CN105569577B - 实现减摩降阻节能增效的防滞动工具 - Google Patents
实现减摩降阻节能增效的防滞动工具 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种实现减摩降阻节能增效的防滞动工具，固定安装在钻头上部，包括上接头总成、传动总成、吸振总成和下接头。所述的上接头总成前端安装传动总成，传动总成前端连接吸振总成，利用螺旋短节与螺旋外筒配合，将转矩传递到钻头，当钻头发生卡钻时，钻头扭矩逐渐增大，反作用到防滞动工具，使扭转弹簧受载发生形变，花键向前移动，弹簧和碟簧压缩，压缩到极限时扭转弹簧复位，通过花键使螺旋外筒产生一个反向转动，螺旋外筒相对螺旋短节向后移动，从而使钻头扭矩减小，重新和上部工具转矩保持平衡，钻头正常钻进。本发明的实现减摩降阻节能增效的防滞动工具工作性能平稳，依靠螺旋传动传递钻压和转矩，并且吸振作用良好，结构性能优良。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气钻探工程领域一种节能增效工具，特别是实现减摩降阻节能增效的防滞动工具。
背景技术
石油天然气勘探开发过程是一个工况环境不断变化的一个过程，随着钻头的不断钻进，钻进深度越来越深，地层特性随之越来越复杂，钻头所面临的工况环境也就越来越复杂。不论是水平井、垂直井还是分支井或者大位移井等结构井，在钻井过程中，由于钻头所处的地层环境相当复杂，钻头工作时所受到的反作用力以及反向扭矩也不断变化，导致钻头在井底产生的破岩效果受到影响。同时在钻进过程中，由于井壁坍塌、落物等原因，会使钻头的正常工作受到影响，严重时甚至会发生卡钻现象，产生憋压，缩短钻头的使用寿命，进而影响整个钻井作业。
防滞动工具主要应用于石油天然气、资源勘探等领域，尤其是钻井工程，在钻进过程中，利用防滞动工具自身的结构设计，实现钻头小幅度的反向转动，避免在复杂地层钻进或者工况条件较差的环境中产生卡钻现象。防滞动工具的开发应用可以避免井底反向作用力过大，而对井底钻具造成破坏，影响井底钻具的正常性能。因此，开发井下防滞动工具已经成为保护井下设备、提高机械钻速的重要手段之一。
发明内容
为了探索解决背景技术中所述的卡钻、憋压现象以及提高机械钻速，本发明提供了一种实现减摩降阻节能增效的防滞动工具，本发明的防滞动工具利用螺旋短节与螺旋外筒相配合，将转矩传递到钻头，当钻头发生卡钻、憋压时，钻头扭矩逐渐增大，反作用到防滞动工具，使扭转弹簧受载发生形变，花键向前移动，弹簧和碟簧受压缩短，压缩到极限时扭转弹簧复位，通过花键使上短接产生一个反向转动，使螺旋外筒相对螺旋短节向后移动，从而使钻头扭矩减小，重新和上部工具转矩保持平衡，钻头正常钻进。
本发明的技术方案是：实现减摩降阻节能增效的防滞动工具包括上接头总成、传动总成、吸振总成和下接头，固定安装在钻头上部，在上接头总成前端安装传动总成，传动总成前端连接吸振总成；所述上接头总成包括上接头、橡胶环、螺栓、垫片、垫圈、上接头密封圈，通过螺栓将垫片和橡胶环固定连接在上接头上；传动总成包括短节、螺旋短节、螺旋外筒、限位挡圈、O型密封圈、扭转弹簧、上短接、花键，将螺旋外筒安装在螺旋短节上，在螺旋外筒前端安装上接头，后端安装短节，在扭转弹簧前后两端分别安装限位挡圈和花键并使三者固连为一个整体，通过螺纹将限位挡圈安装在螺旋短节前端，利用限位挡圈防止下部结构下掉脱落，利用螺旋短节将钻压和转矩传递到螺旋外筒上，钻井液通过螺旋短节中心通孔流向下部，利用上接头密封圈和O型密封圈密封螺旋啮合部分；吸振总成包括弹簧、支撑杆、弹簧垫片、弹簧挡圈、矩形密封圈、滑动内筒、碟簧、碟簧垫片、密封圈，将下接头安装到上接头前端，并在支撑杆前端安装弹簧垫片，然后将弹簧挡圈安装在支撑杆前端，将滑动内筒、碟簧、碟簧垫片和密封圈组合为一个整体，然后将滑动内筒后端装入支撑杆内部，利用下接头对吸振总成进行轴向定位。
所述的螺栓和垫圈数量均为4个，且间隔90°均布在上接头圆周上；所述的螺旋短节、扭转弹簧和花键三者共同作用，将钻压和转矩传递到螺旋外筒上，从而传递到钻头；所述的下接头前端安装钻头。
本发明的有益效果是：
1、本次发明的实现减摩降阻节能增效的防滞动工具结构简单，工作性能平稳，能够实现钻头正常钻进功能，当发生卡钻、憋压时，能够产生扭转效果，从而使钻头产生小幅度反向扭转，有效缓解卡钻憋压现象，提高破岩效率。
2、利用螺旋短节、扭转弹簧和花键共同作用传递钻压和转矩，充分保证了转矩的有效传递，驱动钻头正常破岩钻进。
3、采用双弹簧设计，利用弹簧形变过程产生轴向力，推动工具轴向移动，利用碟簧吸收工具作用时产生的振动，降低工具作用对钻头产生附加振动。
4、利用下接头固定吸振总成，拆装简单方便，可及时更换吸振总成中的易损件，同时可以通过连接不同类型的下接头，从而可以安装不同尺寸的钻头。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是橡胶环的结构示意图；
图3是上接头的结构示意图；
图4是螺旋外筒的结构示意图；
图5是上短接的结构示意图；
图6是花键的结构示意图；
图中1-上接头，2-螺栓，3-垫片，4-垫圈，5-橡胶环，6-上接头密封圈，7-短节，8-螺旋短节，9-螺旋外筒，10-限位挡圈，11-O型密封圈，12-扭转弹簧，13-上短接，14-花键，15-下短接，16-弹簧，17-支撑杆，18-弹簧垫片，19-弹簧挡圈，20-矩形密封圈，21-滑动内筒，22-碟簧，23-碟簧垫片，24-密封圈，25-下接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参见图1，实现减摩降阻节能增效的防滞动工具包括上接头总成、传动总成、吸振总成、和下接头25，该防滞动工具通过螺纹固定连接在钻头上部，在上接头总成前端安装传动总成，传动总成前端连接吸振总成；所述上接头总成包括上接头1、橡胶环5、螺栓2、垫片3、垫圈4、上接头密封圈6，通过螺栓2将垫片3和橡胶环5固定连接在上接头1上，利用橡胶环5缓冲短节7向后移动接触上接头1时产生的冲击，同时避免短节7后端直接与上接头1接触，从而降低工具工作时产生的振动。
传动总成包括螺旋短节8、螺旋外筒9、扭转弹簧12、花键14、限位挡圈10、短节7、O型密封圈11、上短接13，将螺旋外筒9安装在螺旋短节8上，在螺旋外筒9前端安装上短接13，后端安装短节7，再将螺旋短节8安装到上接头1前端，在扭转弹簧12前后两端分别安装限位挡圈10和花键14并使三者固连为一个整体，通过螺纹将限位挡圈10安装在螺旋短节8前端，利用限位挡圈10防止下部结构下掉脱落，利用螺旋短节8将钻压和转矩传递到螺旋外筒9上，钻井液通过螺旋短节8中心通孔流向下部，利用上接头密封圈6和O型密封圈11密封螺旋啮合部分，防止钻井液进入腔室，影响螺旋传动作用，通过扭转弹簧12和花键14也将部分钻压和转矩传递到螺旋外筒9和上短接13上，当钻头发生卡钻时，扭转弹簧12作用，与其他部分共同使工具产生防滞动作用。
吸振总成包括下短接15、弹簧16、支撑杆17、碟簧22、滑动内筒21、弹簧挡圈19、矩形密封圈20、弹簧垫片18、碟簧垫片23、密封圈24，将下短接15安装到上短接13前端，并在支撑杆17前端安装弹簧垫片18，然后将弹簧挡圈19安装在支撑杆17前端，将滑动内筒21、碟簧22、碟簧垫片23和密封圈24组合为一个整体，然后将滑动内筒21后端装入支撑杆17内部，利用下接头25对吸振总成进行轴向定位，当工具作用时，弹簧16和碟簧22受压缩短并蓄能，当扭转弹簧12复位时，弹簧16和碟簧22利用所蓄能量复位，在此过程中，通过两者的缩短和复位吸收工具作用时产生的振动，从而保证工具工作平稳。
所述的螺旋短节8、扭转弹簧12和花键14三者共同作用，将钻压和转矩传递到螺旋外筒9和上短接13上，从而传递到钻头；所述的螺栓2和垫圈4数量均为4个，且间隔90°均布在上接头1圆周上；所述的下接头25前端安装钻头。
Claims (4)
1.实现减摩降阻节能增效的防滞动工具包括上接头总成、传动总成、吸振总成、和下接头(25)，其特征在于：在上接头总成前端安装传动总成，传动总成前端连接吸振总成；所述上接头总成包括上接头(1)、橡胶环(5)、螺栓(2)、垫片(3)、垫圈(4)、上接头密封圈(6)，通过螺栓(2)将垫片(3)和橡胶环(5)固定连接在上接头(1)上，利用橡胶环(5)缓冲短节(7)向后移动接触上接头(1)时产生的冲击，同时避免短节(7)后端直接与上接头(1)接触，从而降低工具工作时产生的振动；传动总成包括螺旋短节(8)、螺旋外筒(9)、扭转弹簧(12)、花键(14)、限位挡圈(10)、短节(7)、O型密封圈(11)、上短接(13)，将螺旋外筒(9)安装在螺旋短节(8)上，在螺旋外筒(9)前端安装上短接(13)，后端安装短节(7)，再将螺旋短节(8)安装到上接头(1)前端，在扭转弹簧(12)前后两端分别安装限位挡圈(10)和花键(14)并使三者固连为一个整体，通过螺纹将限位挡圈(10)安装在螺旋短节(8)前端，利用限位挡圈(10)防止下部结构下掉脱落，利用螺旋短节(8)将钻压和转矩传递到螺旋外筒(9)上，钻井液通过螺旋短节(8)中心通孔流向下部，利用上接头密封圈(6)和O型密封圈(11)密封螺旋啮合部分，防止钻井液进入腔室，影响螺旋传动作用，通过扭转弹簧(12)和花键(14)也将部分钻压和转矩传递到螺旋外筒(9)和上短接(13)上，当钻头发生卡钻时，扭转弹簧(12)作用，与其他部分共同使工具产生防滞动作用；吸振总成包括下短接(15)、弹簧(16)、支撑杆(17)、碟簧(22)、滑动内筒(21)、弹簧挡圈(19)、矩形密封圈(20)、弹簧垫片(18)、碟簧垫片(23)、密封圈(24)，将下短接(15)安装到上短接(13)前端，并在支撑杆(17)前端安装弹簧垫片(18)，然后将弹簧挡圈(19)安装在支撑杆(17)前端，将滑动内筒(21)、碟簧(22)、碟簧垫片(23)和密封圈(24)组合为一个整体，然后将滑动内筒(21)后端装入支撑杆(17)内部，利用下接头(25)对吸振总成进行轴向定位，当工具作用时，弹簧(16)和碟簧(22)受压缩短并蓄能，当扭转弹簧(12)复位时，弹簧(16)和碟簧(22)利用所蓄能量复位，在此过程中，通过两者的缩短和复位吸收工具作用时产生的振动，从而保证工具工作平稳。
2.根据权利要求1所述的实现减摩降阻节能增效的防滞动工具，其特征在于：所述的螺旋短节(8)、扭转弹簧(12)和花键(14)三者共同作用，将钻压和转矩传递到螺旋外筒(9)和上短接(13)上，从而传递到钻头。
3.根据权利要求1所述的实现减摩降阻节能增效的防滞动工具，其特征在于：所述的螺栓(2)和垫圈(4)数量均为4个，且间隔90°均布在上接头(1)圆周上。
4.根据权利要求1所述的实现减摩降阻节能增效的防滞动工具，其特征在于：所述的下接头(25)前端安装钻头。
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