動態指向式旋向鑽井工具動態導向模擬裝置的製作方法

2023-10-26 22:24:07 1

本發明屬於石油鑽井工程領域，具體涉及動態指向式旋向鑽井工具動態導向模擬裝置。

背景技術：

為了滿足油氣資源勘探開發的要求，大位移井、三維多目標多分支井、長水平段水平井等複雜結構井越來越多。常規鑽井技術已經不能滿足複雜井鑽井工藝的技術要求，其鑽井效率低下、井眼淨化差、井深質量差、井下複雜情況頻發等諸多問題嚴重影響著我國鑽井事業和石油開採技術的發展。因此旋轉導向鑽井技術應運而生，即採用旋轉導向鑽井系統在旋轉鑽井方式下實現井斜和方位的調整，配合隨鑽測量技術的井下控制技術，在進行井下測量信息實時反饋的同時，自動調整井下工具的造斜能力，實現複雜井眼軌跡的連續和自動控制，提高鑽井效率和開發效益。國外石油公司根據各種偏置原理研發出了多種類型的旋轉導向鑽井系統，並已經成功進行了商業化應用，取得了很高的經濟效益。國內在這方面的研究起步較晚，還未研發出能夠成功商業化應用的旋轉導向鑽井工具。國內研究機構在國外技術的基礎上也進行了旋轉導向鑽井裝置的研究，雖然在原理上都能實現定向鑽井和方位調整，但由於缺乏實驗方面的研究，很多關鍵技術仍無法突破。目前還沒有針對動態動態指向式旋轉導向鑽井工具的試驗模擬裝置，無法進行試驗研究。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明目的在於提出動態指向式旋向鑽井工具動態導向模擬裝置，在實驗室條件下真實模擬動態指向式旋轉導向鑽井工具在加載之後的導向能力，以及動態指向式旋轉導向鑽井工具控制性能，從而驗證動態指向式旋轉導向鑽井工具的可靠性。

為達到上述目的，本發明採用了以下技術方案：

動態指向式旋向鑽井工具動態導向模擬裝置，包括機架、鑽頭、負載軸、負載軸和液壓馬達；液壓馬達的輸出軸與負載軸連接，將扭矩傳遞給負載軸，負載軸端安裝有向心球軸承球，油缸通過向心球軸承球安裝在負載軸上，油缸用於給負載軸提供軸向力，油缸包括油缸空心軸和油缸體，環形的擋圈通過螺栓與油缸的油缸體連接，擋圈上沿周向均勻安裝有多個萬向滾珠，萬向滾珠一側安裝有用來抵消液壓油缸給工具施加軸向力的擋板，擋板安裝在機架上，擋板與萬向滾珠的接觸面為球面；

負載軸另一端與通過法蘭鑽頭連接，將扭矩傳遞給鑽頭；負載軸上通過推力球軸承安裝有用來測量負載軸軸向力大小的壓力傳感器。

進一步，油缸體套在油缸空心軸上，油缸空心軸和油缸體之間形成兩個油腔，一個油腔開有進油孔，另一油腔開有出油孔。

進一步，油缸空心軸和油缸體的兩個油腔之間設有o型密封圈，油缸空心軸和油缸體連接的端部設有氈圈油封，且氈圈油封內部與油缸空心軸接觸部分和氈圈油封外部與油缸體接觸部分都有o型密封圈。

進一步，輸出軸與負載軸之間設有平鍵一。

進一步，負載軸通過平鍵二與法蘭一連接，將扭矩傳遞給法蘭一，法蘭一與法蘭二通過螺栓連接，法蘭一與法蘭二中間加有平鍵三，法蘭二通過平鍵四與鑽頭連接。

進一步，油缸空心軸一端設置有透蓋，透蓋通過螺栓與負載軸連接，用來傳遞軸向力。

進一步，油缸通過向心球軸承球安裝在負載軸上。

本發明的有益效果是：

1、本發明可用於研究動態指向式旋轉導向鑽井工具在加載後的導向能力、工具的控制性能、動態指向式旋轉導向鑽井工具的可靠性，為旋轉導向鑽井工具的研究提供理論依據。

2、本發明的軸向加載裝置採用液壓加載，能夠為動態指向式旋轉導向鑽井工具提供近似鑽井狀況的軸向載荷，該裝置由油缸體和油缸空心軸以及密封件組成，可實現模擬鑽壓的均勻加載、卸載。採用液壓進行軸向力加載能夠達到實際鑽井載荷，再者液壓加載能夠更為精確的控制加載力的大小。

3、本發明的扭矩裝置採用液壓馬達，液壓馬達可提供實際鑽井的扭矩，採用液壓馬達用來提供扭力阻尼，在柱塞不受側向力作用，缸體產生傾覆力矩較小，可提供較大的扭矩。

4、本發明測量裝置中的壓力傳感器在實驗過程中可實時感應和測量軸向壓力，並通過信號電纜將數據傳至數據處理裝置進行處理。

5、本發明的固定裝置機架上開有均布的螺栓孔，可以滿足不同長度尺寸的旋轉導向鑽井工具的試驗研究。同時機架上也可以安裝其他實驗裝置進行其他方面的實驗研究。

6、本發明的軸向反作用力抵消裝置，能夠抵消鑽頭在導向偏擺時液壓缸給鑽頭施加的軸向力，同時能夠抵消鑽頭在有一定的偏擺角度時液壓缸給鑽頭施加的軸向力。軸向反作用力抵消裝置上安裝有萬向滾珠，能夠減小鑽頭在各個方向偏擺的過程中產生的摩擦力。

7、本發明採用萬向滾珠實現360度的任意角度和方向旋轉，能夠滿足鑽頭導向工作性能的要求，同時萬向滾珠是滾動摩擦，大大減小的鑽頭導向擺動時鑽頭與擋板的摩擦力。萬向滾珠一側與其連接部件之間裝有彈簧。主要作用在於消除因裝配或者生產時產生的誤差所導致鑽頭在帶動液壓馬達等部分擺動時與擋板卡死的現象。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖中：1、鑽頭；2、法蘭二；3、卡子；4、平鍵二；5、法蘭一；6、向心球軸承球；7、油缸密封；8、外隔圈；9、內隔圈；10油缸空心軸；11、油孔一；12、油孔二；13、o型密封圈；14、密封圈；15、平鍵一；16、液壓馬達；17、輸出軸；18、油缸體；19、負載軸；20、擋板；21、萬向滾珠；22、彈簧；23、擋圈；24、孔用擋圈；25、透蓋；26、壓力傳感器；27、擋圈一；28、推力球軸承；29、平鍵三；30、機架。

具體實施方式

下面將結合實施例對本發明技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都應屬於本發明保護的範圍。

如圖1所示，本發明的動態指向式旋向鑽井工具動態導向模擬裝置主要由鑽頭1；法蘭二2；卡子3；平鍵二4；法蘭一5；向心球軸承球6；油缸密封7；外隔圈8；內隔圈9；油缸空心軸10；油孔一11；油孔二12；o型密封圈13；密封圈14；平鍵一15；液壓馬達16；輸出軸17；油缸體18；負載軸19；擋板20；萬向滾珠21；彈簧22；擋圈23；24、孔用擋圈；透蓋25；壓力傳感器26；擋圈一27；推力球軸承28；平鍵三29；機架30組成。

液壓馬達16的輸出軸17通過平鍵三與負載軸19連接，將扭矩傳遞給負載軸19，負載軸19通過平鍵二4與法蘭一5連接，將扭矩傳遞給法蘭一5。同時負載軸19右端裝有兩個由外隔圈8和內隔圈9隔開的向心球軸承球6用來實現負載軸19與油缸空心軸的動靜分離。油缸通過向心球軸承球6安裝在負載軸19上，油缸用於給負載軸19提供軸向力，油缸包括油缸空心軸10和油缸體18，環形的擋圈23通過螺栓與油缸的油缸體18連接，擋圈23上沿周向均勻安裝有多個萬向滾珠21，萬向滾珠21與擋圈之間安裝有彈簧，萬向滾珠21一側安裝有用來抵消液油缸給工具施加軸向力的擋板20，擋板20安裝在機架30上，擋板20與萬向滾珠21的接觸面為球面；萬向滾珠21的作用是減小工具在擺動過程中與擋圈23產生的摩擦力。

負載軸19的左端上裝有推力球軸承28，壓力傳感器26通過推力球軸承28安裝在負載軸19上用來測量負載軸19軸向力大小，推力球軸承28用來實現擋圈一27和壓力傳感器26的動靜分離。

法蘭一5與法蘭二2通過螺栓連接，為了提高扭矩傳遞能力，法蘭一5與法蘭二2中間加有平鍵三29，法蘭二2通過平鍵四與鑽頭1連接，將扭矩傳遞給鑽頭1。

兩個向心球軸承球的外圈與油缸空心軸10連接。

油缸空心軸10左端與透蓋25通過螺栓連接，用來傳遞軸向力。透蓋25套在負載軸19上。

透蓋25左端與壓力傳感器26連接，壓力傳感器26與擋圈一27連接，擋圈一27左端與推力球軸承連接28，推力球軸承連接28左端與法蘭一5連接。將軸向力傳遞給法蘭二2，法蘭二2將軸向力傳遞給鑽頭1。

透蓋25、油缸空心軸10與負載軸19的連接部分都有油缸封圈7。用來防止外部灰塵等雜物進入向心球軸承球6以及防止向心球軸承球6的潤滑油洩出。

油缸空心軸10套在油缸體18內形成兩個油腔。油缸空心軸10套在油缸體18右端以及兩個油腔之間有o型密封圈13密封，油缸空心軸10套在油缸體18左端有油缸封圈7，且油缸封圈7內部與油缸空心軸10接觸部分和外部與油缸體18接觸部分都有o型密封圈13密封。

萬向滾珠21右端裝有擋板20，用來抵消液壓缸給工具施加的軸向力。擋板20下端安裝在機架上。擋板20左面是一球面。

軸向部件能夠滿足承載實際鑽井力的要求，軸向承力零件能夠滿足鑽井的要求。

實施例1

如果需要給工具加載鑽壓，油泵將通過油孔二12給右邊油腔加壓。油壓推動油缸空心軸10將軸向力傳遞通過透蓋25、壓力傳感器26、擋圈一27、推力球軸承28、法蘭一5、法蘭二2傳遞給鑽頭1。如果需要卸載，油孔二12先洩壓，然後油泵通過油孔一11給左邊油腔加壓達到卸載效果。

實施例2

如果需要加載扭矩，液壓馬達通過輸出軸17、平鍵一15、負載軸19、平鍵二4、法蘭一5、法蘭二2、卡子3傳遞給鑽頭1。

實施例3

如果鑽頭1在加載的時候需要擺動，鑽頭1帶動除了擋板之外的部件西進行任意方向的擺動。擋板抵消軸向力所產生的軸向反作用力。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施方式僅限於此，對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定專利保護範圍。