一種用于定向鉆井的鉆柱旋轉控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種旋轉控制裝置，具體涉及一種用于定向鉆井的鉆柱旋轉控制裝置。
【背景技術】
[0002]定向、復合鉆進技術已被廣泛運用于石油、地質鉆探領域。然而，在使用單彎螺桿進行定向段與水平段的鉆進中，復合鉆進機械鉆速一般是定向滑動鉆進機械鉆速的3至10倍。其原因是在定向滑動鉆進時，上部鉆具不旋轉，導致上部鉆柱與井壁發生粘連，此時所施加的鉆壓難以傳遞到鉆頭上(即托壓)，造成鉆頭切削齒難以吃入地層形成體積破碎，因而定向滑動鉆進的機械鉆速很低。
[0003]因此，我們有必要設計一種用于定向鉆井的鉆柱旋轉控制裝置，以解決在定向鉆進時定向滑動鉆進機械鉆速低的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種能提高定向鉆進機械鉆速的，用于定向鉆井的鉆柱旋轉控制裝置。
[0005]本發明適用于石油和礦山地質的定向井、大斜度井，及水平井等鉆探中，配合井下動力鉆具使用，能控制鉆柱聯接和分離，實現在定向滑動鉆進時，上部鉆柱單獨旋轉，而在復合鉆進時，上部鉆柱和下部鉆柱一起旋轉。
[0006]本發明將鉆柱分為上部鉆柱和下部鉆柱，通過控制其聯接和分離，實現在定向滑動鉆進時，上部鉆柱可單獨旋轉，而復合鉆進時，上部鉆柱和下部鉆柱可一起旋轉和滑動，從而減少定向滑動鉆進時的托壓現象，達到提高定向鉆進機械鉆速的目的。
[0007]本發明所采用的技術方案是:
[0008]—種用于定向鉆井的鉆柱旋轉控制裝置，它包括旋轉軸座和與上部鉆柱連接的旋轉軸；
[0009]所述旋轉軸座的上部套設在所述旋轉軸的下部外側，并通過密封軸承組件密封，所述旋轉軸座下端與下部鉆柱連接；
[0010]所述旋轉軸內設有可上下移動的內帶中心通孔、外設有彈簧的心軸，該心軸的中心通孔與旋轉軸的中心通孔、旋轉軸座的中心通孔相連通；
[0011]所述心軸由彈簧張力推動上移后，整個心軸位于旋轉軸的中心通孔內，使旋轉軸與旋轉軸座分離，從而使上部鉆柱與下部鉆柱分離;所述心軸下移后，心軸將旋轉軸和旋轉軸座連接，從而實現上部鉆柱和下部鉆柱的連接。
[0012]按上述方案，所述旋轉軸上設有旁通孔，在旁通孔處設有旁通閥；
[0013]所述旁通孔與旋轉軸座的中心通孔相通；
[0014]所述用于定向鉆井的鉆柱旋轉控制裝置還包括捉球短節、激活球和金屬球；
[0015]所述捉球短節位于旋轉軸座和下部鉆柱之間，且該捉球短節的引球孔與心軸的中心通孔相通；
[0016]所述激活球的直徑略大于心軸的中心通孔，所述金屬球的直徑大于旁通孔的直徑。
[0017]按上述方案，所述旁通孔有2個以上，每個旁通孔都設置一個旁通閥；所述金屬球有2個以上。
[0018]按上述方案，所述上部鉆柱的中心通孔的中心線、旋轉軸的中心通孔的中心線、旋轉軸座的中心通孔的中心線重合，所述捉球短節的通孔與旋轉軸座的中心通孔相通，且捉球短節的通孔的中心線與下部鉆柱的中心通孔的中心線重合。
[0019]按上述方案，所述捉球短節的引球孔包括斜向下的第一引球孔和豎直的第二引球孔；
[0020]第一引球孔的上端與旋轉軸座的中心通孔相通，第一引球孔的下端與第二引球孔相通；
[0021]所述捉球短節的通孔的直徑小于旋轉軸座的中心通孔的直徑。
[0022]按上述方案，所述心軸的上部的橫截面為圓形，所述心軸的下部的橫截面為方形或多邊形；
[0023]所述旋轉軸的下部的中心通孔的橫截面和所述旋轉軸座的上部的中心通孔的橫截面為方形或多邊形，且該方形或多邊形與心軸的下部的橫截面的形狀相適配。
[0024]按上述方案，所述旋轉軸通過絲扣與上部鉆柱連接;所述捉球短節通過絲扣或焊接與旋轉軸座連接，所述捉球短節通過絲扣與下部鉆柱連接。
[0025]按上述方案，所述心軸上設有彈簧，該彈簧在激活球和金屬球落入捉球短節時，由彈簧張力為中心軸提供向上移動的動力，確保旋轉軸和旋轉軸座處于非聯接狀態。
[0026]按上述方案，所述旋轉軸、旋轉軸座和捉球短節采用高強度低碳合金鋼管材料制成;所述激活球采用耐壓塑料制成;所述金屬球為不銹鋼球或普通鋼球，所述普通鋼球上設有防銹、防腐保護鍍層;所述密封軸承組件的軸承采用硬質合金、復合陶瓷、PDC或中、低碳合金鋼材料制成;所述密封軸承組件的密封件采用耐高溫、腐蝕和磨損的高強度橡膠材料、金屬材料、復合材料制成。
[0027]本發明的旋轉軸和旋轉軸座，為一套能實現相對旋轉的短節，通過投球開啟或關閉旁通閥使心軸向下移動，控制其旋轉軸與旋轉軸座相對固定或轉動，實現上部鉆柱與下部鉆柱的聯接與分離。當旋轉軸與旋轉軸座通過心軸聯接時，上部鉆柱與下部鉆柱一起旋轉，當旋轉軸與旋轉軸座通過心軸分離時，轉盤只帶動上部鉆柱旋轉，而下部鉆柱不旋轉。
[0028]本發明的有益效果在于:通過心軸使旋轉軸與旋轉軸座的聯接與分離，實現上部鉆柱與下部鉆柱的聯接與分離，從而有效防止因上部鉆柱與井壁發生粘連，使施加的鉆壓能有效傳遞到鉆頭上(即無托壓)，使鉆頭切削齒能有效吃入地層形成體積破碎，提高了井底巖層的破碎效率;本發明有助于定向效率，從而提高牙輪鉆頭、PDC鉆頭等各類鉆頭及破巖工具的鉆進速率和鉆井綜合效益。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明實施例1的結構示意圖。
[0030]圖2為本發明實施例2的結構示意圖。
[0031]圖3為啟動旁通閥的結構示意圖。
[0032]圖4為復合鉆進模式下的結構示意圖。
[0033]圖5為關閉旁通閥的結構示意圖。
[0034]圖6為定向鉆井模式下的結構示意圖。
[0035]圖中:1、旋轉軸，2、旋轉軸座，3、旁通孔，4、旁通閥，5、心軸，6、密封軸承組件，7、激活球，9、引球孔，1、捉球短節的通孔，11、捉球短節，12、彈簧，13、金屬球。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖對本發明做進一步的說明。
[0037]實施例1
[0038]—種用于定向鉆井的鉆柱旋轉控制裝置，它包括旋轉軸座2和與上部鉆柱連接的旋轉軸I;
[0039]所述旋轉軸座2的上部套設在所述旋轉軸I的下部外側，并通過密封軸承組件6密封，所述旋轉軸座2的下端與下部鉆柱連接;為了方便拆卸，可以將旋轉軸I和上部鉆柱采用絲扣連接，旋轉軸座2和下部鉆柱也采用絲扣連接；
[0040]所述旋轉軸I內設有可上下移動的內帶中心通孔、外設彈簧的心軸5，該心軸5的中心通孔與旋轉軸I的中心通孔、旋轉軸座2的中心通孔相連通；
[0041 ]所述心軸5由彈簧張力推動上移后，整個心軸5位于旋轉軸I的中心通孔內，使旋轉軸I與旋轉軸座2分離，從而達到使上部鉆柱與下部鉆柱分離;所述心軸5由泥漿壓力推動下移后，心軸5將旋轉軸I和旋轉軸座2連接，從而實現上部鉆柱和下部鉆柱的聯接。
[0042]本實施例中，所述上部鉆柱的中心通孔的中心線、旋轉軸I的中心通孔的中心線、旋轉軸座2的中心通孔的中心線與下部鉆柱的中心通孔的中心線重合。
[0043]本實施例中，為了達到使心軸5上下移動，可以采用傳動設備使心軸5上下移動。
[0044]本發明配合井下動力鉆具使用，能控制鉆柱的聯接和分離，實現在定向滑動鉆進時，上部鉆柱單獨旋轉，而在復合鉆進時，上部鉆柱和下部鉆柱一起旋轉。
[0045]本發明將鉆柱分為上部鉆柱和下部鉆柱，通過控制其聯接和分離，實現在定向滑動鉆進時，上部鉆柱可單獨旋轉，而復合鉆進時，上部鉆柱和下部鉆柱可一起旋轉和滑動，從而減少定向滑動鉆進時的托壓現象，達到提高定向鉆進機械鉆速的目的。
[0046]實施例2
[0047]—種用于定向鉆井的鉆柱旋轉控制裝置，它包括旋轉軸座2和與上部鉆柱連接的旋轉軸I;
[0048]所述旋轉軸座2的上部套設在所述旋轉軸I的下部外側，并通過密封軸承組件6密封，所述旋轉軸座2通過捉球短節11與下部鉆柱連接；
[0049]所述旋轉軸I內設有可上下移動的內帶中心通孔、外設有彈簧的心軸5，該心軸5的中心通孔與旋轉軸I的中心通孔、旋轉軸座2的中心通孔、捉球短節11的引球孔9、捉球短節的通孔10相連通；
[0050]所述心軸5由彈簧張力推動上移后，整個心軸5位于旋轉軸I的中心通孔內，使旋轉軸I與旋轉軸座2分離，從而達到使上部鉆柱與下部鉆柱分離;所述心軸5由泥漿壓力推動下移后，心軸5將旋轉軸I和旋轉軸座2連接，從而實現上部鉆柱和下部鉆柱的聯接；
[0051]所述旋轉軸I上設有兩