申请/专利权人：西南石油大学

申请日：2019-07-24

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN110242233B

主分类号：E21B21/00

分类号：E21B21/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.10.15#实质审查的生效;2019.09.17#公开

摘要：本发明提供一种液压式可变外径岩屑床清除工具，包括筒体、上弹簧、刮刀、连杆、刀座、下弹簧、活塞筒、中心管、滑销、横杆、侧流道、滑套、壳体、行星齿轮、主动齿轮、螺杆、万向轴、中心轴，壳体上加工滑套和筒体，滑套和筒体通过横杆焊接连接，连杆一端和刮刀下端铰接，连杆另一端和刀座外部的铰支座铰接；刀座外部的三个铰支座分别安装在筒体中部的三个凹槽内，刮刀安装在筒体中部凹槽的坡面上，活塞筒安装在筒体下部内腔之上，螺杆、万向轴和中心轴依次连接后安装在壳体内部，主动齿轮安装在中心轴上，主动齿轮、行星齿轮和滑套内壁凸起的齿圈依次啮合连接。本发明结构简单，可在旋转钻进或滑动钻进工况下有效清岩。

主权项：1.一种液压式可变外径岩屑床清除工具，包括筒体23、上弹簧4、刮刀5、连杆6、刀座7、下弹簧8、活塞筒9、中心管12、滑销13、横杆3、侧流道2、滑套14、壳体1、行星齿轮21、主动齿轮20、螺杆15、万向轴18、中心轴22，其特征在于，壳体1上加工滑套14和筒体23，滑套14和筒体23通过横杆3焊接连接，连杆6一端和刮刀5下端铰接，连杆6另一端和刀座7外部的铰支座铰接，刀座7外部的三个铰支座分别安装在筒体23中部的三个凹槽内，刮刀5安装在筒体23中部凹槽的坡面上，活塞筒9安装在筒体23下部内腔之上，螺杆15、万向轴18和中心轴22依次连接后安装在壳体1内部，主动齿轮20安装在中心轴22上，主动齿轮20、行星齿轮21和滑套14内壁凸起的齿圈依次啮合连接；中心管12上设有上通孔10和下通孔11，外圆下端设置一圈滑槽轨道24，滑槽轨道上部设置有相互间隔的长轨道和短轨道，长轨道和短轨道之间设置有斜向轨道连通；滑销13一端固定在筒体23下部，另一端插入中心管12下端的滑槽轨道24内；滑销13在中心管12的滑槽轨道24内轴向移动时，可以使中心管12单向旋转；活塞筒9上端和刀座7丝扣连接。

全文数据：一种液压式可变外径岩屑床清除工具技术领域本发明涉及钻井工程技术领域，尤其涉及一种液压式可变外径岩屑床清除工具。背景技术钻井过程中，岩屑床的形成会造成很多钻井问题：减小环空间隙，造成憋泵；增加钻进过程中的摩阻扭矩；沉砂卡钻或粘附卡钻，进而影响钻井安全和钻井周期等。目前对于岩屑床的清理方式主要有：①提高排量和转速，排量的增加会导致松软地层垮塌或掉块，增加井下事故的风险；②调整钻井液性能，降低钻井液的流变性能，改善钻井液携岩和悬浮的能力，但其作用效果有限；③机械清除，利用边起钻边转动钻具的办法搅动岩屑床，改变流场，或定时定井段短起下钻、划眼等措施清除岩屑床，虽然对清岩很有利，但严重影响了钻井的效率。随钻动力岩屑床清除器ZL201210395798.5安装在钻具组合中，随钻动力岩屑床清除器在当钻井液经过时，或者旋转钻进状态下，或者滑动钻进状态时，均能转动刮切岩屑床，但其切削滑套尺寸若过大，将不利于钻柱的下入和钻进，过小则其作用范围有限，导致清岩效果不理想。发明内容本发明目的是为了克服现有岩屑床清除工具的不足，提供了一种液压式可变外径岩屑床清除工具。本发明所采用的技术方案是：一种液压式可变外径岩屑床清除工具，包括筒体、上弹簧、刮刀、连杆、刀座、下弹簧、活塞筒、中心管、滑销、横杆、侧流道、滑套、壳体、行星齿轮、主动齿轮、螺杆、万向轴、中心轴，壳体上加工滑套和筒体，滑套和筒体通过横杆焊接连接，连杆一端和刮刀下端铰接，连杆另一端和刀座外部的铰支座铰接；刀座外部的三个铰支座分别安装在筒体中部的三个凹槽内，刮刀安装在筒体中部凹槽的坡面上，活塞筒安装在筒体下部内腔之上，活塞筒上端和刀座丝扣连接，螺杆、万向轴和中心轴依次连接后安装在壳体内部，主动齿轮安装在中心轴上，中心轴为中空结构，中心轴上部加工有旁通孔，主动齿轮、行星齿轮和滑套内壁凸起的齿圈依次啮合连接。其中，筒体和滑套之间的横杆为四根并呈90度均匀分布在同一平面。其中，壳体上部和下部均开有通孔，与滑套和筒体之间的环空相连通，壳体上部、下部均设有切削棱。其中，中心轴与壳体内壁之间、滑套与壳体之间均设有轴向密封装置和轴承，中心轴与壳体内壁之间、滑套与壳体之间的轴向密封腔内充满润滑油。其中，中心管上设有上通孔和下通孔，外圆下端设置一圈滑槽轨道，滑槽轨道上部设置有相互间隔的长轨道和短轨道，长轨道和短轨道之间设置有斜向轨道连通；滑销一端固定在筒体下部，另一端插入中心管下端的滑槽轨道内；滑销在中心管的滑槽轨道内轴向移动时，可以使中心管单向旋转。其中，中心管上端外圆设置一圈凸起台阶，活塞筒下端外圆设置一台阶。本发明的一种液压式可变外径岩屑床清除工具的优点在于：1本发明结构设计简单可靠、加工方便，利用钻井液进行控制，操作简单，控制有效，能根据环空间隙，通过刮刀撑开和收回改变工具的作用范围，并能有效降低下入难度。2在旋转钻进或滑动钻进工况下皆可以对岩屑床进行破坏，提高清岩效率，减小钻井周期。附图说明图1是本发明一种液压式可变外径岩屑床清除工具刮刀收回状态的结构示意图。图2是本发明一种液压式可变外径岩屑床清除工具刮刀撑开状态的结构示意图。图3是图1A—A剖视图。图4是图1中心管滑槽轨道的周向展开图。图中：1.壳体，2.侧流道，3.横杆，4.上弹簧，5.刮刀，6.连杆，7.刀座，8.下弹簧，9.活塞筒，10.上通孔，11.下通孔，12.中心管，13.滑销，14.滑套，15.螺杆，16.密封装置，17.轴承，18.万向轴，19.旁通孔，20.主动齿轮，21.行星齿轮，22.中心轴，23.筒体，24.滑槽轨道。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步说明。一种液压式可变外径岩屑床清除工具，包括筒体23、上弹簧4、刮刀5、连杆6、刀座7、下弹簧8、活塞筒9、中心管12、滑销13、横杆3、侧流道2、滑套14、壳体1、行星齿轮21、主动齿轮20、螺杆15、万向轴18、中心轴22，其特征在于，壳体1上加工滑套14和筒体23，滑套14和筒体23通过横杆3焊接连接，连杆6一端和刮刀5下端铰接，连杆6另一端和刀座7外部的铰支座铰接；刀座7外部的三个铰支座分别安装在筒体23中部的三个凹槽内，刮刀5安装在筒体23中部凹槽的坡面上，活塞筒9安装在筒体23下部内腔之上，活塞筒9上端和刀座7丝扣连接，螺杆15、万向轴18和中心轴22依次连接后安装在壳体1内部，主动齿轮20安装在中心轴22上，中心轴22为中空结构，中心轴22上部加工有旁通孔19，主动齿轮20、行星齿轮21和滑套14内壁凸起的齿圈依次啮合连接。其中，筒体23和滑套14之间的横杆3为四根并呈90度均匀分布在同一平面。其中，壳体1上部和下部均开有通孔，与滑套14和筒体23之间的环空相连通，壳体1上部、下部均设有切削棱。其中，中心轴22与壳体1内壁之间、滑套14与壳体1之间均设有轴向密封装置16和轴承17，中心轴22与壳体1内壁之间、滑套14与壳体1之间的轴向密封腔内充满润滑油。其中，中心管12上设有上通孔10和下通孔11，外圆下端设置一圈滑槽轨道24，滑槽轨道上部设置有相互间隔的长轨道和短轨道，长轨道和短轨道之间设置有斜向轨道连通；滑销13一端固定在筒体23下部，另一端插入中心管12下端的滑槽轨道24内；滑销13在中心管12的滑槽轨道24内轴向移动时，可以使中心管12单向旋转。其中，中心管12上端外圆设置一圈凸起台阶，活塞筒9下端外圆设置一台阶。一种液压式可变外径岩屑床清除工具根据需要安装在钻具组合中，当钻井液经过一种液压式可变外径岩屑床清除工具时，初始位置如图1所示；开泵循环钻井液至正常钻井流量，钻井液分流经侧流道2流过，在节流压差作用下压缩上弹簧4，轴向下移；滑销13处于中心管12的滑槽轨道24短轨道位置时，上通孔10无法与活塞筒9内腔连通，刮刀5不动作；滑销13处于中心管12的滑槽轨道24长轨道位置时，上通孔10和活塞筒9内腔连通，钻井液推动活塞筒9轴向上移，刮刀5径向张开，如图2所示，此时可以增大搅动和刮切范围；每停泵、开泵一次，可以控制刮刀张开或缩回。同时螺杆15在钻井液的作用下开始旋转并驱动中心轴22转动，由于主动齿轮20安装在中心轴22上，且与行星齿轮21啮合，同时行星齿轮21又与滑套14内部齿圈啮合，因此中心轴22旋转带动主动齿轮20转动，经过行星齿轮21、滑套14内部齿圈传动后，驱动滑套14转动，因为滑套14和筒体23通过横杆3焊接连接，筒体23也随滑套14一同转动，随着筒体23的旋转，岩屑床被撑开的刮刀5以及筒体23上的切削棱不断的刮切破坏清除，同时改变井筒环空流场，提高岩屑的上返速度。当钻柱处于旋转钻进状态时，一种液压式可变外径岩屑床清除工具转动的同时，筒体23可以转动刮切岩屑床；当钻柱处于滑动钻进状态时，一种液压式可变外径岩屑床清除工具壳体1不转，但筒体23继续转动刮切岩屑床。并且无论是旋转钻进还是滑动钻进状态，一种液压式可变外径岩屑床清除工具能有效地对岩屑床进行清除。同时根据环空间隙的大小，通过刮刀5的撑开或收回改变工具的作用范围，提高清岩的效果。

权利要求：1.一种液压式可变外径岩屑床清除工具，包括筒体23、上弹簧4、刮刀5、连杆6、刀座7、下弹簧8、活塞筒9、中心管12、滑销13、横杆3、侧流道2、滑套14、壳体1、行星齿轮21、主动齿轮20、螺杆15、万向轴18、中心轴22，其特征在于，壳体1上加工滑套14和筒体23，滑套14和筒体23通过横杆3焊接连接，连杆6一端和刮刀5下端铰接，连杆6另一端和刀座7外部的铰支座铰接，刀座7外部的三个铰支座分别安装在筒体23中部的三个凹槽内，刮刀5安装在筒体23中部凹槽的坡面上，活塞筒9安装在筒体23下部内腔之上，螺杆15、万向轴18和中心轴22依次连接后安装在壳体1内部，主动齿轮20安装在中心轴22上，主动齿轮20、行星齿轮21和滑套14内壁凸起的齿圈依次啮合连接。2.根据权利要求1所述的一种液压式可变外径岩屑床清除工具，其特征在于，筒体23和滑套14之间的横杆3为四根并呈90度均匀分布在同一平面。3.根据权利要求1所述的一种液压式可变外径岩屑床清除工具，其特征在于，壳体1上部和下部均开有通孔，与滑套14和筒体23之间的环空相连通，壳体1上部、下部均设有切削棱。4.根据权利要求1所述的一种液压式可变外径岩屑床清除工具，其特征在于，中心轴22与壳体1内壁之间、滑套14与壳体1之间均设有轴向密封装置16和轴承17，中心轴22与壳体1内壁之间、滑套14与壳体1之间的轴向密封腔内充满润滑油。5.根据权利要求1所述的一种液压式可变外径岩屑床清除工具，其特征在于，中心管12上设有上通孔10和下通孔11，外圆下端设置一圈滑槽轨道24，滑槽轨道上部设置有相互间隔的长轨道和短轨道，长轨道和短轨道之间设置有斜向轨道连通；滑销13一端固定在筒体23下部，另一端插入中心管12下端的滑槽轨道24内；滑销13在中心管12的滑槽轨道24内轴向移动时，可以使中心管12单向旋转。6.根据权利要求1所述的一种液压式可变外径岩屑床清除工具，其特征在于，中心管12上端外圆设置一圈凸起台阶，活塞筒9下端外圆设置一台阶。

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