一种便于更换钻具石油钻井用高效稳定器

技术领域

本发明涉及石油钻井辅助技术领域，尤其涉及一种便于更换钻具石油钻井用高效稳定器。

背景技术

稳定器在钻具组合中主要起着指点和扶正作用，稳定器安装的位置将井斜角和井眼曲率控制在规定范围内，也使钻铤的绝大部分重量集中在钻头上，减少钻柱和钻头上所承受的非井眼中心力和其他外力。随着稳定器的发展和大量开采水平井和定向井，稳定器成为现代井眼轨迹控制技术中不可或缺的井底钻具。稳定器分为螺旋线式、直棱式和偏斜直棱式。

现有技术公开了部分有关石油钻井技术领域的专利文件，公开号为CN214741141U的实用新型专利，公开了一种便于更换钻具用稳定器，包括稳定器本体、稳定器上颈部、扶正棱体、钻杆、稳定器下颈部、第二外螺纹和螺栓，稳定器上颈部的左端与稳定器本体的右端连接，稳定器本体与稳定器上颈部的连接处设置有过渡圆锥体，扶正棱体安装在稳定器本体上，稳定器上颈部内部设置有第一内螺纹，钻杆上设置有第一外螺纹。

现有技术在对稳定器与钻具进行组装时，通常将稳定器和钻具进行螺纹连接，当更换不同规格尺寸的钻具时，稳定器表面的耐磨带难以根据钻具的规格尺寸进行适配，从而降低稳定器的扶正效果，并且在稳定器工作的过程中，稳定器表面的耐磨带在与钻井内壁转动接触的过程中接触进行接触摩擦，从而造成耐磨带在使用过程中磨损程度较为严重，影响耐磨带的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种便于更换钻具石油钻井用高效稳定器。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种便于更换钻具石油钻井用高效稳定器，包括稳定器主体，所述稳定器主体的底端固定连接有外螺纹环，所述稳定器主体的顶端内部开设有内螺纹，所述稳定器主体的表面密封套设有连接环，所述连接环的表面沿周向设置有多个凸起直棱，所述凸起直棱的内部贯穿开设有第一圆形孔和第二圆形孔，所述第一圆形孔和所述凸起直棱的一侧相连通；

所述凸起直棱的顶端和底端分别固定连接有上棱条和下棱条，所述上棱条和所述下棱条靠近所述凸起直棱的一端均开设有U型连通孔，所述U型连通孔的两端分别和对应的所述第一圆形孔以及所述第二圆形孔一端相连通，所述第一圆形孔和所述第二圆形孔以及相邻的两个所述U型连通孔内部均匀设置有多个接触滚珠，所述凸起直棱上连接有调节变径机构。

优选的，所述调节变径机构包括多个插接槽和多个转动槽，多个所述插接槽呈周向开设在所述连接环上，所述凸起直棱与上下两端的所述上棱条和所述下棱条均滑动插设在对应的所述插接槽中，多个所述转动槽呈周向开设在所述稳定器主体上，所述凸起直棱与上下两端的所述上棱条和所述下棱条一侧均沿着对应的所述转动槽延伸至所述稳定器主体的内部，所述稳定器主体的内部固定连接有两个限位环，所述限位环上呈周向开设有多个引导槽，所述上棱条和所述下棱条相互远离的一端均固定连接有圆形销，所述圆形销的一端分别位于对应的所述引导槽内部，所述连接环上连接有配合定位机构。

优选的，所述配合定位机构包括两个限位孔和两组固定孔，两个所述限位孔均开设在所述连接环上，两组所述固定孔均开设在所述稳定器主体上，每组所述固定孔的数量为四个，所述限位孔和对应的一组所述固定孔位于同一水平截面上，所述限位孔内设置有连接螺栓，所述连接螺栓的一端螺纹连接在对应的所述固定孔内部。

优选的，所述下棱条的底端开设有收集槽，所述收集槽内部的顶面上开设有收集孔，所述收集孔和所述下棱条上的所述U型连通孔底部相连通，所述收集孔的孔径小于所述U型连通孔的直径，所述上棱条上连接有滚珠补充机构。

优选的，所述下棱条的顶端开设有放置槽，所述放置槽的一端和所述下棱条上的所述U型连通孔顶部相连通，所述放置槽的内部固定连接有安装板，所述安装板上滑动插接有第一限位销，所述第一限位销靠近所述收集孔的一端固定连接有弧面顶块，所述第一限位销上套设有第一弹簧，所述第一弹簧固定连接在所述安装板和所述弧面顶块之间。

优选的，所述滚珠补充机构包括滚珠补充孔，所述滚珠补充孔开设在所述上棱条的顶部，所述滚珠补充孔的一端和所述上棱条上的所述U型连通孔顶部相连通，所述滚珠补充孔和所述U型连通孔的孔径相同，所述上棱条的内部开设有安装孔，所述安装孔与所述滚珠补充孔相连通，所述滚珠补充孔内部设置有多个接触滚珠，所述安装孔的内部固定安装有液压气缸，所述液压气缸的活塞轴上固定连接有推料活塞，所述推料活塞位于所述滚珠补充孔和所述U型连通孔连通处的上方，所述上棱条的内部开设有让位槽，所述让位槽位于所述滚珠补充孔和所述U型连通孔连通处的一侧，所述让位槽的内部设置有活动框架，所述活动框架上滑动插设有两个第二限位销，所述第二限位销的一端均固定连接在所述让位槽内部，所述第二限位销上套设有第二弹簧，所述第二弹簧固定连接在所述让位槽和所述活动框架之间，所述活动框架的一端延伸至所述滚珠补充孔和所述U型连通孔连通处后固定连接有楔形块，所述收集槽的内部固定安装有激光感应装置，所述激光感应装置位于所述收集孔的下方。

优选的，所述上棱条的顶端螺栓固定有上挡块，所述下棱条的底端螺栓固定有下挡块，所述上挡块的底部固定连接有第三弹簧，所述第三弹簧的一端固定连接有抵压块，所述第三弹簧和所述抵压块均位于对应的所述滚珠补充孔内部。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、通过接触滚珠与钻井内壁进行滚动接触，从而替代传统耐磨带与钻井内壁之间的滑动接触摩擦，减少稳定器与钻井内壁的接触面产生的摩擦损耗，提高稳定器的使用寿命，多个接触滚珠在第一圆形孔、第二圆形孔和两个U型连通孔形成的环状闭合通道中进行滚动，从而使多个接触滚珠交替与钻井内壁接触，减少接触滚珠的滚动摩擦压力，避免单个接触滚珠长时间与钻井内壁滚动接触，提高接触滚珠的使用寿命。

2、通过引导槽的引导作用使上棱条和下棱条带动凸起直棱沿着插接槽移动，从而使上棱条和下棱条与稳定器主体轴心处的距离进行对应调节，并且带动凸起直棱同步移动调节，使稳定器与钻井的接触面直径能够根据钻具的规格尺寸进行对应调节，保证稳定器在钻孔过程中的扶正效果，在稳定器接触直径调节结束后，通过配合定位机构的作用对连接环的位置进行固定。

3、接触滚珠在沿着下棱条上的U型连通孔移动时，从U型连通孔和收集孔的连通处掉落到收集槽中，从而减少磨损严重的接触滚珠继续工作，减少受损严重的接触滚珠对稳定器工作造成影响，在接触滚珠进入收集槽内部后，通过滚珠补充机构补充对应数量的接触滚珠继续工作。

4、当接触滚珠的直径小于收集孔的孔径时，弧面顶块对接触滚珠表面施加一定的弹性压力，使小于收集孔孔径的接触滚珠能够进入收集孔中并通过收集槽进行收集，减少小于收集孔孔径的接触滚珠在后续滚珠的推动作用下无法顺利进入收集孔中，提高对不符合工作要求的接触滚珠的收集效率。

5、通过第二弹簧压缩时产生的弹性伸展作用使楔形块返回初始位置，并对滚珠补充孔和U型连通孔的连通处进行阻挡，防止U型连通孔内部的接触滚珠进入滚珠补充孔内部，当液压气缸的活塞轴带动推料活塞返回初始位置后，滚珠补充孔内部的接触滚珠继续向下移动，并且使下一个接触滚珠位于滚珠补充孔和U型连通孔的连通处上方。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的第一剖面结构示意图(对连接环进行了剖切)；

图3为本发明图2中的A处结构放大示意图；

图4为本发明的第二剖面结构示意图(对稳定器主体和连接环进行了剖切)；

图5为本发明图4中的B处结构放大示意图；

图6为本发明的第三剖面结构示意图(对其中一组凸起直棱、上棱条和下棱条进行了剖切)；

图7为本发明图6中的C处结构放大示意图；

图8为本发明图6中的D处结构放大示意图；

图9为本发明图8中的E处结构放大示意图。

图中：1、稳定器主体；2、外螺纹环；3、内螺纹；4、连接环；5、凸起直棱；6、第一圆形孔；7、第二圆形孔；8、上棱条；9、下棱条；10、U型连通孔；11、接触滚珠；12、插接槽；13、转动槽；14、限位环；15、引导槽；16、圆形销；17、限位孔；18、固定孔；19、连接螺栓；20、收集槽；21、收集孔；22、放置槽；23、安装板；24、第一限位销；25、弧面顶块；26、第一弹簧；27、滚珠补充孔；28、安装孔；29、液压气缸；30、推料活塞；31、让位槽；32、活动框架；33、第二限位销；34、第二弹簧；35、楔形块；36、激光感应装置；37、上挡块；38、下挡块；39、第三弹簧；40、抵压块。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1至图9所示的一种便于更换钻具石油钻井用高效稳定器，包括稳定器主体1，稳定器主体1的底端固定连接有外螺纹环2，稳定器主体1的顶端内部开设有内螺纹3，稳定器主体1的表面密封套设有连接环4，连接环4的表面沿周向设置有多个凸起直棱5，凸起直棱5的内部贯穿开设有第一圆形孔6和第二圆形孔7，第一圆形孔6和凸起直棱5的一侧相连通；

凸起直棱5的顶端和底端分别固定连接有上棱条8和下棱条9，上棱条8和下棱条9靠近凸起直棱5的一端均开设有U型连通孔10，U型连通孔10的两端分别和对应的第一圆形孔6以及第二圆形孔7一端相连通，第一圆形孔6和第二圆形孔7以及相邻的两个U型连通孔10内部均匀设置有多个接触滚珠11，凸起直棱5上连接有调节变径机构；工作时，现有技术在对稳定器与钻具进行组装时，通常将稳定器和钻具进行螺纹连接，当更换不同规格尺寸的钻具时，稳定器表面的耐磨带难以根据钻具的规格尺寸进行适配，从而降低稳定器的扶正效果，并且在稳定器工作的过程中，稳定器表面的耐磨带在与钻井内壁转动接触的过程中接触进行接触摩擦，从而造成耐磨带在使用过程中磨损程度较为严重，影响耐磨带的使用寿命；本技术方案能够解决以上问题，具体的工作方式如下：将钻杆的一端与稳定器主体1顶端的内螺纹3进行螺纹连接，接着将钻具的一端螺纹连接在稳定器主体1底端的外螺纹环2上，通过调节变径机构的作用对凸起直棱5和稳定器主体1轴心之间的垂直距离进行调节，使稳定器与钻井内壁的接触面直径能够根据钻具的规格尺寸进行适应性调节，从而在钻具的规格尺寸改变时保证稳定器的扶正效果，钻具沿着钻井内部向下移动钻探时，稳定器主体1随着钻具同步转动并向下移动，第一圆形孔6中的接触滚珠11一侧沿着第一圆形孔6和凸起直棱5一侧的连通处延伸至凸起直棱5的外部，并且在凸起直棱5随着稳定器主体1同步转动的过程中，第一圆形孔6中的接触滚珠11和钻井内壁接触滚动，并在稳定器主体1沿着钻井内壁螺旋向下移动时，第一圆形孔6中的接触滚珠11沿着第一圆形孔6和上棱条8底端的U型连通孔10之间的连通处依次进入上棱条8底端的U型连通孔10中，并沿着上棱条8底端的U型连通孔10和第二圆形孔7之间的连通处依次进入第二圆形孔7内部，接着进入下棱条9顶端的U型连通孔10中，最后回到第一圆形孔6中，通过接触滚珠11与钻井内壁进行滚动接触，从而替代传统耐磨带与钻井内壁之间的滑动接触摩擦，减少稳定器与钻井内壁的接触面产生的摩擦损耗，提高稳定器的使用寿命，多个接触滚珠11在第一圆形孔6、第二圆形孔7和两个U型连通孔10形成的环状闭合通道中进行滚动，从而使多个接触滚珠11交替与钻井内壁接触，减少接触滚珠11的滚动摩擦压力，避免单个接触滚珠11长时间与钻井内壁滚动接触，提高接触滚珠11的使用寿命。

作为本发明的进一步实施方案，调节变径机构包括多个插接槽12和多个转动槽13，多个插接槽12呈周向开设在连接环4上，凸起直棱5与上下两端的上棱条8和下棱条9均滑动插设在对应的插接槽12中，多个转动槽13呈周向开设在稳定器主体1上，凸起直棱5与上下两端的上棱条8和下棱条9一侧均沿着对应的转动槽13延伸至稳定器主体1的内部，稳定器主体1的内部固定连接有两个限位环14，限位环14上呈周向开设有多个引导槽15，上棱条8和下棱条9相互远离的一端均固定连接有圆形销16，圆形销16的一端分别位于对应的引导槽15内部，连接环4上连接有配合定位机构；工作时，通过转动连接环4，使连接环4沿着稳定器主体1表面进行转动，从而使插接槽12中的凸起直棱5和上下两端的上棱条8以及下棱条9同步在转动槽13中转动，上棱条8和下棱条9上的圆形销16同步在引导槽15内部移动，并通过引导槽15的引导作用使上棱条8和下棱条9带动凸起直棱5沿着插接槽12移动，从而使上棱条8和下棱条9与稳定器主体1轴心处的距离进行对应调节，并且带动凸起直棱5同步移动调节，使稳定器与钻井的接触面直径能够根据钻具的规格尺寸进行对应调节，保证稳定器在钻孔过程中的扶正效果，在稳定器接触直径调节结束后，通过配合定位机构的作用对连接环4的位置进行固定。

作为本发明的进一步实施方案，配合定位机构包括两个限位孔17和两组固定孔18，两个限位孔17均开设在连接环4上，两组固定孔18均开设在稳定器主体1上，每组固定孔18的数量为四个，限位孔17和对应的一组固定孔18位于同一水平截面上，限位孔17内设置有连接螺栓19，连接螺栓19的一端螺纹连接在对应的固定孔18内部；工作时，通过转动连接螺栓19使连接螺栓19从原先的固定孔18内部脱离，再转动连接环4进行变径调节，当连接环4转动到对应的角度并且使限位孔17和对应的固定孔18重合时，将连接螺栓19的一端穿过限位孔17并螺纹连接在对应的固定孔18内部，使连接环4进行调节后的配合定位。

作为本发明的进一步实施方案，下棱条9的底端开设有收集槽20，收集槽20内部的顶面上开设有收集孔21，收集孔21和下棱条9上的U型连通孔10底部相连通，收集孔21的孔径小于U型连通孔10的直径，上棱条8上连接有滚珠补充机构；工作时，当接触滚珠11与钻井内部滚动接触的过程中产生磨损，使接触滚珠11的直径小于收集孔21的孔径时，接触滚珠11在沿着下棱条9上的U型连通孔10移动时，从U型连通孔10和收集孔21的连通处掉落到收集槽20中，从而减少磨损严重的接触滚珠11继续工作，减少受损严重的接触滚珠11对稳定器工作造成影响，在接触滚珠11进入收集槽20内部后，通过滚珠补充机构补充对应数量的接触滚珠11继续工作。

作为本发明的进一步实施方案，下棱条9的顶端开设有放置槽22，放置槽22的一端和下棱条9上的U型连通孔10顶部相连通，放置槽22的内部固定连接有安装板23，安装板23上滑动插接有第一限位销24，第一限位销24靠近收集孔21的一端固定连接有弧面顶块25，第一限位销24上套设有第一弹簧26，第一弹簧26固定连接在安装板23和弧面顶块25之间；工作时，当多个接触滚珠11沿着下棱条9内部的U型连通孔10依次滚动通过时，弧面顶块25在第一弹簧26的弹性伸展作用下向U型连通孔10中移动，并挤压弧面顶块25下方的接触滚珠11向收集孔21中移动，接触滚珠11的直径大于收集孔21的孔径时，接触滚珠11在后续的接触滚珠11推动作用下沿着U型连通孔10继续移动，当接触滚珠11的直径小于收集孔21的孔径时，弧面顶块25对接触滚珠11表面施加一定的弹性压力，使小于收集孔21孔径的接触滚珠11能够进入收集孔21中并通过收集槽20进行收集，减少小于收集孔21孔径的接触滚珠11在后续滚珠的推动作用下无法顺利进入收集孔21中，提高对不符合工作要求的接触滚珠11的收集效率。

作为本发明的进一步实施方案，滚珠补充机构包括滚珠补充孔27，滚珠补充孔27开设在上棱条8的顶部，滚珠补充孔27的一端和上棱条8上的U型连通孔10顶部相连通，滚珠补充孔27和U型连通孔10的孔径相同，上棱条8的内部开设有安装孔28，安装孔28与滚珠补充孔27相连通，滚珠补充孔27内部设置有多个接触滚珠11，安装孔28的内部固定安装有液压气缸29，液压气缸29的活塞轴上固定连接有推料活塞30，推料活塞30位于滚珠补充孔27和U型连通孔10连通处的上方，上棱条8的内部开设有让位槽31，让位槽31位于滚珠补充孔27和U型连通孔10连通处的一侧，让位槽31的内部设置有活动框架32，活动框架32上滑动插设有两个第二限位销33，第二限位销33的一端均固定连接在让位槽31内部，第二限位销33上套设有第二弹簧34，第二弹簧34固定连接在让位槽31和活动框架32之间，活动框架32的一端延伸至滚珠补充孔27和U型连通孔10连通处后固定连接有楔形块35，收集槽20的内部固定安装有激光感应装置36，激光感应装置36位于收集孔21的下方；工作时，当滚珠补充孔27内部的接触滚珠11通过重力作用向U型连通孔10的连通处移动，当不符合工作要求的接触滚珠11沿着收集孔21掉落到收集槽20的内部时，激光感应装置36(如图7所示)感应到接触滚珠11的掉落，并通过激光感应装置36上连接的控制器控制对应的液压气缸29工作，液压气缸29的活塞轴驱动推料活塞30向下移动，并将下方的接触滚珠11沿着滚珠补充孔27和U型连通孔10的连通处推入U型连通孔10中，从而保证工作的接触滚珠11数量不变，接触滚珠11沿着滚珠补充孔27和U型连通孔10的连通处通过时，接触滚珠11挤压楔形块35的斜面，使楔形块35通过斜面挤压作用向让位槽31内部移动，并带动活动框架32沿着第二限位销33的滑动插接处移动，从而挤压第二弹簧34产生压缩形变，当接触滚珠11通过后，通过第二弹簧34压缩时产生的弹性伸展作用使楔形块35返回初始位置，并对滚珠补充孔27和U型连通孔10的连通处进行阻挡，防止U型连通孔10内部的接触滚珠11进入滚珠补充孔27内部，当液压气缸29的活塞轴带动推料活塞30返回初始位置后，滚珠补充孔27内部的接触滚珠11继续向下移动，并且使下一个接触滚珠11位于滚珠补充孔27和U型连通孔10的连通处上方。

作为本发明的进一步实施方案，上棱条8的顶端螺栓固定有上挡块37，下棱条9的底端螺栓固定有下挡块38，上挡块37的底部固定连接有第三弹簧39，第三弹簧39的一端固定连接有抵压块40，第三弹簧39和抵压块40均位于对应的滚珠补充孔27内部；工作时，通过上挡块37和下挡块38分别螺栓固定在对应的上棱条8和下棱条9上，从而对滚珠补充孔27和收集槽20进行遮挡密封，通过第三弹簧39的弹性伸展作用使抵压块40对滚珠补充孔27内部的接触滚珠11进行弹性挤压，防止滚珠补充孔27内部的接触滚珠11因为稳定器工作过程中产生的振动而上下跳动，保证滚珠补充孔27内部的接触滚珠11稳定性，在滚珠补充孔27内部的接触滚珠11补充到对应的U型连通孔10内部后，通过第三弹簧39的弹性伸展作用带动抵压块40向下弹性伸展，并使剩余的接触滚珠11快速向滚珠补充孔27和U型连通孔10的连通处移动。

本发明工作原理：

将钻杆的一端与稳定器主体1顶端的内螺纹3进行螺纹连接，接着将钻具的一端螺纹连接在稳定器主体1底端的外螺纹环2上，通过调节变径机构的作用对凸起直棱5和稳定器主体1轴心之间的垂直距离进行调节，使稳定器与钻井内壁的接触面直径能够根据钻具的规格尺寸进行适应性调节，从而在钻具的规格尺寸改变时保证稳定器的扶正效果，钻具沿着钻井内部向下移动钻探时，稳定器主体1随着钻具同步转动并向下移动，第一圆形孔6中的接触滚珠11一侧沿着第一圆形孔6和凸起直棱5一侧的连通处延伸至凸起直棱5的外部，并且在凸起直棱5随着稳定器主体1同步转动的过程中，第一圆形孔6中的接触滚珠11和钻井内壁接触滚动，并在稳定器主体1沿着钻井内壁螺旋向下移动时，第一圆形孔6中的接触滚珠11沿着第一圆形孔6和上棱条8底端的U型连通孔10之间的连通处依次进入上棱条8底端的U型连通孔10中，并沿着上棱条8底端的U型连通孔10和第二圆形孔7之间的连通处依次进入第二圆形孔7内部，接着进入下棱条9顶端的U型连通孔10中，最后回到第一圆形孔6中，通过接触滚珠11与钻井内壁进行滚动接触，从而替代传统耐磨带与钻井内壁之间的滑动接触摩擦，减少稳定器与钻井内壁的接触面产生的摩擦损耗，提高稳定器的使用寿命，多个接触滚珠11在第一圆形孔6、第二圆形孔7和两个U型连通孔10形成的环状闭合通道中进行滚动，从而使多个接触滚珠11交替与钻井内壁接触，减少接触滚珠11的滚动摩擦压力，避免单个接触滚珠11长时间与钻井内壁滚动接触，提高接触滚珠11的使用寿命。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内，本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。