螺杆钻具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种螺杆钻具，旁通阀总成和马达总成之间装配有钻压控制阀，钻压控制阀包括连接在马达总成的定子上的阀体和连接在旁通阀的壳体上的阀芯，阀芯的前端设有顶压头，阀芯中设有液压通道，阀芯的周壁上开设有分液口，阀芯的前端套装有复位弹簧，在使用时，当钻井液的排量达到一定值时，钻井液的液压会迫使旁通阀总成的旁通孔关闭，此时当井内砂面松软时，钻井液会通过钻压控制阀的阀芯中液压通道流入马达总成的转子内中空通道，以使钻井液可从钻头的水眼中喷出，将井内砂柱冲出，因此本实用新型可在砂面松软时，通过控制钻压控制阀来实现液压钻进。
【专利说明】螺杆钻具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种螺杆钻具。
【背景技术】
[0002]目前，螺杆钻具是一种以钻井液为动力、并把钻井液的动力能转化为机械能的井下动力工具，主要由传动轴、马达总成、万向轴和旁通阀等四个部件组成，传动轴、马达总成、万向轴和旁通阀中分设设有供钻井液流过的流道，其原理是通过钻井液挤压马达总成的转子与定子之间密封腔，推动转子自转，经万向轴的转换，把马达总成中转子的行星转动变为传动轴的轴心转动，通过传动轴带动钻头旋转，即把钻井液的液力能通过螺杆转换成机械能。但当螺杆钻具钻冲复合型堆积物形成的砂柱时，由于砂面较松软，无法给螺杆钻具一个固定的承载面，钻头一直处于高速旋转的空载状态，所以马达总成中转子也会相对于定子高速转动，加剧了定子上的橡胶套和转子间的摩擦，摩擦引起的高温会加快定子胶套的老化过程，从而使螺杆钻的工作寿命大幅降低，稍有不慎就可能导致砂埋管柱造成工程事故，有很大的施工风险，容易发生井下事故。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种螺杆钻具，旨在解决现有技术中螺杆钻具在遇到松散的砂面时空载转动，以致其内密封件磨损速度加剧，整个螺杆钻具寿命缩短的问题。
[0004]为了实现以上目的，本实用新型中螺杆钻具的技术方案如下:
[0005]螺杆钻具，包括旁通阀总成和马达总成，马达总成处于旁通阀总成的前方，旁通阀总成和马达总成之间装配有钻压控制阀，钻压控制阀包括连接在马达总成的定子上的阀体和连接在旁通阀的壳体上的阀芯，阀芯的前端设有用于控制马达总成的转子前端的进液口开关的顶压头，并在阀芯中设有后端口连通旁通阀总成的出口、前端口封闭的液压通道，阀芯的周壁上开设有与液压通道连通、以用于在顶压头让开转子的进液口时将阀芯的液压通道和转子的进液口连通的分液口，阀芯的前端套装有用于顶推阀芯而阻止顶压头封堵转子的进液口的复位弹簧。
[0006]阀芯包括前后导向装配在阀体中的伸缩管和固定在伸缩管前端的顶杆，顶压头为顶杆的前端头。
[0007]阀芯的外周上固定有挡止在复位弹簧后端的并帽，并帽处于分流口之后。
[0008]阀体和阀芯上对应设有前后导向配合的导向键和导向槽，导向键和导向槽分别处于阀芯外周上凸设的环形凸肩和阀体内壁面上凸设的环形台阶上。
[0009]阀体和阀芯之间设有用于阻止钻井液从旁通阀流入导向槽的第二密封圈，第二密封圈处于导向槽之后。
[0010]阀体和阀芯之间装配有用于阻止钻井液从钻压控制阀前端导流至导向槽中的第一密封圈，第一密封圈处于导向槽之前。
[0011]定子的后端设有挡止在复位弹簧之前的配合结构。
[0012]阀芯的后端设有朝前的挡止肩部，阀体上设有挡止在挡止肩部之前的挡止台阶。
[0013]转子的后端设有处于进液口和顶压头之间的导套，导套的周壁上开设有导流孔，导套内前后导向密封装配有顶装在顶压头之前的压盖，压盖的前侧顶装有用于向后顶推压盖的顶压弹簧，压盖在导套内的导向移动行程上具有使导流孔与进液口连通的打开位、封堵在导流孔和进液口之间而使进液口被封闭的关闭位。
[0014]压盖为前端开口、后端封闭的套体，套体的周壁上开设有与导流孔对应的节流孔，套体的外周上至少于节流孔之后的位置处设有与导套密封配合的密封结构。
[0015]本实用新型中旁通阀总成和马达总成之间装配有钻压控制阀，钻压控制阀包括连接在马达总成的定子上的阀体和连接在旁通阀的壳体上的阀芯，阀芯的前端设有顶压头，阀芯中设有液压通道，阀芯的周壁上开设有分液口，阀芯的前端套装有复位弹簧，在使用时，当钻井液的排量达到一定值时，钻井液的液压会迫使旁通阀总成的旁通孔关闭，此时当井内砂面松软时，钻井液会通过钻压控制阀的阀芯中液压通道流入马达总成的转子内中空通道，以使钻井液可从钻头的水眼中喷出，将井内砂柱冲出；当井内砂面较为坚固且能承受一定负荷时，下方钻压控制阀的阀芯，在钻压的作用下阀芯将压缩复位弹簧，以使阀芯的顶压头顶压马达总成的转子后端，转子的进液口关闭，钻井液将从钻压控制阀中流入马达总成中由转子和定子组成的许多连续互不相通的密封腔中，通过马达总成将钻井液的液压能转换为机械能，为钻头的钻进提供动力，因此与现有技术中螺杆钻具的钻头单纯依靠钻头的旋转来实现钻进的方式相比，本实用新型可在砂面松软时，通过控制钻压控制阀来实现液压钻进，即通过从钻头的水眼中喷出钻井液来实现钻进，而且钻压控制阀可实现两种钻进状态的转换，保证了在复杂的复合型堆积物上进行钻进时，钻进状态不断变化的情况，从而在保证螺杆钻具正常钻进的情况下，延长了螺杆钻具正常的使用寿命，减少了施工风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型一种实施例的结构示意图；
[0017]图2是图1中钻压控制阀的结构示意图；
[0018]图3是图1中A处的局部放大图。
【具体实施方式】
[0019]本实用新型中螺杆钻具的实施例:如图1至图3所示，该螺杆钻具是一种转速可控的螺杆钻具，其包括从后向前依次设置的旁通阀总成1、钻压控制阀2、马达总成3、万向轴总成4和传动轴总成5，其中旁通阀总成1、马达总成3的主体部分、万向轴总成4和传动轴总成5的结构均为现有技术，钻压控制阀2包括螺纹连接在旁通阀总成I的壳体后端的阀芯和螺纹连接在马达总成3的定子15前端的阀体6，阀芯由前后导向装配在阀体6中的伸缩管7和螺纹连接在伸缩管7前端的顶杆8构成，顶杆8的后端开设有后端开口、前端封闭的顶杆8盲孔，顶杆8盲孔的后端与伸缩管7的内孔连通而形成阀芯的液压通道，并在顶杆8的周壁上开设有与顶杆8盲孔连通的分流口，顶杆8的前端头为与马达总成3的后端设置的开关阀配合的顶压头。伸缩管7的前端外周上螺纹固连有环形的并帽11，并帽11的前端顶装有套装在顶杆8外周上的复位弹簧10。
[0020]伸缩管7的后端螺纹连接在旁通阀总成I的壳体外周上，且伸缩管7的后端比前端粗大。伸缩管7的外周上设有从后向前依次布置的第一台阶和第二台阶，第一台阶处于朝前的挡止肩部上，第一台阶和第二台阶之间的圆柱形周面为与阀体6的内壁面配合的导向周面段，该导向周面段的前端卡装有与阀体6的外周面密封配合的第二密封圈14。伸缩管7的外周上设有间隔设置在第二台阶之前的环形凸肩，环形凸肩上设有导向键13，该导向键13在伸缩管7的周向上间隔均布而形成花键结构。伸缩管7的内孔从后向前依次分为扩孔段、锥孔段和直孔段，其中扩孔段与旁通阀总成I的出口连通，直孔段与顶杆8盲孔的后端口连通，锥孔段过渡连接在扩孔段和直孔段之间。
[0021]顶杆8的外周面从后向前依次分为螺纹段、第一柱面段、锥面段和第二柱面段，其中螺纹段螺纹连接在伸缩管7的前端中，第一柱面段和伸缩管7的前端外周面等径，锥面段过渡连接在第一柱面段和第二柱面段之间，第二柱面段比第一柱面段细以便于伸入马达总成3的后端。顶杆8的前端面为球面。分流口处于顶杆8的第一柱面段靠前部分上，分流口有两圈，同圈中各分流口在第一柱面段周向间隔均布，两圈中各个分流口前后相对布置。
[0022]阀体6为前后延伸的套体，阀体6的内壁面上于中部位置处设有环形台阶，环形台阶的内壁面上开设有与导向键13前后导向配合的导向槽，导向槽在环形台阶的内壁面上沿周向间隔均布而形成花键槽。阀体6的前端螺纹连接在马达总成3的定子15后端中。
[0023]并帽11螺纹连接在伸缩管7的前端于导向键13之前的位置处，并帽11的后端靠紧在环形凸肩的前端面上。并帽11的后端外周面上凸设有环形的密封凸肩，密封凸肩的外周面上卡装有与阀体6的内壁面密封配合的第一密封圈12。并帽11的前端面挡止在复位弹黃10的后端上。
[0024]马达总成3的定子15内壁面上凸设有处于后端的环形挡沿，该环形挡沿挡止在复位弹簧10的前端面上，以使复位弹簧10顶装在马达总成3的定子15和钻压控制阀2的阀芯之间。
[0025]马达总成3的转子16后端设有处于进液口和顶压头之间的开关阀，开关阀包括一体同轴设置在进液口之后的导套17和前后导向密封装配在导套17中的压盖18。导套17的后端周壁上开设有在会走向间隔均布的导流孔，导套17的后端内壁上卡装有挡止在压盖18之后的挡圈，导套17的前端口比进液口的开度大，在导套17的前端形成朝后的环形的台阶面，在该台阶面上装配有与进液口等径的弹簧座，弹簧座和压盖18之间顶装有顶压弹簧19。压盖18为前端开口、后端封闭的套体，压盖18的中部周壁上开设有与导流孔对应的节流孔，节流孔也对应在压盖18的周向上间隔均布；压盖18的外周上于节流孔之前和之后分别凸设有环形的压盖18凸肩，两压盖18凸肩中分别卡装有与导套17的内壁面密封配合的第三密封圈，该第三密封圈在压盖18上于节流孔前后方位置处均形成密封结构，压盖18的外周面、导套17的内壁面和两压盖18凸肩围成连通导流孔和节流孔的环形的节流腔，压盖18在导套17内的导向移动行程上具有使导流孔与进液口连通的打开位、封堵在导流孔和进液口之间而使进液口被封闭的关闭位。
[0026]本实施例中螺杆钻具在进行工作时，在正常钻进下放管柱时，钻井液通过钻压控制阀的阀芯中液压通道流入马达总成的转子内中空通道，在螺杆钻具不工作的情况下，从钻头水眼中喷出的液体可将井内沉砂冲起，实现正常冲砂作业。
[0027]当井内砂面异常，从钻头的水眼中喷出的液体不能将井内的沉砂冲起时，钻头则遇阻停止不前，若在井口继续下放管柱，以钻头为支点，钻压控制阀的阀芯和旁通阀总成会同步向下移动，从而带动钻压控制阀的伸缩管下移，克服弹簧力压缩顶杆，实现关闭螺杆钻具的转子的分流孔道，此时螺杆钻具工作，钻头则会旋转钻进，实现螺杆钻具的钻冲功能。即当钻井液的排量达到一定值时液压使旁通阀总成I内的阀芯向下移动，此时旁通孔关闭，当井内砂面松软时，钻井液通过钻压控制阀2的液压通道，马达总成3内的中空转子16与传动轴总成5的内孔经钻头水眼喷出，将井内砂柱冲出。当井内砂面较为坚固能承受一定负荷时，下放管柱钻压控制阀2内的伸缩管7，在钻压(钻压为下放后压动阀芯的钻压是管柱的重量，通过井口的指重表显示可以知道具体的重量)作用下压缩复位弹簧10，带动顶杆8下移而顶压开关阀中压盖18下降，压盖18上的节流孔与导套17上的导流孔前后错开，且压盖18将阻挡在导流孔和进液口之间，关闭转子16的中空通道，钻井液进入马达总成3中的由转子16与定子15组成的许多连续互不相通的密封腔，钻井液的液能转变为机械能，在转子16的螺旋曲面上形成转动力矩，迫使转子16在定子15内作行星运动，由万向轴总成4将转子16的行星运动转变为传动轴总成5的定轴运动，并通过传动轴总成5的主轴将马达产生的扭矩和转速传递给钻头，使井下钻头获取一定转速和扭矩，从而实现旋转钻冲功能。
[0028]在上述实施例中，顶压头通过开关阀门来控制转子的进液口开关，在其他实施例中，该开关阀门也可以去除掉，以通过顶压头封堵和让开进液口来对应控制进液口的关闭和打开。
[0029]在上述实施例中，复位弹簧的后端顶装在并帽上，在其他实施例中，该并帽也可以用阀芯上凸设的凸肩、安装的挡圈等止脱结构替换。
[0030]在上述实施例中，顶杆螺纹连接在伸缩管上，在其他实施例中，顶杆也可以通过螺钉连接、焊接、一体设置等方式设置在伸缩管上。
[0031]在上述实施例中，复位弹簧顶装在钻压控制阀的阀芯和马达总成的定子之间，在其他实施例中，复位弹簧也可以顶装在钻压控制阀的阀芯和阀体之间。
【权利要求】
1.螺杆钻具，包括旁通阀总成和马达总成，马达总成处于旁通阀总成的前方，其特征在于，旁通阀总成和马达总成之间装配有钻压控制阀，钻压控制阀包括连接在马达总成的定子上的阀体和连接在旁通阀的壳体上的阀芯，阀芯的前端设有用于控制马达总成的转子前端的进液口开关的顶压头，并在阀芯中设有后端口连通旁通阀总成的出口、前端口封闭的液压通道，阀芯的周壁上开设有与液压通道连通、以用于在顶压头让开转子的进液口时将阀芯的液压通道和转子的进液口连通的分液口，阀芯的前端套装有用于顶推阀芯而阻止顶压头封堵转子的进液口的复位弹簧。
2.根据权利要求1所述的螺杆钻具，其特征在于，阀芯包括前后导向装配在阀体中的伸缩管和固定在伸缩管前端的顶杆，顶压头为顶杆的前端头。
3.根据权利要求1所述的螺杆钻具，其特征在于，阀芯的外周上固定有挡止在复位弹簧后端的并帽，并帽处于分流口之后。
4.根据权利要求1或2或3所述的螺杆钻具，其特征在于，阀体和阀芯上对应设有前后导向配合的导向键和导向槽，导向键和导向槽分别处于阀芯外周上凸设的环形凸肩和阀体内壁面上凸设的环形台阶上。
5.根据权利要求4所述的螺杆钻具，其特征在于，阀体和阀芯之间设有用于阻止钻井液从旁通阀流入导向槽的第二密封圈，第二密封圈处于导向槽之后。
6.根据权利要求4所述的螺杆钻具，其特征在于，阀体和阀芯之间装配有用于阻止钻井液从钻压控制阀前端导流至导向槽中的第一密封圈，第一密封圈处于导向槽之前。
7.根据权利要求1或2或3所述的螺杆钻具，其特征在于，定子的后端设有挡止在复位弹簧之前的配合结构。
8.根据权利要求1或2或3所述的螺杆钻具，其特征在于，阀芯的后端设有朝前的挡止肩部，阀体上设有挡止在挡止肩部之前的挡止台阶。
9.根据权利要求1或2或3所述的螺杆钻具，其特征在于，转子的后端设有处于进液口和顶压头之间的导套，导套的周壁上开设有导流孔，导套内前后导向密封装配有顶装在顶压头之前的压盖，压盖的前侧顶装有用于向后顶推压盖的顶压弹簧，压盖在导套内的导向移动行程上具有使导流孔与进液口连通的打开位、封堵在导流孔和进液口之间而使进液口被封闭的关闭位。
10.根据权利要求9所述的螺杆钻具，其特征在于，压盖为前端开口、后端封闭的套体，套体的周壁上开设有与导流孔对应的节流孔，套体的外周上至少于节流孔之后的位置处设有与导套密封配合的密封结构。
【文档编号】E21B4/02GK204098778SQ201420450008
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】郭亮, 贾正旭, 尹伦圣, 何海玲, 胡松, 张传玉 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司河南油田分公司第一采油厂