一种双作用水力加压器的制作方法

1.本实用新型属于浮阀技术领域，具体涉及一种双作用水力加压器。


背景技术：

2.水力加压器是一种应用于钻井、修井等作业中的井下工具，是一种能够转换装置，利用循环泵泵压为动力把液体压能转化为钻压的钻井技术，将钻铤给予钻头或者其他工具的刚性加压变为液力柔性加压，克服了刚性加压的种种弊端，从而达到高速度、高质量。低成本钻井的目的。特别是在地质条件恶劣的地层钻进时，随着钻头的转动会产生上下跳动，由于钻柱直接连接钻头，整个钻具就会随着钻头的上下跳动而产生同步的上下震动，从而产生很大的力反复加在钻头上，造成钻头的冲击破坏。同时也在钻柱中产生很大的应力波，使钻柱疲劳破坏，严重的跳钻还会影响到大钩、水龙头和井口设备等，因此，在地质条件恶劣的地层钻进时，被迫采用低钻压和低转速钻进，从而降低了钻井进尺和钻井效益，为了提高钻井进尺获得较好的经济效益，采用水力加压是最佳的选择。
3.水力加压器采用钻井泥浆作为减震元件，通过三级活塞来吸收钻头的上下震动，当开泵循环时水力加压器的内部形成压降，压降作用力形成的推力推动活塞下行，直至行程结束。
4.随着石油的进一步开发，越来越多的定向井、水平井运用在石油钻井技术中，在部分地区甚至采用丛式井和分支井，这样的井身设计为钻井节省了成本，也能更好、更准确地钻至设计的靶位，提高开石油天然气采效率和产量，同时，其复杂的井身结构也给钻井技术带来了很高的难度，例如钻压的施加和钻头钻具的震动憋跳问题。
5.在部分可钻性较差的地质层，跳钻严重也是困扰钻井的另一大难题，它给井身结构和地面设备都带来了不可忽视的安全引患和钻井效率。


技术实现要素：

6.基于以上技术问题，本实用新型提供一种双作用水力加压器，可在钻井过程中实现给钻头稳定柔性加压和减轻钻头钻具憋跳的功能，弥补了传统减震器或加压器单方面作用的局限性。
7.为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
8.一种双作用水力加压器，包括外壳，所述外壳的上端连接有上接头，所述外壳套设有芯轴，其特征在于，所述上接头的内孔中套设有中心管，所述中心管的下端伸入外壳的内部并具有用于与外壳的内壁相互密封的大径段，所述外壳的内壁、上接头的下端面和中心管形成第一腔体，所述第一腔体内设置有套设在中心管的小径段外围的碟簧。
9.在一些实施例中，所述外壳的内壁上设置有用于限制中心管下行位置的限位台阶。
10.在一些实施例中，所述中心管的小径段与上接头之间、所述中心管的大径段与外壳的内壁之间均设置有密封件从而使得第一腔体为密封腔体。
11.在一些实施例中，所述第一腔体内注入有用于润滑碟簧的润滑油。
12.在一些实施例中，所述外壳包括从上至下依次连接的上缸套、中缸套和下缸套，所述上接头连接在上缸套上，所述芯轴包括相互连接的上芯轴和下芯轴，所述上芯轴的上端延伸到上缸套的内部并形成有用于与上缸套的内壁相互密封的扩大头段或者所述上芯轴的上端延伸到上缸套的内部并连接有用于与上缸套的内壁相互密封的上活塞，所述上芯轴的下端穿出上缸套延伸至中缸套内并与下芯轴连接，延伸入上缸套内部的上芯轴的外壁、上缸套的内壁、上缸套内孔的台阶面与扩大头段或者上活塞的下端面之间形成有第二腔体，所述上缸套的圆周壁上开设有至少一个与第二腔体相互连通的第一侧孔。
13.在一些实施例中，所述上缸套上开设有至少2个第一侧孔，各个第一侧孔均匀的分布在上缸套上并与第二腔体相互连通。
14.在一些实施例中，所述下芯轴的上端延伸入中缸套内并连接有用于与中缸套的内壁相互密封的下活塞，所述下芯轴的下端穿出中缸套并延伸出下缸套，所述上缸套的下端面、中缸套的内壁、下活塞的上端面以及上芯轴的外壁之间形成第三腔体，所述上芯轴上开设有至少一个与第三腔体相互连通的第二侧孔。
15.在一些实施例中，所述上芯轴上开设有至少2个第二侧孔，各个第二侧孔均匀的分布在上芯轴上并与第三腔体相互连通。
16.在一些实施例中，所述下芯轴的外壁上设置有外花键，所述下缸套的内壁上设置有与外花键相互配合的内花键，所述下芯轴的外壁与下缸套的内壁之间形成有密封的第四腔体，所述第四腔体内注入有用于润滑外花键和内花键的润滑油。
17.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
18.本实用新型的一种双作用水力加压器在使用过程中，通过上接头的内孔中连接中心管，并且中心管、上接头的下端面与外壳(上缸套)的内壁之间形成有第一腔体，在第一腔体内安装有套设在中心管外围的碟簧，当芯轴(上芯轴和下芯轴)发生严重跳钻时，芯轴与中心管相互接触并挤压碟簧，利用碟簧来缓冲和吸收跳钻时产生的冲击力，从而达到良好的减震效果，保护钻头和提高钻头的使用寿命，同时也降低了地面设备的安全隐患。
19.本实用新型通过设置密封件使得第一腔体为密封腔体，并且向密封腔体内注入有润滑油，能够降低碟簧在运动过程中的磨损，提高碟簧的使用寿命。
20.本实用新型通过设置第二腔体和第三腔体，在钻井过程中，高压泥浆打入钻具内孔，流至下部，从钻头水眼喷出，带着井底的岩屑，从钻具与井筒间的环空返回地面，由于底部钻具和钻头的泥浆压力损耗，钻具内孔的泥浆压力比环空的泥浆压力高。在本实用新型中，上芯轴上端为高压泥浆，由于第二腔体与环定第一侧孔连通为低压泥浆，使得上芯轴上端面的压力大于扩大头段或者上活塞的下端面处的压力迫使上芯轴下行，推动下芯轴9伸出。另外，下活塞的上端面受到第三腔体的泥浆压力，第三腔体与第二侧孔连通为高压泥浆；下活塞下端面第四腔体内润滑油压力，润滑油只用于润滑(不必注满)故压力级小，可忽略不计，在综合力的作用下，下活塞也会推动下芯轴伸出。当下部钻具和钻头的压耗固定的情况下，本实用新型会形成一个轴向的推力，推动下芯轴伸出，进而推动钻头钻进。假设下芯轴的总行程为l(＝l1 l2)，在l1行程段，上芯轴5未与中心管接触，此时推力不会因伸出的行程大小而改变，是一个恒定的、稳定的推力，用该推力充当钻压时，由于钻压恒定，且能柔性地进行伸缩，优化的钻头的受力状况，使钻进过程更高效，提高机械钻速；在l2行程段，
上芯轴与中心管接触，并能压缩蝶簧组，此时推力会随着伸出行程的减小而逐渐增大，显然，此行程段能提供给钻头更大的推力值，防止整个下芯轴被压死，辅助作用于l1段未过滤掉的轴向跳动，起到很好的减震效果，最大限度的保护钻头，提高钻头使用寿命。
21.综上，本实用新型提供的双作用水力加压器，解决了钻压施加和跳钻的难题，它改善了钻头的受力情况，给钻头一柔性、恒定的推力，以保护钻头、提高机械钻速，同时兼具减震器的作用，起到恒钻压、减震的双重功能，进一步保护了钻头、降低了钻具安全风险。
附图说明
22.图1为本实用新型一实施例的剖视图示意图；
23.图2为本实用新型的外花键的结构示意图；
24.图3为本实用新型的内花键的结构示意图；
25.图中标记：1、上接头，2、蝶簧组，3、中心管，4、上缸套，5、上芯轴，6、中缸套，7、下活塞，8、下缸套，9、下芯轴，10、第一腔体，11、密封件，12、第二腔体，13、第一侧孔，14、第三腔体，15、第二侧孔，16、第四腔体。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“两端”、“之间”、“中部”、“下部”、“上端”、“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.结合附图，本实用新型的一种双作用水力加压器，包括外壳，所述外壳的上端连接有上接头1，所述外壳套设有芯轴，所述上接头1的内孔中套设有中心管3，所述中心管3的下端伸入外壳的内部并具有用于与外壳的内壁相互密封大径段(或者中心管3的下端形成有用于与外壳的内壁相互密封的台阶)，所述外壳的内壁、上接头1的下端面和中心管3形成第一腔体10，所述第一腔体10内设置有套设在中心管3的小径段外围的碟簧2。其中，上接头1与外壳之间螺纹连接，中心管3具有小径段和设置在小径段下端的大径段，中心管3的小径段与上接头1的内孔相互配合，中心管的大径段与外壳的内壁相互配合。
30.在一些实施例中，所述外壳的内壁上设置有用于限制中心管3下行位置的限位台阶。
31.在使用过程中，蝶簧2被限制在中心管3大径段(或者台阶)与上接头1的下端面之间的轴向范围内，中芯管3可轴向压缩蝶簧2，使中心管继续伸入上接头1，卸去轴向压力后，中心管3在蝶簧组2的弹力作用下向下伸出，并通过外壳内壁上的限位台阶进行限位。
32.在一些实施例中，所述中心管3的小径段与上接头1之间、所述中心管3的大径段与外壳的内壁之间均设置有密封件11从而使得第一腔体10为密封腔体。其中，上接头1的内孔壁上安装有密封件11、中心管3的大径段的外圆周上安装有密封件11，从而使得第一腔体10内密封腔体，所述第一腔体10内注入有用于润滑碟簧2的润滑油，从而降低碟簧2在运动过程中的摩擦，提高碟簧的使用寿命，降低维护的成本。
33.本实用新型的一种双作用水力加压器在使用过程中，通过上接头的内孔中连接中心管，并且中心管、上接头的下端面与外壳(上缸套)的内壁之间形成有第一腔体，在第一腔体内安装有套设在中心管外围的碟簧，当芯轴(上芯轴和下芯轴)发生严重跳钻时，芯轴与中心管相互接触并挤压碟簧，利用碟簧来缓冲和吸收跳钻时产生的冲击力，从而达到良好的减震效果，保护钻头和提高钻头的使用寿命，同时也降低了地面设备的安全隐患。
34.在一些实施例中，所述外壳包括从上至下依次连接的上缸套4、中缸套6和下缸套8，其中，上缸套、中缸套和下缸套的两端(上端和下端)分别设置有螺纹，上缸套、中缸套和下缸套依次螺纹连接；所述上接头1连接在上缸套4上，所述芯轴包括相互连接的上芯轴5和下芯轴9，所述上芯轴5的上端延伸到上缸套4的内部并形成有用于与上缸套4的内壁相互密封的扩大头段或者所述上芯轴5的上端延伸到上缸套5的内部并连接有用于与上缸套4的内壁相互密封的上活塞，即是说延伸到上缸套4内的上芯轴5能够与上缸套的内壁相互密封，当上芯轴为一体结构时，与上缸套的内壁相互密封的部位可以称为扩大头段，当上芯轴组装而成时，上缸套的内壁相互密封的部位可以称为上活塞；或者说上芯轴5具有小径段和大径段，大径段位于上缸套4内并与上缸套的内壁相互密封，上芯轴5的小径段穿出上缸套4。所述上芯轴5的下端穿出上缸套4延伸至中缸套6内并与下芯轴9连接，延伸入上缸套4内部的上芯轴5的外壁、上缸套4的内壁、上缸套4内孔的台阶面与扩大头段或者上活塞的下端面之间形成有第二腔体12，所述上缸套4的圆周壁上开设有至少一个与第二腔体12相互连通的第一侧孔13。
35.其中，上芯轴5的扩大头段(或者上活塞、或者大径段)的外圆周壁上设置有密封件11，上缸套4下部的内孔(小径段)也安装有密封件，从而使得上缸套4与上芯轴5之间相互密封。
36.其中，上缸套4的内孔为台阶孔，上芯轴5的扩大头段(或者上活塞、或者大径段)与上缸套4的大孔段相互配合，上芯轴5的下段(或者小径段)与上缸套4的小孔段相互配合。
37.在一些实施例中，所述上缸套4上开设有至少2个第一侧孔13，各个第一侧孔13均匀的分布在上缸套4上并与第二腔体12相互连通。
38.在一些实施例中，所述下芯轴9的上端延伸入中缸套6内并连接有用于与中缸套6的内壁相互密封的下活塞7，所述下芯轴9的下端穿出中缸套6并延伸出下缸套8，其中，其延伸出下缸套8的下芯轴9下端设置有台阶，伸出部位过渡为大直径，与外壳体直径相等。所述上缸套4的下端面、中缸套6的内壁、下活塞7的上端面以及上芯轴8的外壁之间形成第三腔体14，所述上芯轴5上开设有至少一个与第三腔体14相互连通的第二侧孔15。其中，上缸套4下部的内孔(小径段)也安装有密封件，下活塞7的外圆周上也安装有密封件11，从而使得第三腔体14为密封腔体。
39.在一些实施例中，所述上芯轴5上开设有至少2个第二侧孔15，各个第二侧孔15均匀的分布在上芯轴5上并与第三腔体14相互连通。
40.结合附图2和附图3，在一些实施例中，所述下芯轴9的外壁上设置有外花键，所述下缸套8的内壁上设置有与外花键相互配合的内花键，所述下芯轴9的外壁与下缸套8的内壁之间形成有密封的第四腔体16，所述第四腔体16内注入有用于润滑外花键和内花键的润滑油。其中，第四腔体16、内花键和外花键的设计均属于现有技术，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。在使用过程中，上部钻柱扭矩通过上接头1传递至外壳(上缸套、中缸套和下缸套)，然后再通过啮合的花键传递给下芯轴9，进而传递给下部钻头。
41.本实用新型通过设置第二腔体和第三腔体，在钻井过程中，高压泥浆打入钻具内孔，流至下部，从钻头水眼喷出，带着井底的岩屑，从钻具与井筒间的环空返回地面，由于底部钻具和钻头的泥浆压力损耗，钻具内孔的泥浆压力比环空的泥浆压力高。在本实用新型中，上芯轴上端为高压泥浆，由于第二腔体与环定第一侧孔连通为低压泥浆，使得上芯轴上端面的压力大于扩大头段或者上活塞的下端面处的压力迫使上芯轴下行，推动下芯轴9伸出。另外，下活塞的上端面受到第三腔体的泥浆压力，第三腔体与第二侧孔连通为高压泥浆；下活塞下端面第四腔体内润滑油压力，润滑油只用于润滑(不必注满)故压力级小，可忽略不计，在综合力的作用下，下活塞也会推动下芯轴伸出。当下部钻具和钻头的压耗固定的情况下，本实用新型会形成一个轴向的推力，推动下芯轴伸出，进而推动钻头钻进。假设下芯轴的总行程为l(＝l1 l2)，在l1行程段，上芯轴5未与中心管接触，此时推力不会因伸出的行程大小而改变，是一个恒定的、稳定的推力，用该推力充当钻压时，由于钻压恒定，且能柔性地进行伸缩，优化的钻头的受力状况，使钻进过程更高效，提高机械钻速；在l2行程段，上芯轴与中心管接触，并能压缩蝶簧组，此时推力会随着伸出行程的减小而逐渐增大，显然，此行程段能提供给钻头更大的推力值，防止整个下芯轴被压死，辅助作用于l1段未过滤掉的轴向跳动，起到很好的减震效果，最大限度的保护钻头，提高钻头使用寿命。
42.综上，本实用新型提供的双作用水力加压器，解决了钻压施加和跳钻的难题，改善了钻头的受力情况，给钻头一柔性、恒定的推力，以保护钻头、提高机械钻速，同时兼具减震器的作用，起到恒钻压、减震的双重功能，进一步保护了钻头、降低了钻具安全风险。
43.如上即为本实用新型的实施例。前文为本实用新型的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。