[发明专利]一种兼做滚动轴承使用的锁紧装置

说明书

本发明专利提供了一种兼做滚动轴承使用的锁紧装置，主要由外筒、传动轴、活塞、锁紧套、锁紧座、钢珠、弹簧、弹簧座和下接头组成。兼做滚动轴承使用的锁紧装置是旋转滑动钻进工具关键技术之一，复合钻进时，下放钻具，开泵，活塞下行，钢珠将传动轴和外筒锁紧，传动轴和外筒间即无轴向相对移动，也无周向相对旋转，兼做滚动轴承使用的锁紧装置具有锁紧功能；滑动钻进时，上提钻具，开泵，活塞下行，钢珠将传动轴和外筒锁紧，传动轴和外筒间无轴向相对移动，但可周向相对旋转，兼做滚动轴承使用的锁紧装置除具有锁紧功能外，兼做滚动轴承；停泵时，活塞复位，传动轴和外筒锁紧解除，通过机械辅助操作可打开或闭合传动轴扭矩传动段和外筒扭矩传动段，进而转换成滑动钻进或复合钻进。

技术领域

本发明专利属于石油钻井机械领域，具体涉及一种兼做滚动轴承使用的锁紧装置。兼做滚动轴承使用的锁紧装置是旋转滑动钻进工具关键技术之一，主要用于解决定向井(或斜井)和水平井钻井过程中螺杆钻具滑动钻进托压问题，提高定向钻进作业时效，降低定向钻井作业成本。

背景技术

钻井是发现和开采地下矿藏资源的必然途径。根据设计井眼轨迹形状，钻井可划分为直井、定向井(或斜井)和水平井。在致密油、致密气、煤层气和页岩气等非常规油气开发中，定向井(或斜井)和水平井占钻井总工作量80％以上。

在定向井(或斜井)和水平井钻井过程中，把使用螺杆钻具调整井眼轨迹或改变井眼空间钻进方向称为定向钻进。定向钻进时，螺杆钻具驱动钻头破岩钻进，井下钻具在地面钻压作用下克服井壁磨阻推着螺杆钻具向前滑动，因此，定向钻进也称为滑动钻进。相对而言，把井下钻具和螺杆钻具共同驱动钻头破岩钻进，称为复合钻进。

滑动钻进时，钻具贴着井眼底部向前滑行，钻具与井壁存在磨阻，因此，施加在钻头上实际钻压等于地面钻压减去钻具磨阻的差值，或者说，实际钻压小于地面钻压。在大斜度段和水平段中，滑动钻进时钻具磨阻随着井斜增大呈现数量级递增，当钻具磨阻大于地面钻压时，钻井无进尺，或者说，无论地面施加多大钻压，钻压都无法有效传递到钻头上，甚至钻具屈曲变形，连钻具都无法下放到井底，我们把这种现象称为托压。定向困难和托压问题是定向井(或斜井)和水平井钻井过程中螺杆钻具滑动钻进两大技术难题，也是一个世界性难题，但是，在相同井段或相同井眼条件下，复合钻进托压要明显小于滑动钻进托压，复合钻进机械钻速要远远大于滑动钻进机械钻速，由此来看，钻具旋转能够在很大程度上降低钻具磨阻，达到减缓或解决螺杆钻具滑动钻进托压问题。

根据多年钻井现场经验，研制出了旋转滑动钻进工具，可较好地解决螺杆钻具滑动钻进托压问题，其中，本发明专利兼做滚动轴承使用的锁紧装置是旋转滑动钻进工具关键技术之一。利用兼做滚动轴承使用的锁紧装置，不仅解决了旋转滑动钻进工具中外筒和传动轴在滑动钻进和复合钻进两种工况下锁紧问题，而且解决了旋转滑动钻进工具中外筒和传动轴在滑动钻进工况下轴向承压轴承问题，延长旋转滑动钻进工具使用寿命。

发明专利内容

本发明专利属于石油钻井机械领域，具体涉及一种兼做滚动轴承使用的锁紧装置。兼做滚动轴承使用的锁紧装置是旋转滑动钻进工具关键技术之一，主要用于解决定向井(或斜井)和水平井钻井过程中螺杆钻具滑动钻进托压问题，提高定向钻进作业时效，降低定向钻井作业成本。

本发明专利采用如下具体技术方案实现：

兼做滚动轴承使用的锁紧装置主要由外筒、传动轴、活塞、锁紧套、锁紧座、钢珠、弹簧、弹簧座和下接头组成。

外筒是中孔、厚壁金属管，上部内径相对较小且与传动轴外径相同，对锁紧座起到限位作用，下部内径相对较大，用于固定安装锁紧座，底端为内螺纹，用于连接下接头。外筒既是旋转滑动钻进工具部件，又是兼做滚动轴承使用的锁紧装置部件，因此，附图中绘制出外筒部分截面，具体应用中，外筒顶端内部为扭矩传动段，技术参数与传动轴扭矩传动段相匹配，外筒顶端外部为外螺纹。