CN103256013A - 孔底动力钻具耐高温防失速节 - Google Patents

Abstract

本发明公开孔底动力钻具耐高温防失速节，包括外筒体、上传动轴、下传动轴、扭簧、卡瓦和预紧套，上传动轴的下端插入到下传动轴内并通过多头螺纹连接，在上传动轴和下传动轴连接处预留空间，外筒体套在上传动轴和下传动轴外，扭簧固定套在上传动轴上，扭簧下端与下传动轴顶部固定连接，下传动轴上部中空且为多个成环形均匀分布的抱爪，多个抱爪朝向轴心倾斜，在相邻两个抱爪之间的空隙间装有卡瓦，卡瓦和抱爪外表面为锥面，卡瓦外侧套有预紧套，预紧套与卡瓦之间通过螺纹咬合在一起。本发明减少钻进过程中的卡-滑效应，预防钻具累计过高扭矩能量，降低钻头停止转动的风险。配合涡轮钻具使用，克服涡轮钻具在大扭矩大钻压工况下的制动失速现象。

Description

孔底动力钻具耐高温防失速节

技术领域

本发明涉及地质钻探领域，特别涉及一种以调节钻井扭矩为目的的孔下机械工具。

背景技术

在现有技术中，钻头旋转的驱动通常有地面驱动(转盘或者顶驱)和孔下动力钻具驱动两种主要方式。当采用地面驱动形式时，钻柱中往往累计大量的扭转能量，形成扭簧积累势能，在复杂的地层中，容易诱发振动和冲击，损坏钻柱连接扣、孔下测控仪器等；使用孔下动力钻具，特别是涡轮钻具驱动钻头钻进破岩，当钻进扭矩过大时，容易导致钻头停止旋转，以致无法取得进尺；特别是在复杂地层中，这种现象经常发生，极大地影响了钻进的效率和钻进安全。一般采取控制钻井参数的方式使其平稳，降低孔底旋转振动的危害，并加大对孔下仪器的减振设计以降低其伤害，但这些方法无法从根本上有效控制和降低旋转振动，难以取得良好的控制效果。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种全金属的孔下扭矩实时调节工具，减少钻进过程中钻头与孔底的卡-滑效应，预防钻具累计过高扭矩能量，并将该能量用于切削破岩过程中降低钻头发生停止转动而导致无法取得进尺的风险。尤其是在高温井中配合涡轮钻具使用这套工具，克服涡轮钻具在大扭矩大钻压工况下的制动“失速”现象。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种孔底动力钻具耐高温防失速节，包括外筒体、上传动轴、下传动轴、扭簧、卡瓦和预紧套，所述上传动轴的下端插入到所述下传动轴内并通过多头螺纹连接，在所述上传动轴和所述下传动轴连接处预留空间，所述外筒体套在所述上传动轴和所述下传动轴外，所述扭簧固定套在所述上传动轴上，所述扭簧下端与所述下传动轴顶部固定连接，所述下传动轴上部中空且为多个成环形均匀分布的抱爪，多个所述抱爪朝向轴心倾斜，在相邻两个抱爪之间的空隙间装有卡瓦，所述卡瓦和所述抱爪外表面为锥面，所述卡瓦外侧套有预紧套，所述预紧套与所述卡瓦之间通过螺纹咬合在一起。

上述的孔底动力钻具耐高温防失速节，所述扭簧的个数对应所述抱爪的数量，多个所述扭簧螺旋套在一起，在所述抱爪上表面开有安装孔，每个所述扭簧下端的连接柱对应插入到一个所述安装孔内。

上述的孔底动力钻具耐高温防失速节，还包括直线轴承和轴承座，所述下传动轴穿过所述直线轴承，所述轴承座与所述外筒体下端固定连接，所述直线轴承被所述轴承座封装在所述外筒体内。

上述的孔底动力钻具耐高温防失速节，所述卡瓦内壁设有金属垫衬。

上述的孔底动力钻具耐高温防失速节，所述抱爪为3个，对应所述扭簧为三个，三个所述抱爪成环形均匀分布，三个所述扭簧螺旋套在一起，每个所述扭簧下端的连接柱插入相应所述抱爪上表面的安装孔内。

上述的孔底动力钻具耐高温防失速节，所述上传动轴和下传动轴均中空贯通。

上述的孔底动力钻具耐高温防失速节，所述下传动轴的下端具有石油标准公锥螺纹。

上述的孔底动力钻具耐高温防失速节，所述上传动轴的上端设有内六方插口。

上述的孔底动力钻具耐高温防失速节，所述外筒体上端为标准石油锥螺纹。

上述的孔底动力钻具耐高温防失速节，在所述上传动轴和所述下传动轴连接处的下方设置有台肩。

本发明的有益效果是：孔底动力钻具耐高温防失速节减少钻进过程中钻头与孔底的卡-滑效应，预防钻具累计过高扭矩能量，并将该能量用于降低切削破岩过程中钻头发生停止转动而导致无法取得进尺的风险。尤其是在高温井中配合涡轮钻具的下部使用本发明，克服涡轮钻具在大扭矩大钻压工况下的制动“失速”现象。

附图说明

图1为本发明孔底动力钻具耐高温防失速节的结构示意图，

图2为本发明孔底动力钻具耐高温防失速节的上传动轴的结构示意图，

图3为本发明孔底动力钻具耐高温防失速节的下传动轴的结构示意图，

图4为本发明孔底动力钻具耐高温防失速节的外筒体的结构示意图，

图5为本发明孔底动力钻具耐高温防失速节的卡瓦的结构示意图，

图6为本发明孔底动力钻具耐高温防失速节的卡瓦、抱爪和预紧套配合结构示意图，

图7为本发明孔底动力钻具耐高温防失速节的三个扭簧螺旋套在一起的结构示意图，

图8为本发明孔底动力钻具耐高温防失速节的预紧套的结构示意图。

图中：1-外筒体，2-上传动轴，杂-下传动轴，权-抱爪，5-卡瓦，6-预紧套，7-直线轴承，8-轴承座，9-台肩，10-扭簧。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，一种孔底动力钻具耐高温防失速节，包括外筒体1、上传动轴2、下传动轴3、扭簧10、卡瓦5和预紧套6，所述上传动轴2的下端插入到所述下传动轴3内并通过多头螺纹连接，，在所述上传动轴2和所述下传动轴3连接处预留空间，所述外筒体1套在所述上传动轴2和所述下传动轴3外，所述扭簧10固定套在所述上传动轴2上，所述扭簧10下端与所述下传动轴3顶部固定连接，所述下传动轴3上部中空且为3个成环形均匀分布的抱爪4，3个所述抱爪4朝向轴心倾斜，在相邻两个抱爪4之间的空隙间装有卡瓦5，所述卡瓦5和所述抱爪4外表面为锥面，所述卡瓦5外侧套有预紧套6，所述预紧套6与所述卡瓦5之间通过螺纹咬合在一起，卡瓦5用以胀紧倾斜设置的抱爪4，调节预紧力矩时，预紧套6压紧卡瓦5，卡瓦5则胀紧抱爪4使抱爪4向内抱紧上传动轴2。

如图7所示，所述扭簧10的个数对应所述抱爪4的数量也为三个，3个所述扭簧10螺旋套在一起，在所述抱爪4上表面开有安装孔，每个所述扭簧10下端的连接柱对应插入到一个所述安装孔内，3个扭簧10螺旋套在一起使用可以增加扭矩，而且扭簧10个数和抱爪4的个数也可根据预紧力矩的大小设定。

如图1所示，还包括直线轴承7和轴承座8，所述下传动轴3穿过所述直线轴承7，所述轴承座8与所述外筒体1下端固定连接，所述直线轴承7被所述轴承座8封装在所述外筒体1内。

如图5所示，所述卡瓦5内壁设有金属垫衬，金属垫衬耐磨，避免需要经常更换零件的烦恼。

如图1、图2和图3所示，所述上传动轴2和下传动轴3均中空贯通，中空贯通的结构作为泥浆通道。

如图1和图3所示，所述下传动轴3的下端具有石油标准公锥螺纹连接钻具。

如图1和图2所示，所述上传动轴2的上端设有内六方插口，内六方插口用以孔底动力钻具的下端插入。

如图1和图4所示，所述外筒体1上端为标准石油锥螺纹，锥螺纹用以与钻柱或者孔底马达的定子拧在一起，而且在外筒体1上还加工有安装止口，便于拧卸。

如图1和图3所示，在所述上传动轴2和所述下传动轴3连接处的下方设置有台肩9，台肩9可以防止上传动轴2脱落。

孔底动力钻具耐高温防失速节工作过程：

钻进工作时，孔底动力钻具的下端与孔底动力钻具耐高温防失速节的上端连接，孔底动力钻具耐高温防失速节的下端与钻头连接。如图6和图8所示，通过调节预紧套6调节预紧力矩，当钻进扭矩小于预紧力矩时，上传动轴2、下传动轴3、卡瓦5、扭簧10、预紧套6之间均无相对运动，外筒体1内部的结构完全作为一个整体随孔底动力钻具一起旋转，并带动钻头旋转。

当钻进扭矩达到足以克服预紧力矩时，将导致卡瓦5和上传动轴2之间出现滑动，下传动轴3克服弹簧的扭力向上滑动，直线轴承7具有导向和扶正下传动轴3的作用(在此实施例中选用耐磨抗高温的金刚石扶正轴承)，下传动轴3向上滑动会引起下方连接的钻头从孔底提升，钻头与孔底脱离接触后，钻头就会逐渐从慢速，甚至制动状态恢复到全转速状态；当作用于孔底动力钻具耐高温防失速节上的转矩降低时，孔底动力钻具耐高温防失速节在扭簧10的反作用下将活肤到初始状态，孔底动力钻具耐高温防失速节各机构回归初始位置，钻头继续钻进。

本发明孔底动力钻具耐高温防失速节的所有组成部件(上传动轴2、下传动轴3、轴承座8、预紧套6、外筒体1以及扭簧10等)均为金属部件和耐高温部件，可以在300℃以上的高温环境中使用。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种孔底动力钻具耐高温防失速节，其特征在于，包括外筒体、上传动轴、下传动轴、扭簧、卡瓦和预紧套，所述上传动轴的下端插入到所述下传动轴内并通过多头螺纹连接，在所述上传动轴和所述下传动轴连接处预留空间，所述外筒体套在所述上传动轴和所述下传动轴外，所述扭簧固定套在所述上传动轴上，所述扭簧下端与所述下传动轴顶部固定连接，所述下传动轴上部中空且为多个成环形均匀分布的抱爪，多个所述抱爪朝向轴心倾斜，在相邻两个抱爪之间的空隙间装有卡瓦，所述卡瓦和所述抱爪外表面为锥面，所述卡瓦外侧套有预紧套，所述预紧套与所述卡瓦之间通过螺纹咬合在一起。

2.根据权利要求1所述的孔底动力钻具耐高温防失速节，其特征在于，所述扭簧的个数对应所述抱爪的数量，多个所述扭簧螺旋套在一起，在所述抱爪上表面开有安装孔，每个所述扭簧下端的连接柱对应插入到一个所述安装孔内。

3.根据权利要求1所述的孔底动力钻具耐高温防失速节，其特征在于，还包括直线轴承和轴承座，所述下传动轴穿过所述直线轴承，所述轴承座与所述外筒体下端固定连接，所述直线轴承被所述轴承座封装在所述外筒体内。

4.根据权利要求1所述的孔底动力钻具耐高温防失速节，其特征在于，所述卡瓦内壁设有金属垫衬。

5.根据权利要求2所述的孔底动力钻具耐高温防失速节，其特征在于，所述抱爪为三个，对应所述扭簧为三个，三个所述抱爪成环形均匀分布，三个所述扭簧螺旋套在一起，每个所述扭簧下端的连接柱插入相应所述抱爪上表面的安装孔内。

6.根据权利要求1-5任一所述的孔底动力钻具耐高温防失速节，其特征在于，所述上传动轴和下传动轴均中空贯通。

7.根据权利要求1-5任一所述的孔底动力钻具耐高温防失速节，其特征在于，所述下传动轴的下端具有石油标准公锥螺纹。

8.根据权利要求1-5任一所述的孔底动力钻具耐高温防失速节，其特征在于，所述上传动轴的上端设有内六方插口。

9.根据权利要求1-5任一所述的孔底动力钻具耐高温防失速节，其特征在于，所述外筒体上端为标准石油锥螺纹。

10.根据权利要求6所述的孔底动力钻具耐高温防失速节，其特征在于，在所述上传动轴和所述下传动轴连接处的下方设置有台肩。

Images