本实用新型涉及石油、天然气钻井技术领域，特别涉及一种水平井钻井钻压补偿器。
背景技术：
在水平井钻井过程中钻压是影响钻井速度，钻头寿命的主要因素。若井底钻压太小，则会降低钻井速度。若井底钻压过大导致钻头磨损严重，可能造成钻头断齿。因此稳定的钻压可提高钻头钻速和钻头寿命。然而在水平井钻井过程中，水平段与弯曲段摩阻较大井底钻压难以控制。现有的钻机大多控制井上钻压的稳定，由于钻杆较长且井底情况复杂，其不能精确控制井底钻压，导致井底钻压浮动较大。因此为稳定井底钻压需设计一种钻压补偿装置，提高水平井钻井效率。
技术实现要素：
为了解决以上技术问题，本实用新型的目的在于提供一种水平井钻井钻压补偿器，可传递扭矩、传递拉力、补偿钻压和密封，该装置可在传递扭矩与拉力的同时补偿钻压，并有结构简单，易于实现的特点。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种水平井钻井钻压补偿器，包括下接头主体12与上接头主体1，所述的下接头主体12与上接头主体1之间配合传递扭矩，下接头主体12包括下端的外螺纹结构、肩部与颈部，所述的肩部为圆柱形结构，位于圆柱形结构中心位置设置有颈部结构，所述的圆柱形结构环形面上等间距设置有两个大孔与八个小孔，两个大孔正对分布，其余小孔均匀分布于环形面，所述上接头主体1上端为与钻杆下接头配合的内螺纹结构，下端为肩部结构，下端外部设置有环状结构，下接头主体12上端面安装下接头主体端盖3，上接头主体1与下接头主体12可沿轴向产生相对位移，下接头主体12肩部与下接头主体端盖3可沿轴向限制上接头主体1与下接头主体12的最大相对位移，下接头主体12与上接头主体1之间安装有钻压补偿器11和减震器10，钻压补偿器11安装于小孔内部，减震器10安装在大孔内部。
所述的下接头主体12颈部穿过上接头主体1中心，下接头主体12颈部与上接头主体1颈部配合。
下接头主体端盖3通过第一螺栓2固定于下接头主体12上端，下接头主体端盖3可沿轴向承受拉力。
所述的钻压补偿器11包括第一缸筒16，第一缸筒16内部为柱塞19，柱塞19下部为柱塞下端盖18，柱塞下端盖18装于弹簧22下端，所述弹簧22装于柱塞19内并处于压缩状态，柱塞19上端通过螺纹固定柱塞上端盖23，柱塞上端盖23装配于上接头主体1的下端面孔内，并通过第二螺栓7固定于上接头主体1，第一缸筒16通过第三螺栓8固定于下接头主体12，第一缸筒16上端为第一缸筒端盖20。
所述的第一缸筒端盖20与柱塞19之间设置有第一密封元件21，柱塞下端盖18与柱塞19之间设置有第二密封元件17。
所述的柱塞19为筒型。
所述的减震器10包括第二缸筒24，第二缸筒24内部设置有活塞25，活塞25安装于活塞杆32上，并通过第四螺栓29固定，阀28安装于活塞25上，第二缸筒24开口处设置有第二缸筒端盖30，第二缸筒端盖30上安装有第三密封元件31，第二缸筒24安装于下接头主体12的大孔内并通过第五螺栓9固定，所述活塞杆32安装于上接头主体1下端面的孔内，并通过第六螺栓6固定。
所述的第二缸筒端盖30与活塞杆32之间设置有第三密封元件31，活塞25与第二缸筒24之间设置有第四密封元件26。
所述的下接头主体端盖3与上接头主体1之间设置有第五密封元件15。
所述的密封套筒14为筒形结构，上部外侧为圆环形结构，圆环形结构与上接头主体1的圆环形结构通过第七螺栓4和螺母5相连，第六密封元件13安装于密封套筒14，并与下接头主体12配合可形成密封。
本实用新型的有益效果：
本实用新型在可传递扭矩、拉力和压力的同时补偿井底钻压的基础上，设计了一种水平井钻井钻压补偿器；本设计可在井底钻压大于或小于钻头钻进的最优钻压时补偿钻压；补偿钻压的过程中减震装置可减小井下钻具组合的震动，保护钻头正常钻进；
附图说明
图1是水平井钻井钻压补偿装置示意图。
图2是钻压补偿器结构示意图。
图3是钻压补偿器结构侧视图。
图4是减震器结构示意图。
图5是减震器结构侧视图。
图6是上接头主体结构示意图。
图7是下接头主体结构示意图。
图8是密封套筒结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
参照图1，水平井钻井钻压补偿装置，包括扭矩传递系统、拉力传递系统、钻压补偿系统、减震系统、密封系统等构成一个有机整体。
所述扭矩传递系统由下接头主体12、上接头主体1组成。上接头主体1的颈部形状类似内花键(如图6所示)，下接头主体12的颈部形状类似外花键(如图7所示)，下接头主体12的颈部穿过上接头主体1中心并与上接头主体1颈部配合，且下接头主体12的颈部长于上接头主体1颈部。上接头主体1与下接头主体12配合后可传递扭矩，并可沿轴向产生相对运动。
所述拉力传递系统包括下接头主体12、下接头主体端盖3、上接头主体1。下接头主体12与上接头主体1装配之后，下接头主体端盖3装配于下接头主体12上端并通过第一螺栓2固定，下接头主体端盖3与上接头主体1肩部沿轴线可限制上接头主体1与下接头主体12之间的相对位移，并沿轴向承受拉力。
所述钻压补偿系统包括下接头主体12、上接头主体11、钻压补偿器11。如图2图3所示，所述钻压补偿器由柱塞19、弹簧22、柱塞上端盖23，第一缸筒16，第一缸筒端盖20、柱塞下端盖18、第二密封元件17组成。所述柱塞下端盖18装于弹簧22下端，所述弹簧22装于柱塞19内并处于压缩状态，并可产生一定压力。所述柱塞上端盖23通过螺纹固定于柱塞19上端，所述柱塞上端盖23装配于上接头主体1的下端面孔内，并通过第二螺栓7固定于上接头主体1。所述第一缸筒16通过第三螺栓8固定于下接头主体。安装之前钻压补偿器11的第一缸筒16内已充有一定压力的气体，钻压补偿器11处于伸张状态，上接头主体1与下接头主体12在轴向具有最大相对位移。在钻进过程中受到轴向压力钻压补偿器11受压处于压缩状态。当钻头钻压较小时，第一缸筒16内气体膨胀，钻压补偿器伸张，第一缸筒16对下接头主体12产生向下推力，补偿钻头钻压。当钻头钻压较大时，钻压补偿器11受压缩，当第一缸筒16内部气体压力增大，当第一缸筒16内气体对柱塞下端盖18的压力大于弹簧22对柱塞下端盖18的压力时，柱塞下端盖18沿柱塞19的轴线向上运动，第一缸筒16内气体所占空间增大，第一缸筒16内气体压强减小，钻压补偿器11传递给下接头主体12压力减小，从而减小钻头压力。
所述减震系统由下接头主体12、上接头主体1、减震器10组成。如图4图5所示，所述减震器由活塞杆32、活塞25、阀①和阀②28、弹簧27、第二缸筒24、第二缸筒端盖30、第三密封元件31组成、第四密封元件26。所述活塞25安装于活塞杆32上，并通过第四螺栓29固定。所述阀①和阀②28安装于活塞25上，所述第三密封元件31安装于第二缸筒端盖30上与活塞杆32之间形成密封。所述第二缸筒24安装于下接头主体12的大孔内并通过第五螺栓9固定。所述活塞杆32安装于上接头主体1下端面孔内并通过第六螺栓6固定。当补偿装置轴向震动，活塞杆32向下运动时，第二缸筒24内下腔室压力增大，阀①开启，下腔室液压油通过阀①小孔流向缸筒上腔室，在此过程中会产生阻力，阻力减小活塞杆32轴向震动。同理当活塞杆9受震动向上运动时，阀②开启液压油通过阀②上的小孔流向缸筒下腔室产生阻力。
所述密封系统包括下接头主体12、密封套筒14、第六密封元件13、上接头主体1、下接头主体端盖3、第五密封元件15、第一缸筒端盖20、柱塞19、第一密封元件21、柱塞下端盖18、柱塞19、第二密封元件17、活塞杆32、第二缸筒端盖30、第三密封元件31、活塞25、第二缸筒24、第四密封元件26。密封套筒14通过第七螺栓4、螺母5与下接头主体12相连接，第六密封元件13安装于密封套筒14并与下接头主体12配合可形成密封，防止环空内的钻井液进入密封套筒14与下接头主体12所形成的密闭腔室内。第五密封元件15安装于下接头主体端盖3并与上接头主体1配合可形成密封，防止钻杆内的钻井液进入上接头主体1与下接头主体12所配合的颈部位置。第一密封元件21安装于第一缸筒端盖20并与柱塞19配合可形成密封，防止缸筒16内的气体泄漏。第二密封元件17安装于柱塞下端盖18并与柱塞19配合可形成密封，防止第一缸筒16内的气体进入柱塞19内造成气体泄漏。第三密封元件31安装于第二缸筒端盖30并与活塞杆32配合可形成密封，防止第二缸筒24内的液压油泄漏。第四密封元件26安装于活塞25并与第二缸筒24配合可形成密封，可隔绝第二缸筒24上下腔室内的液压油。
所述柱塞19为筒型，内部装有弹簧22，弹簧22下端装有柱塞下端盖18，柱塞下端盖18可沿柱塞19轴线上下滑动。
所述下接头主体12其下端外螺纹可与钻杆上接头配合。
所述上接头主体1其上端内螺纹可与钻杆下接头配合。
如图6图7所示：所述的下接头主体12与上接头主体1之间配合传递扭矩，下接头主体12包括下端的外螺纹结构、肩部与颈部，所述的肩部为圆柱形结构，位于圆柱形结构中心位置设置有颈部结构，所述的圆柱形结构环形面上等间距设置有2大孔与8小孔，2大孔位于正对分布，其余小孔均匀分布于环形面。所述上接头主体1上端为与钻杆下接头配合的内螺纹结构，下端内部为肩部结构且其上有凹槽类似内花键，下端外部设置有环状结构。下接头主体12上端面安装有下接头主体端盖3，上接头主体1与下接头主体12可沿轴向产生相对位移，下接头主体12肩部与下接头主体端盖3可沿轴向限制上接头主体1与下接头主体12的最大相对位移，下接头主体12与上接头主体1之间安装有钻压补偿器11和减震器10，钻压补偿器11安装于小孔内部，减震器10安装在大孔内部。
如图1图8所示：所述的密封套筒14为筒形结构，底部外侧为圆环形结构，圆环形结构与上接头主体1的圆环形结构通过第七螺栓4和螺母5相连，第六密封元件13安装于密封套筒14并与下接头主体12配合可形成密封。
本实用新型工作原理：
水平井钻井钻压补偿装置，钻压补偿器11的第一缸筒16通过第三螺栓8固定于下接头主体12，柱塞端盖23通过第二螺栓7固定于上接头主体1。钻压补偿器11在安装之前第一缸筒16内部已充有一定压力的气体，此时钻压补偿器11处于伸张状态，在钻井过程中由于承受轴向钻压，钻压补偿器11受压处于压缩状态。柱塞19内的弹簧22在钻井过程中始终处于压缩状态，开始时弹簧22对柱塞下端盖18的推力大于第一缸筒16内气体对柱塞下端盖18的推力。当钻头所受钻压小于钻头钻进最优钻压时，钻压补偿器11承受的轴向钻压减小，第一缸筒16内气体膨胀，第一缸筒16推动下接头主体12向下运动，补偿钻头钻压。当钻头所受钻压大于钻头钻进最优钻压时，钻压补偿器11承受轴向钻压增大，第一缸筒16内气体受压，气体压力增大，此时第一缸筒16内气体对柱塞下端盖18的推力大于弹簧22对下端盖18的推力，使柱塞下端盖18沿柱塞19的轴线向上运动，此时第一缸筒16内气体所占体积增大，气体压力减小，第一缸筒16对下接头主体12的推力减小，从而减小钻头钻压。
减震器10的第二缸筒24通过第六螺栓6与下接头主体1相连，减震器活塞杆32通过第二螺栓7与上接头主体1相连，当上接头主体1与下接头主体12产生轴向震动发生相对位移时，第二缸筒24内的上下腔室内的压力发生变化，安装于活塞25上的阀①和阀②28分别打开，第二缸筒24内液压油通过阀①或阀②28上的小孔流向另外一个腔室，在液压油流动过程中会产生阻力，从而缓解上接头主体1与下接头主体12的轴向震动。
上接头主体1的颈部(类似内花键，如图6)与下接头主体12颈部(类似外花键，如图7)配合可传递扭矩，下接头主体12与上接头主体1配合后，下接头主体端盖3装配于下接头主体12上端并通过第一螺栓2连接，可在轴向承受拉力，下接头主体12的颈部相比上接头主体1颈部较长可在轴向产生相对位移。
1.一种水平井钻井钻压补偿器，其特征在于，包括下接头主体(12)与上接头主体(1)，所述的下接头主体(12)与上接头主体(1)之间配合传递扭矩，下接头主体(12)包括下端的外螺纹结构、肩部与颈部，所述的肩部为圆柱形结构，位于圆柱形结构中心位置设置有颈部结构，所述的圆柱形结构环形面上等间距设置有2大孔与8小孔，2大孔位于正对分布，其余小孔均匀分布于环形面，所述上接头主体(1)上端为与钻杆下接头配合的内螺纹结构，下端内部为肩部结构，且其上有凹槽类似内花键，下端外部设置有环状结构，下接头主体(12)上端面安装有下接头主体端盖(3)，上接头主体(1)与下接头主体(12)可沿轴向产生相对位移，下接头主体(12)肩部与下接头主体端盖(3)可沿轴向限制上接头主体(1)与下接头主体(12)的最大相对位移，下接头主体(12)与上接头主体(1)之间安装有钻压补偿器(11)和减震器(10)，钻压补偿器(11)安装于小孔内部，减震器(10)安装在大孔内部。
2.根据权利要求1所述的一种水平井钻井钻压补偿器，其特征在于，所述的下接头主体(12)颈部穿过上接头主体(1)中心，下接头主体(12)颈部与上接头主体(1)颈部配合。
3.根据权利要求1所述的一种水平井钻井钻压补偿器，其特征在于，所述的下接头主体(12)上端面设置有下接头主体端盖(3)并通过第一螺栓(2)固定，下接头主体端盖(3)用于沿轴向承受拉力。
4.根据权利要求1所述的一种水平井钻井钻压补偿器，其特征在于，所述的钻压补偿器(11)包括第一缸筒(16)，第一缸筒(16)内部为柱塞(19)，柱塞(19)下部为柱塞下端盖(18)，柱塞下端盖(18)装于弹簧(22)下端，所述弹簧(22)装于柱塞(19)内并处于压缩状态，柱塞(19)上端通过螺纹固定有柱塞上端盖(23)，柱塞上端盖(23)装配于上接头主体(1)的下端面孔内，并通过第二螺栓(7)固定于上接头主体(1)，第一缸筒(16)通过第三螺栓(8)固定于下接头主体(12)，第一缸筒(16)上端为第一缸筒端盖(20)。
5.根据权利要求4所述的一种水平井钻井钻压补偿器，其特征在于，所述的第一缸筒端盖(20)与柱塞(19)之间设置有第一密封元件(21)，柱塞下端盖(18)与柱塞(19)之间设置有第二密封元件(17)。
6.根据权利要求4所述的一种水平井钻井钻压补偿器，其特征在于，所述的柱塞(19)为筒型。
7.根据权利要求1所述的一种水平井钻井钻压补偿器，其特征在于，所述的减震器(10)包括第二缸筒(24)，第二缸筒(24)内部设置有活塞(25)，活塞(25)安装于活塞杆(32)上，并通过第四螺栓(29)固定，阀(28)安装于活塞(25)上，第二缸筒(24)开口处设置有第二缸筒端盖(30)，第二缸筒端盖(30)上安装有第三密封元件(31)，第二缸筒(24)安装于下接头主体(12)的大孔内并通过第五螺栓(9)固定，所述活塞杆(32)安装于上接头主体(1)上的孔内并通过第六螺栓(6)固定。
8.根据权利要求7所述的一种水平井钻井钻压补偿器，其特征在于，所述的第二缸筒端盖(30)与活塞杆(32)之间设置有第三密封元件(31)，活塞(25)与第二缸筒(24)之间设置有第四密封元件(26)。
9.根据权利要求1所述的一种水平井钻井钻压补偿器，其特征在于，所述的下接头主体端盖(3)与上接头主体(1)之间设置有第五密封元件(15)。
技术总结