一种外径可调的滚珠扶正器

技术领域

本申请涉及石油钻采设备技术领域，具体涉及一种外径可调的滚珠扶正器。

背景技术

扶正器，又称稳定器，是稳定井下钻具，起防斜作用的工具。连接在靠近粗径钻具的一段钻杆柱上，用来稳定钻进方向的装置，是石油、天然气及地质勘探钻井工程中，防止井斜变化的重要工具；

现有技术中，扶正器包括弹性扶正器和刚性扶正器，其中刚性扶正器结构固定，其外径不能改变，不同内径的井道需要适配不同的扶正器；同时扶正器上也没有任何的辅助装置，扶正器在转动过程中与井道内壁之间存在较大的摩擦，磨损后的扶正器与井道内壁的贴合度变差，由此导致扶正器对于井道工况的适应性较差。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种外径可调的滚珠扶正器，旨在解决现有技术中存在的扶正器适应性差的缺陷。

本申请通过以下技术方案实现上述目的：

一种外径可调的滚珠扶正器，包括壳体；

液流通道，所述液流通道设置于所述壳体上，所述液流通道的上下两端均设置有连接口；

若干伸缩腔，各所述伸缩腔均设置于所述壳体上，各所述伸缩腔的一端分别与所述液流通道连通，其另一端设置有密封盖，各所述伸缩腔内均滑动设置有伸缩杆，各所述伸缩杆的一端穿过所述密封盖伸出；所述伸缩腔内还设置有与所述伸缩杆配合的第一缓冲弹簧；

若干滚珠模组，各所述滚珠模组分别滑动设置于各所述伸缩杆伸出壳体的一端，所述滚珠模组与所述伸缩杆之间还设置有第二缓冲弹簧。

可选的，伸缩腔的轴向截面呈T型结构，所述第一缓冲弹簧设置于所述伸缩腔的大头端，所述伸缩杆上还设置有挤压环，所述第一缓冲弹簧的两端分别与所述挤压环和所述密封盖抵靠。

可选的，伸缩杆位于所述伸缩腔小头端的一端设置有若干密封圈。

可选的，壳体外表面设置有若干相互分离的扶正齿，沿所述壳体的轴线方向，各所述伸缩腔分别布置于各所述扶正齿上。

可选的，壳体上还设置有若干引流道，各所述引流道呈L形结构，其一端与所述伸缩腔连通，其另一端指向壳体的上侧。

可选的，滚珠模组包括转动相连的滚珠和基座，所述伸缩杆上设置有调节腔，所述基座滑动设置于所述基座内，所述第二缓冲弹簧分别与所述基座与所述调节腔内壁抵靠；所述调节腔上还设置有端盖。

可选的，端盖内侧设置有伸缩孔，所述伸缩孔呈与所述滚珠适配的球面结构；所述端盖上还设置有与所述滚珠贴合的防尘组件。

可选的，防尘组件包括相互连接的橡胶环和防尘环，所述防尘环与所述滚珠表面贴合，所述伸缩孔内壁上设置有安装槽，所述橡胶环卡入到所述安装槽内。

可选的，端盖外周面上还设置有呈弧形结构的导流面。

可选的，调节腔内还设置有用于限定所述基座位置的限位环。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请包括壳体，所述壳体上设置有液流通道，液流通道的上下两端均为连接口，同时在所述壳体上还设置有若干伸缩腔，各所述伸缩腔的一端分别与所述液流通道连通，其另一端设置有密封盖，各所述伸缩腔内均滑动设置有伸缩杆，各所述伸缩杆的一端穿过所述密封盖伸出；所述伸缩腔内还设置有与所述伸缩杆配合的第一缓冲弹簧；所述伸缩杆伸出到壳体外的一端还设置有滑动设置有滚珠模组，所述滚珠模组与所述伸缩杆之间设置有第二缓冲弹簧；

本申请使用时，液流通道的顶端连接钻杆，其底端连接钻头等钻进设备；非工作状态下，在所述第一缓冲弹簧的作用下，整个伸缩杆处于完全回收的状态，在工作状态下，钻井液通过液流通道进入到钻头，同时伸缩杆将在钻井液的高压下向外伸出，从而增大整个扶正器的外径，而通过控制所述钻井液的压力即可调整伸出的长度，实现扶正器外径的任意调节，满足各种工况要求；

同时各个伸缩杆上均设置有滚珠模组，各个滚珠模组相互独立，同时各个滚珠模组均为被动模组，在初始状态下，滚珠模组被第二缓冲弹簧推动到远端，工作状态下，通过伸缩杆的伸出而伸出，并与井道内壁紧密贴合；当井道内壁的内径发生变化时，井道内壁的挤压首先驱动所述滚珠模组收缩；而各个滚珠模组均独立动作，因此本申请能够尽可能保证尽可能多的滚珠与井道内壁紧密贴合；

与现有技术相比，本申请通过伸缩杆和滚珠模组实现了二级伸缩，同时伸缩杆的调节巧妙利用了钻井液的压力，不但有利于降低设备的使用成本，还有利于简化整个设备的结构，提高扶正器工作的稳定性和可靠性，且上述可调节结构赋予了扶正器的外径较大的调节能力，不但满足不同内径井道的钻井要求，实现了扶正器的通用，同时在遇到卡阻等工况时还能够通过缩小扶正器外径实现设备的调节；

其次，在所述扶正器上的各个滚珠模组相互独立，且为被动驱动结构，上述结构，一方面保证扶正器受力的均匀性，提高扶正效果；其次通过上述结构赋予了整个扶正器足够的柔韧性，即各个滚珠模组的伸出能够根据井道内径的变化而灵活调整，从而尽可能提高了扶正器对井道内径变化的适应性，满足复杂工况下的扶正要求；

最后，本申请采用滚珠而不是传统结构上的滚轮，因此扶正器不但能够降低绕井道轴向方向上的旋转阻力，同时在下井和起出井道的过程中，还能够降低扶正器与井道之间的摩擦力，不但有利于降低扶正器的磨损，同时还能够有效降低钻井阻力。

附图说明

图1为本申请实施例1提供的一种外径可调的滚珠扶正器的结构示意图；

图2为本申请实施例1提供的一种外径可调的滚珠扶正器的爆炸图；

图3为本申请实施例1提供的一种外径可调的滚珠扶正器的剖视图；

图4为滚珠模组与伸缩杆的装配爆炸图；

图5为滚珠模组与伸缩杆的装配示意图；

图6为本申请提供的一种外径可调的滚珠扶正器的另一可选技术方案的结构示意图；

附图标记：1-壳体，2-液流通道，3-伸缩腔，4-密封盖，5-伸缩杆，6-第一缓冲弹簧，7-第二缓冲弹簧，8-挤压环，9-密封圈，10-扶正齿，11-引流道，12-滚珠，13-基座，14-调节腔，15-端盖，16-伸缩孔，17-橡胶环，18-防尘环，19-安装槽，20-导流面，21-限位环。

本申请目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图作进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“机器人坐标系和/或m”为例，包括机器人坐标系方案、或m方案、或机器人坐标系和m同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

参照图1到图5，本实施方式公开了一种外径可调的滚珠扶正器，包括壳体1，所述壳体1为圆柱形套筒结构，其中部为用于输送钻井液的液流通道2，所述液流通道2的两端均设置有连接口，其中顶端的连接口用于连接钻杆，其底部的连接口则用于连接钻头或钻杆；

绕所述壳体1的轴线，在所述壳体1的外周面上设置有若干扶正齿10，同时在各所述扶正齿10上均设置有若干伸缩腔3，各所述扶正齿10沿所述壳体1的轴线方向满布于整个扶正齿10上，各伸缩腔3可以沿直线轨迹布置，也可以沿S形轨迹布置；

通过扶正齿10的设置一方面能够有效提高整个壳体1的结构强度，提高扶正器的耐磨性能；另一方面，各个相邻扶正齿10之间的间隙为钻井液的回流通道，保证钻井作业的正常进行，同时通过扶正齿10还能够为伸缩腔3的设置提供足够的空间，进而提高伸缩杆5的伸缩量，有利于提高扶正器的可调节范围。

沿所述伸缩腔3的轴线，各所述伸缩腔3的剖面呈T形结构，其中小头端位于内侧，并与所述液流通道2连通，而大头端则在外侧，并与外部连通；

需要指出的是，各个伸缩腔3均沿所述壳体1的径向方向布置，即垂直于所述壳体1中心轴的方向布置；整体上，各个伸缩腔3布置有多层，每层伸缩腔3呈放射状布置；

参照图6，同在所述壳体1上还设置有设置引流道11，所述引流道11呈L形结构，其一端与所述伸缩腔3的小头端平滑连通，其另一端则向所述壳体1的上侧弯折上翘；在上述结构中，通过引流道11的设置能够在不改变伸缩杆5运动方向的前提下，更加平顺的将钻井液引流到伸缩孔16内，从而降低进入到伸缩孔16内的钻井液的压力损失，有利于提供更大的驱动力；其次，上述结构的引流道11还能够向所述伸缩腔3内进入更多的钻井液，且钻井液的压力更加稳定，有利于提高整个扶正器工作状态下的稳定性和可靠性。

在所述引流道11的入口端还设置增压块，所述增压块上和只有呈锥形结构的增压孔，沿钻井液流动方向，所述增压孔的内径逐渐缩小；

通过上述增压块的设置能够缩小伸缩腔入口端的通流面积，从而增大增压块出口端的压力，进而在启动初期获得更大的推力，有利于提高响应速度。

在各个所述伸缩孔16内均设置有伸缩杆5，所述伸缩杆5的一端位于所述伸缩腔3的小头端内，所述伸缩腔3的大头端还丝扣连接有密封盖4，所述密封盖4总部设置有通孔，所述伸缩杆5的另一端则穿过所述通孔伸出到所述壳体1外侧；

所述伸缩杆5上还一体连接有挤压环8，所述挤压环8位于所述伸缩孔16的大头端内，同时在所述伸缩腔3内的大头端还内设置有第一缓冲弹簧6，所述第一缓冲弹簧6套置于所述伸缩杆5上，所述第一缓冲弹簧6的两端分别与所述挤压环8和所述密封盖4抵靠；

所述伸缩杆5位于所述伸缩腔3小头端内的一段还设置有若干环槽，各所述环槽沿所述伸缩杆5的轴线方向依次布置，各所述环槽内均套接有密封环；通过密封环能够有效调节伸缩腔3内的密封性，避免其出现钻井液渗漏；

上述结构采用钻井液作为驱动力，通过对钻井液的巧妙利用实现对伸缩杆5的任意调节，设备的可调节性腔；同时上述伸缩装置不需要设置额外的动力设备，整体设备的结构简单，稳定性和可靠性较高；

其次，整套装置的调节空过控制钻井液的压力即可快速实现，实现了和现有设备的联动，同时调节的相应速度快。

各所述伸缩杆5伸出到壳体1外的一端还设置有调节腔14，所述调节腔14为沉孔式结构，所述调节腔14内设置有第二缓冲弹簧7和滚珠模组，其中所述滚珠模组包括滚珠12、基座13和端盖15，其中所述基座13滑动设置于所述调节腔14内，所述基座13的端面与所述第二缓冲弹簧7抵靠，所述第二缓冲弹簧7的另一端则与所述调节腔14的底面抵靠；

为了提高第二缓冲弹簧7的结构稳定性，在所述基座13与所述调节腔14底面均设置有限位杆，两所述限位杆分别与所述第二缓冲弹簧7的两端套接相连；

同时在所述调节腔14内还设置有限位环21，沿所述基座13的滑动方向，当所述滚珠12完全收回时，所述基座13与所述限位环21抵靠，从而调节所述基座13的运动范围；一方面能够避免所述第二缓冲弹簧7被过度压缩，另一方面避免滚珠12被井道内的突出部过度压缩到调节腔14内，进而在调节腔14与滚珠12之间形成较大的间隙，进而导致杂物进入到调节腔14内，影响滚珠模组的正常工作；

所述基座13上设置有与所述滚珠12适配的半球形凹槽，所述滚珠12放置于上述凹槽内，同时在所述端盖15上设置有伸缩孔16，所述伸缩孔16为球面结构，所述端盖15与所述伸缩杆5丝扣相连，所述伸缩孔16与所述凹槽将滚珠12包裹；同时所述滚珠12穿过所述伸缩孔16伸出到伸缩杆5外；

同时需要指出的是，在所述端盖与所述密封盖的外表面还设置有两个沉孔，上述沉孔在图纸中未标示，两所述沉孔关于所述端盖或密封盖的圆形对称(夹角为180°)，使用时，

在所述伸缩孔16内还设置有防尘组件和呈环形结构的安装槽19，所述防尘组件包括橡胶环17和防尘环18，其中所述橡胶环17上设置有收缩腔，以提高收缩范围，进而提高调节能力；

所述防尘环18采用羊毛毡或羊毛聚酯纤维制作，所述防尘环18与所述橡胶环17采用浇水粘接相连，也可以在所述防尘环18上设置有空腔，所述橡胶环17置入到上述空腔内；所述橡胶环17卡入到所述安装槽19内；

当滚珠12因外部压力而向内收缩时，橡胶环17带动所述防尘环18反弹，保证防尘环18与滚珠12表面贴合，而在滚珠12向外伸出是，滚珠12将压迫橡胶环17收缩，进而带动防尘环18收缩，避免滚珠12与端盖15之间出现较大的缝隙；

采用上述结构不但能够保证防尘环18始终与滚珠12表面接触，即使清楚滚珠12表面异物，同时还能够通过防尘环18将滚珠12收缩时出现的间隙填充，避免外部杂物进入到所述调节腔14内，进而影响基座13和滚珠12的正常工作。

本申请所述扶正器在使用时，液流通道的顶端连接钻杆，其底端连接钻头等钻进设备；非工作状态下，在所述第一缓冲弹簧的作用下，整个伸缩杆处于完全收回的状态，在工作状态下，钻井液通过液流通道进入到钻头，同时伸缩杆将在钻井液的高压下向外伸出，从而增大整个扶正器的外径，而通过控制所述钻井液的压力即可调整伸出的长度，实现扶正器外径的任意调节，满足各种工况要求；

同时各个伸缩杆上均设置有滚珠模组，各个滚珠模组相互独立，同时各个滚珠模组均为被动模组，在初始状态下，滚珠模组被第二缓冲弹簧推动到远端，工作状态下，通过伸缩杆的伸出而伸出，并与井道内壁紧密贴合；当井道内壁的内径发生变化时，井道内壁的挤压首先驱动所述滚珠模组收缩；而各个滚珠模组均独立动作，因此本申请能够尽可能保证尽可能多的滚珠与井道内壁紧密贴合；

与现有技术相比，本申请通过伸缩杆和滚珠模组实现了二级伸缩，同时伸缩杆的调节巧妙利用了钻井液的压力，不但有利于降低设备的使用成本，还有利于简化整个设备的结构，提高扶正器工作的稳定性和可靠性，且上述可调节结构赋予了扶正器的外径较大的调节能力，不但满足不同内径井道的钻井要求，实现了扶正器的通用，同时在遇到卡阻等工况时还能够通过缩小扶正器外径实现设备的调节；

同时通过钻井液对伸缩杆进行调节，其还具有调节简便、响应速度快等优点。

其次，在所述扶正器上的各个滚珠模组相互独立，且为被动驱动结构，上述结构，一方面保证扶正器受力的均匀性，提高扶正效果；其次通过上述结构赋予了整个扶正器足够的柔韧性，即各个滚珠模组的伸出能够根据井道内径的变化而灵活调整，从而尽可能提高了扶正器对井道内径变化的适应性，满足复杂工况下的扶正要求；

最后，本申请采用滚珠而不是传统结构上的滚轮，因此扶正器不但能够降低绕井道轴向方向上的旋转阻力，同时在下井和起出井道的过程中，还能够降低扶正器与井道之间的摩擦力，不但有利于降低扶正器的磨损，同时还能够有效降低钻井阻力。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。