CN106894770A - 一种降低钻柱粘滑振动的井下工具 - Google Patents

一种降低钻柱粘滑振动的井下工具 Download PDF

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叶哲伟
蹇宝锐
吴凯豪
胡玉帆
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
    • E21B17/076—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers between rod or pipe and drill bit

Abstract

本发明涉及一种降低钻柱粘滑振动的井下工具，该发明主要由上接头、防掉螺帽、浮动活塞、密封圈I、密封圈II、上推力轴承、上轴承定位环、碟簧、下轴承定位环、下推力轴承、中心管、外壳体、注油螺钉、密封圈III、下接头和排气孔螺钉组成。其技术方案是：上接头上部与上部钻柱采用螺纹连接；上接头下部与外壳体上部采用螺纹连接；外壳体中部内侧与下接头中部外侧采用多头螺纹配合，下接头上部与中心管下部采用螺纹连接；中心管上部装有防掉螺帽，中心管中部从上到下依次装有浮动活塞、上止推轴承、上轴承定位环、碟簧、下轴承定位环和下止推轴承。本发明能调节钻柱提供给钻头的扭矩和钻压，实现降低钻柱粘滑振动，提高钻井速度和井身质量。

Description

一种降低钻柱粘滑振动的井下工具
技术领域
本发明涉及一种石油天然气行业钻井工程技术领域，特别是一种降低钻柱粘滑振动的井下工具。
背景技术
随着人类对石油资源的需求越来越大，石油钻井逐渐向深地层发展。在钻深井和超深井下部地层时，常常伴随着钻柱粘滑振动。粘滑振动给钻井作业带来诸多危害。例如加快钻头磨损、增加能耗、引起钻具共振、加快下部钻具疲劳等。这些危害加快了钻头的疲劳失效，使钻头牙轮容易发生脱落、断齿现象，从而增加了起下钻次数和钻井作业时间。
为了降低粘滑振动现象，目前国内外采取了一些措施。例如，设计一些井下减振工具，有井底减磨工具、粘滑振动减振器、扭力冲击器和水力加压器等。但大量的实践证明这些工具对降低粘滑振动的作用不明显，对于水力加压器和扭力冲击器等钻井工具其结构复杂、零部件多、加工制造成本高、可靠性低。就目前情况来看，在钻井行业中急需一种结构简单，制造成本低、可靠性高、工作效果明显的一种降低粘滑振动的井下工具。基于以上技术背景本发明特提供一种降低钻柱粘滑振动的井下工具。
发明内容
本发明的目的是：为了降低钻头在钻深井或超深井下部地层时钻柱粘滑振动。
为了达到上述目的本发明特采用以下技术方案：一种降低钻柱粘滑振动的井下工具，是由上接头、防掉螺帽、浮动活塞、密封圈I、密封圈II、上推力轴承、上轴承定位环、碟簧、下轴承定位环、下推力轴承、中心管、外壳体、注油螺钉、密封圈III、下接头、排气孔螺钉组成。其结构特征是：上接头上部设置有螺纹，上接头与上部钻柱用螺纹连接，上接头中部开有排气孔，上接头下部设置有螺纹，上接头下部与外壳体上部用螺纹连接；中心管上部设置有螺纹，中心管上部与防掉螺帽螺纹连接，中心管下部设置有螺纹，中心管下部与下接头上部用螺纹连接；浮动活塞内部开有密封沟槽，浮动活塞与中心管之间采用动密封；浮动活塞外部开有密封沟槽，浮动活塞与上接头之间采用动密封；中心管下部设置有一台阶，中心管下部台阶上安装有下推力轴承；中心管中部安装有碟簧，碟簧上端安装有上轴承定位环，碟簧下端安装有下轴承定位环；上接头中部设置有凸台，凸台和上轴承定位环之间安装有上推力轴承；外壳体中部内侧设置有多头螺纹，下接头中部外侧与外壳体中部内侧采用螺纹配合；下接头中部设置有多头螺纹，所述螺纹的螺旋升角无自锁能力，所述螺纹头数由螺纹所传递最大扭矩确定；下接头下部设置有螺纹，下接头下部与钻头上部采用螺纹连接。外壳体下部设置有注油孔，外壳体下端与下接头外部下侧采用动密封。
本发明的有益效果是：(1)本发明可实现下接头和外壳体转速差，使下接头和外壳体相对轴向运动来才改变碟簧的压缩量，从而来调节钻柱传递给钻头的扭矩大小。(2)本发明可以使钻头在钻井过程中的转速波动控制在较小的范围内，能降低钻头冲击载荷，延长钻头寿命，同时可提高钻井速度和钻井质量。(3)本发明中浮动活塞可实现该工具外部钻井液压力与内部润滑油压力平衡。(4)本发明外壳体中部内侧与下接头中部外侧采用多头螺纹配合，可降低单个螺纹的载荷。
附图说明
图1是本发明一种降低钻柱粘滑振动的井下工具的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是图1中B处的局部放大图；
图4是图1中C处的局部放大图；
图5是图1中下接头的三维模型图；
图6是图5中下接头三维模型中多头螺纹处的放大图；
图中：1.上接头，2.防掉螺帽，3.浮动活塞，4.密封圈I，5.密封圈II，6.上推力轴承，7.上轴承定位环，8.碟簧，9.下轴承定位环，10.下推力轴承，11.中心管，12.外壳体，13.注油螺钉，14.密封圈III，15.下接头，16.排气孔螺钉，1a.凸台。
具体实施方式
如图1所示，本发明为一种降低钻柱粘滑振动的井下工具，是由上接头1、防掉螺帽2、浮动活塞3、密封圈I4、密封圈II5、上推力轴承6、上轴承定位环7、碟簧8、下轴承定位环9、下推力轴承10、中心管11、外壳体12、注油螺钉13、密封圈III14、下接头15、排气孔螺钉16组成。其结构特征是：上接头1上部设置有螺纹，上接头1与上部钻柱用螺纹连接，上接头1中部开有排气孔，上接头1下部设置有螺纹，上接头1下部与外壳体12上部用螺纹连接；中心管11上部设置有螺纹，中心管11上部与防掉螺帽2螺纹连接，中心管11下部设置有螺纹，中心管11下部与下接头15上部采用螺纹连接；浮动活塞3内部开有密封沟槽，浮动活塞3与中心管11之间采用动密封；浮动活塞3外部开有密封沟槽，浮动活塞3与上接头1之间采用动密封；中心管11下部设置有一台阶，中心管11下部台阶上安装有下推力轴承10；中心管11中部安装有碟簧8，碟簧8上端安装有上轴承定位环7，碟簧8下端安装有下轴承定位环9；上接头1中部设置有凸台1a，凸台1a和上轴承定位环7之间安装有上推力轴承6；下接头15中部外侧设置有多头螺纹，外壳体12中部内侧设置有多头螺纹，下接头15中部外侧与外壳体12中部内侧采用螺纹配合；下接头15中部设置有多头螺纹，所述螺纹的螺旋升角无自锁能力，所述螺纹头数由螺纹所传递最大扭矩确定；下接头15下部设置有螺纹，下接头15下部与钻头上部采用螺纹连接；外壳体12下部设置有注油孔，外壳体12下端与下接头15外部下侧采用动密封。
本发明一种降低钻柱粘滑振动的井下工具的工作原理是：本发明一种降低钻柱粘滑振动的井下工具安装在钻柱和钻头之间。在钻井时钻柱将钻压和扭矩传递给上接头1，上接头1传递给外壳体12，外壳体12通过多头螺纹传递给下接头15，下接头15再传递给钻头，从而实现破岩。当钻头遇到硬地层时，此时外壳体12与下接头15将发生相对转动，外壳体12将相对下接头15相对向下运动。此时碟簧8将缩短，这使得外壳体12与下接头15螺纹之间传递的扭矩将增大，直到钻头达到破岩扭矩为止，外壳体12与下接头15将相对静止。当钻头从停滞状态突然滑脱，此时，钻头和下接头15的转速将大于外壳体12的转速。外壳体12相对下接头15向上运动，此时碟簧8将伸长，外壳体12传递给下接头15的扭矩将逐渐变小，直到下接头15和外壳体12达到相对静止为止。本发明一种降低钻柱粘滑振动的井下工具通过以上工作方式来降低钻柱粘滑振动，实现钻头转速波动在较小范围内，降低钻柱粘滑振动，以达到延长钻头寿命的目的，同时提高了钻井速度和钻井质量。

Claims (3)

1.本发明一种降低钻柱粘滑振动的井下工具，是由上接头(1)、防掉螺帽(2)、浮动活塞(3)、密封圈I(4)、密封圈II(5)、上推力轴承(6)、上轴承定位环(7)、碟簧(8)、下轴承定位环(9)、下推力轴承(10)、中心管(11)、外壳体(12)、注油螺钉(13)、密封圈III(14)、下接头(15)、排气孔螺钉(16)组成。其特征在于，所述上接头(1)上部设置有螺纹，上接头(1)与上部钻柱用螺纹连接，上接头(1)中部开有排气孔，上接头(1)下部设置有螺纹，上接头(1)下部与外壳体(12)上部用螺纹连接；中心管(11)上部设置有螺纹，中心管(11)上部与防掉螺帽(2)螺纹连接，中心管(11)下部设置有螺纹，中心管(11)下部与下接头(15)上部用螺纹连接；浮动活塞(3)内部开有密封沟槽，浮动活塞(3)与中心管(11)之间采用动密封；浮动活塞(3)外部开有密封沟槽，浮动活塞(3)与上接头(1)之间采用动密封。
2.根据权利要求1所述的一种降低钻柱粘滑振动的井下工具，其特征是：所述中心管(11)下部设置有一台阶，中心管(11)下部台阶上安装有下推力轴承(10)；中心管(11)中部安装有碟簧(8)，碟簧(8)上端安装有上轴承定位环(7)，碟簧(8)下端安装有下轴承定位环(9)；所述上轴承定位环(7)与中心管(11)之间留有一定间隙；所述下轴承定位环(9)与中心管(11)之间留有一定间隙；上接头(1)中部设置有凸台(1a)，凸台(1a)和上轴承定位环(7)之间安装有上推力轴承(6)。
3.根据权利要求1所述的一种降低钻柱粘滑振动的井下工具，其特征是：所述下接头(15)中部外侧设置有多头螺纹，外壳体(12)中部内侧设置有多头螺纹，下接头(15)中部外侧与外壳体(12)中部内侧采用螺纹配合；下接头(15)中部设置有多头螺纹，所述螺纹的螺旋升角无自锁能力，所述螺纹头数由螺纹所传递最大扭矩确定；下接头(12)下部设置有螺纹，下接头(15)下部与钻头上部采用螺纹连接；外壳体(12)下部设置有注油孔，外壳体(12)下端与下接头(15)外部下侧采用动密封。
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