合，控制葉片的旋轉範圍；所述葉片上端為五次多項式葉型；葉片的中間部分為齒輪，並與環形齒條嚙合。本發明在發生井噴時，葉片採用聯動方式關閉，在壓井時，只要末級葉片上部壓力大於下部壓力，葉片就能自動打開，可提高壓井作業時的工作效率。
【專利說明】一種新型自動防噴渦輪鑽具定子

【技術領域】
[0001]本發明涉及用於油氣井的一種新型自動防噴渦輪鑽具定子，屬於石油天然氣鑽井井下裝置。

【背景技術】
[0002]在油氣勘探和開發過程中，不可控井噴式最危險的情形之一，含有各種毒害成分如H2S等的油氣井一旦發生井噴，會在一定範圍內造成嚴重的窒息、爆燃等事故，造成機毀人亡等災難性後果，同時傷害油氣層，嚴重破壞油氣資源，造成環境汙染，危及周圍群眾的生命財產安全，給國家、企業造成重大經濟損失和不良社會影響。
[0003]目前防噴設備主要包括井口防噴器和鑽柱內防噴器兩大類，但是這兩類防噴工具是分開使用，自動化程度不高，操作複雜，井噴事故仍有發生。現階段國內外針對防噴器的研究主要集中在井下防噴器，這種新式防噴器是一種集關閉鑽杆內環空、外環空於一體的井下井控工具。因此，設計一種可以在發生井噴時自動關閉內流道，可以與井下防噴器搭配使用，最大程度降低井噴發生的可能性十分必要。
[0004]因此設計一種定子可以在發生井噴時自動關閉渦輪鑽具內流道，可以與井下防噴器搭配使用，最大程度降低井噴發生的可能性十分必要。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種新型自動防噴渦輪鑽具定子，該定子具有自動防噴功能，安裝在渦輪鑽具多級定、轉子的末級。在井噴發生時，該定子的葉片會自動關閉，使得渦輪鑽具內流道被關閉，井底液體無法通過渦輪鑽具內部流道，達到防噴的目的；在壓井時，當上部壓強大於井底壓強時，末級自動防噴渦輪鑽具定子會自動打開，使得渦輪鑽具正常運行。
[0006]本發明所採用的技術方案是:
[0007]本發明一種新型自動防噴渦輪鑽具定子，它主要由支座、端蓋、葉片、滾珠、環形齒條、連接螺栓組成。所述支座為環狀結構，內部開有滾道；支座在周向均勻分布有多個下半圓支撐孔和支撐槽；支座上開有若干螺栓孔。
[0008]所述端蓋為環狀結構，內部開有槽；端蓋在周向均勻分布有多個上半圓支撐孔，與支座周向的下半圓支撐孔配合，固定多個葉片；端蓋內圈上開有限位槽，限位槽為半圓結構，它與葉片一端的限位塊配合，控制葉片的旋轉範圍；端蓋上開有若干螺栓孔，與支座通過螺栓連接。
[0009]所述葉片上端為五次多項式葉型；葉片的中間部分為齒輪，並與環形齒條嚙合；葉片下端為限位塊，限位塊為扇形結構，由半徑不同的優弧和劣弧構成。
[0010]所述環形齒條與葉片的齒輪嚙合；環形齒條的下端開有若干滾珠孔，用於安裝滾珠；環形齒條可以在支座中的滾道進行圓周運動。
[0011]安裝了自動防噴渦輪鑽具定子的井底動力鑽具系統，在正常工作或者壓井時，鑽井液沿鑽柱軸向流入渦輪鑽具，驅動多副渦輪鑽具轉子轉動，驅動鑽頭旋轉，此時末級定子葉片受到自上而下的鑽井液驅動，葉片會通過齒輪齒條聯動機構完全打開；在發生井噴時，井底液流自下而上流動，末級定子葉片葉背受到液體推力，使得葉片通過齒輪齒條聯動機構完全關閉，從而關閉內流道，阻止井底液流向井口噴出，減少井噴帶來的損失和危害。
[0012]本發明的有益效果和優點如下:1、本發明不會影響正常的鑽井工作，在正常鑽井時，末級葉片會一直保持打開狀態，保證正常鑽井的順利進行；2、在發生井噴時，末級葉片會自動關閉，反應速度快，且葉片採用聯動方式關閉，可以阻擋井底自下而上的巨大壓力；
3、在壓井時，只要末級葉片上部壓力大於下部壓力，葉片就能自動打開，可提高壓井作業時的工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發明一種新型自動防噴渦輪鑽具定子正常工作時定子的結構示意圖；
[0014]圖2為本發明的支座示意圖；
[0015]圖3為本發明的端蓋示意圖；
[0016]圖4為本發明的環形齒條示意圖；
[0017]圖5為本發明的葉片示意圖；
[0018]圖6為本發明的限位塊工作示意圖；
[0019]圖7為本發明的正常工作時的定子形態圖；
[0020]圖8為本發明在發生井噴時定子形態圖。
[0021]圖中:1.支座，2.端蓋，3.螺栓孔，4.葉片，5.螺栓，6.齒輪，7.環形齒條，8.滾珠，9.滾道，10.下半圓支撐孔，11.支撐槽，12.上半圓支撐孔，13.限位槽，14.滾珠孔。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例，進一步說明本發明:
[0023]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，本發明一種新型自動防噴渦輪鑽具，主要由支座1、端蓋2、葉片4、螺栓5、環形齒條7、滾珠8組成。所述支座I為環形結構，內部開有滾道9 ;支座I在周向均勻分布有多個下半圓支撐孔10和支撐槽11 ;支座上開有若干螺栓孔3。
[0024]如圖3所示，所述端蓋2為盤狀結構，內部開有槽；端蓋2在周向均勻分布有多個上半圓支撐孔12，與支座I周向的下半圓支撐孔10配合，用於固定多個葉片4 ;端蓋2內圈上開有限位槽13，它與葉片一端的限位塊5配合，控制葉片的旋轉範圍；端蓋上開有若干螺栓孔3，與支座I通過螺栓5連接。
[0025]如圖4所示，所述環形齒條7與葉片4的齒輪6嚙合；環形齒條7的下端開有若干滾珠孔14，用於安裝滾珠8 ;環形齒條7可以在支座I中的滾道9進行圓周運動。
[0026]如圖5、圖6所示，所述葉片4上端為五次多項式葉型，中間部分為齒輪6 ;葉片4下端為限位塊5 ;限位塊5為扇形結構，由兩段半徑不同的圓弧組成，其中優弧部分半徑與限位槽13 —致，劣弧部分半徑與支撐槽11 一致；由於限位槽13與支撐槽11存在半徑差，使得兩個半圓形槽貼合在一起形成臺階面；在葉片4打開或關閉時，限位塊5的兩個側面分別與兩個臺階面接觸，以達到限位的目的。
[0027]正常工作或者壓井時，鑽井液由鑽柱軸向流入定子，此時葉片4受到自上而下的鑽井液驅動，葉片4會圍繞齒輪6的軸心順向轉動，多個葉片4通過環形齒條7進行聯動整體打開；當限位塊5隨齒輪轉動，接觸到限位槽13和支撐槽11形成的右側臺階面時(如圖6所示)，葉片4完全打開，定子形成正常工作時的形態(如圖7所示)；由於正常鑽井時，鑽井液會不斷自上而下流過葉片，葉片4會一直保持正常工作時的形態。
[0028]在發生井噴時，井底液流自下而上流入定子，此時葉片4受到自下而上的液體驅動，葉片4會圍繞齒輪6的軸心逆向轉動，多個葉片4通過環形齒條7進行聯動整體關閉；當限位塊5隨齒輪逆向轉動，接觸到限位槽13和支撐槽11形成的左側臺階面時，葉片4完全關閉，此時前一隻葉片葉頂與後一隻葉片葉背相貼合，從而完全關閉內流道(如圖8所示)；由於發生井噴時，下部壓強大於上部壓強，所以葉片4會一直保持關閉時的形態，阻止井底液流向井口噴出，減少井噴帶來的損失和危害。
【權利要求】
1.一種新型自動防噴渦輪鑽具定子，主要由支座、端蓋、葉片、螺栓、環形齒條、滾珠組成，其特徵在於:所述支座(1)為環狀結構，內部開有滾道(9)，支座(1)在周向均勻分布有多個下半圓支撐孔(10)和支撐槽(11)，支座⑴上開有若干螺栓孔(3);所述端蓋(2)為環狀結構，內部開有槽，在周向均勻分布有多個上半圓支撐孔(12)，與支座(1)周向的下半圓支撐孔(10)配合，用於固定多個葉片⑷；端蓋(2)內圈上開有限位槽(13)，與葉片一端的限位塊(5)配合，控制葉片的旋轉範圍；支座(1)與端蓋(2)通過螺栓(5)連接；所述環形齒條(7)與葉片(4)的齒輪(6)嚙合，其下端開有若干滾珠孔(14)，用於安裝滾珠(8)，環形齒條(7)可以在支座(1)中的滾道(9)進行圓周運動；所述葉片(4)上端為五次多項式葉型，中間部分為齒輪(6)，下端為限位塊(5)，限位塊(5)為扇形結構。
2.根據權利要求1所述的一種新型自動防噴渦輪鑽具定子，其特徵在於:正常工作或者壓井時，鑽井液由鑽柱軸向流入定子，此時葉片(4)受到自上而下的鑽井液驅動，葉片(4)會圍繞齒輪(6)的軸心順向轉動，多個葉片(4)通過環形齒條(7)進行聯動整體打開；發生井噴時，葉片(4)受到自下而上的液體驅動，葉片(4)會圍繞齒輪(6)的軸心逆向轉動，多個葉片⑷通過環形齒條(7)進行聯動整體關閉；當限位塊(5)隨齒輪逆向轉動，接觸到限位槽(13)和 支撐槽(11)形成的左側臺階面時，葉片(4)完全關閉，從而完全關閉內流道。
【文檔編號】E21B4/02GK104047541SQ201410274197
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】張曉東, 楊韜, 李一嵐, 苟如意 申請人:西南石油大學