[发明专利]液力变矩器

说明书

技术领域

本发明主要涉及钻井工具领域中的一种液力变矩器，尤其适用于石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探领域。

背景技术

随着油气田开发难度的日益加大和钻井技术的快速发展，大位移井、长水平段水平井、多级分支井等复杂结构井的数量与日俱增，对钻井工艺技术提出了更高的要求。在导向钻井过程中，国内主要利用泥浆马达采用滑动钻进的方式进行钻井作业，为了平衡井下动力马达产生的反扭矩，稳定井下钻具组合的工具面，通常采用井口锁紧转盘的方式，此时除钻头旋转破岩外，其他全部钻柱包括泥浆马达壳体均不转动，并且由于自重作用平躺在井底，导致滑动钻进时摩阻力大难以有效施加钻压，同时容易发生粘卡等井下安全事故，尤其在大位移井、长水平段水平井、非常规井眼等导向钻进过程中，摩阻扭矩大，钻柱上提下放困难，钻进时加压困难等问题尤为突出。

中国专利201310422132.9、201010189645.6均提供了井下反扭矩控制装置，并对其技术特点进行了详细论述，根据专利说明可以看出，基本能够实现井下反扭矩控制的功能，但是仍存在几点不足，不能完全满足现场钻井工艺的技术要求，(1)提供的反扭矩控制装置不能使钻柱整体转动，即在导向钻井过程中，钻柱整体仍平躺在井底并处于滑动钻进状态，摩擦阻力很大，影响了钻井速度的提高；(2)提供的反扭矩控制装置能够控制底部钻具组合的反扭矩，但对于井眼轨迹控制的能力较现有技术有所降低，不利于复杂结构井的钻井施工；(3)从结构图中可以看出，内部结构较为复杂，零部件较多，对加工工艺要求较高。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的问题，提出一种结构简单，性能可靠，控制精度高，操作方便的液力变矩器，既能够满足底部钻具组合反扭矩控制的要求，又能使得钻柱整体转动，降低导向钻井过程中的摩擦阻力，还能利用现有导向钻井工艺技术控制井眼轨迹，达到利用国内现有技术装备，低成本高效率完成复杂结构井钻井的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

液力变矩器，包括中心轴、外壳体、轴承装置、调节器、弹簧、液压离合器、联轴器和扭矩发生器、喷嘴。其中：中心轴安装在外壳体内部，中心轴与外壳体之间通过轴承装置和轴承凸沿构成旋转密封配合；调节器安装在中心轴与外壳体之间的环形空腔内，并与中心轴和外壳体构成轴向滑动密封配合，调节器与中心轴之间通过往复定位机构形成轴向行程限位配合；液压离合器通过轴承装置与调节器下方相接，液压离合器上、中部分别设有内花键和外花键，其中内花键与中心轴外花键构成永久性插接配合，外花键与外壳体的内花键构成阶段性插接配合，该阶段性插接配合的行程与调节器的行程相当，液压离合器的下端部内、外分别于中心轴和外壳体构成轴向滑动密封配合；弹簧套在液压离合器外部，并作用在液压离合器和外壳体之间的凸沿之间；扭矩发生器通过联轴器连接在中心轴的下端，扭矩发生器设在外壳体内；喷嘴设在扭矩发生器下端；在中心轴上部设有上旁通孔，上旁通孔将中心轴内腔与调节器上部腔室贯通，在中心轴下部设有下旁通孔，在扭矩发生器外部的外壳体设有轴向流道，下旁通孔和轴向流道将中心轴内腔和外壳体下端部的内腔贯通。

调节器与中心轴之间的往复定位机构是在中心轴上固有定位销，调节器上加工定位槽，定位槽为连续的“N”字形均匀分布在调节器的内壁，定位销与定位槽构成滑动配合。

上述方案还包括：

定位槽内加工台阶面。

在调节器与液压离合器之间预设储油腔；液压离合器下花键的下端加工导入角。

喷嘴由单个喷嘴体或多个喷嘴体构成；在中心轴与外壳体、调节器与中心轴和外壳体、液压离合器与中心轴和外壳体的密封面上设有密封装置。

本发明的液力变矩器工作原理和技术效果是：