CN108868655A - 一种油气井钻柱扭矩保护装置 - Google Patents

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汤历平
王成涛
祝效华
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    • 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

Abstract

本发明公开了一种油气井钻柱扭矩保护装置，主要由上接头、外壳、调节螺母、压套、钢珠套、卡簧、密封圈、下接头、推力球轴承、钢珠、碟簧、注油孔销钉和排气孔销钉组成，其特征在于上接头与上部钻柱连接并传递由上部钻柱传来的扭矩和钻压，下接头与下部钻柱或钻头连接；当钻头遇卡停止转动时，钻头上的扭矩无法用于破岩，但由于转盘持续转动，使钻柱上的扭矩持续增大；调节螺母、碟簧、压套、钢珠、钢珠套和下接头共同构成的扭矩保护机构当由上接头传递的扭矩过大时，碟簧轴向变形，钢珠被挤出下接头上的锥孔，使得上接头与下接头相对空转，即由转盘传递的动力不再直接作用于下接头，避免钻头及钻柱因承受过大的扭矩而出现扭断的情况。

Description

一种油气井钻柱扭矩保护装置
技术领域
本发明涉及一种钻井装置，特别是一种用于当钻头卡钻时保护油气井钻柱的装置，属于机械工程或钻井工程技术领域。
背景技术
随着全球对石油资源需求的快速增长，钻井的深度与地层的复杂程度越来越高，钻井速度慢，成本高。特别是在一些页岩气新探区，油气藏埋藏深，地层坚硬，极易发生卡钻事故。当钻头遇卡停止转动时，钻柱在井口转盘的驱动下仍然继续旋转从而使钻柱扭曲，沿钻柱长度储存扭转能量。当扭矩一旦达到破碎地层所需的值，钻柱储存的能量瞬间释放，驱动钻头快速旋转，造成钻头切削齿的损坏，影响钻头使用寿命。在此过程中，可能出现钻柱扭矩在达到破岩扭矩之前使出现钻柱断裂的情况，从而引发钻井事故。
目前国内的钻井扭矩保护装置不是很多，而所公开的“机械式钻具蓄能保护工具”(201210150801.7)是一种蓄能保护装置，能保证钻头匀速的钻进，避免卡钻后所集聚的扭转能量瞬间释放造成钻头快速旋转而降低钻头的使用寿命，但是在卡钻严重时也不能有效地保护钻具，防止井下事故的发生。专利“钻头恒扭矩保护器”(201120473357.3)所公开的是一种钻头恒扭矩保护装置，该装置能够使钻头工作平稳，保持钻头和钻具的完好，达到优化高效钻进复杂地层的效果。以上两种钻井扭矩保护装置和国内其他类型的扭矩保护装置，均没有在钻头卡死的情况下起到保护钻具的效果，仍然无法避免发生井下安全事故。因此，开发一种用于在一些极限情况下可有效控制钻柱扭矩的装置，对减少安全事故及提高钻井效率具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述难点，特提出一种油气井钻柱扭矩保护装置，用于避免当钻头卡钻时钻柱断裂的情况出现。
为达到上述目的，本发明解决此技术问题采用的技术方案是：
一种油气井钻柱扭矩保护装置，主要由上接头、外壳、调节螺母、压套、钢珠套、卡簧、密封圈、下接头、推力球轴承、钢珠、碟簧、注油孔销钉和排气孔销钉组成，其特征在于：所述上接头与外壳、调节螺母与上接头均通过螺纹连接；所述上接头为阶梯轴状，设有调节螺纹与钢珠套台阶，所述调节螺纹用于与调节螺母配合调节碟簧的弹力大小，所述钢珠套台阶为正六边形，用于套装钢珠套，在进行钻井作业时，由钻柱传递给上接头的扭转动力可以通过配合的正六边形台阶传递给钢珠套；所述上接头在与外壳、下接头配合的位置均设有密封圈；所述外壳上设有注油孔和排气孔；所述调节螺母上设有三个沿周向均布的调节孔，可以通过专用工具旋转调节螺母进行调节，调节螺母的下端设有支撑面，用于抵住碟簧上端；所述压套设有卡槽，用于卡住碟簧下端，所述压套下端为圆形空腔，用于套装钢珠套、钢珠和下接头并用于压紧钢珠；所述钢珠套设有八个沿圆周方向均匀分布的用于限定钢珠位置的定位孔以及用于传递扭矩的与上接头配合的六面孔；所述卡簧的作用是对钢珠套进行限位从而防止钢珠套从上接头上脱离；所述下接头为阶梯轴，其上端设有八个沿周向均布与钢珠配合的锥孔，在进行钻井作业时，可以将由钢珠套传递过来的扭矩通过钢珠与锥孔的配合传递给下接头；所述调节螺母、碟簧、压套、钢珠、钢珠套和下接头共同构成扭矩保护机构，调节螺母与碟簧配合通过压套将钢珠压在下接头的锥孔上；在进行钻进作业时，扭矩通过上接头，再由钢珠套传递给钢珠，此时由于钢珠被卡在锥孔内，所以可以带动下接头一起旋转，进行钻进；当下端钻头遇到阻碍停止旋转时，与钻头连接的下接头停止旋转，上接头在上端钻柱的带动下开始集聚扭转能量，当达到将钢珠挤出锥孔的能量时，上接头相对下接头空转，从而保护井下工具免于因扭矩过大而造成的破坏。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：(1)本扭矩保护装置通过钢珠与锥形孔的配合作用，在扭矩达到将钢珠挤出锥形孔时能使上接头相对下接头空转，从而保护钻头及其他井下工具免于扭矩过大造成破坏；(2)本发明专用的调节机构，能有效地根据钻井现场的实际要求，通过调节螺母和碟簧调节压套对钢珠的压力，从而调节传递的动力大小，能满足各种不同地层条件的钻井作业，方便高效。
附图说明
图1为本发明一种油气井钻柱扭矩保护装置的结构示意图；
图2为本发明中上接头的结构示意图；
图3为本发明中下接头的结构示意图；
图4为本发明中压套的结构示意图；
图5为本发明中调节螺母的结构示意图；
图6为本发明中钢珠套示意图。
图中：1.上接头，1a.调节螺纹，1b.钢珠套台阶，2.外壳，3.调节螺母，3a.调节孔，3b.支撑面，4.压套，4a.卡槽，5.钢珠套，5a.定位孔，5b.六面孔，6.卡簧，7.密封圈，8.下接头，8a.锥孔，9.推力球轴承，10.钢珠，11.碟簧，12.注油孔销钉，13.排气孔销钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1-图6所示，一种油气井钻柱扭矩保护装置，主要由上接头1、外壳2、调节螺母3、压套4、钢珠套5、卡簧6、密封圈7、下接头8、推力球轴承9、钢珠10、碟簧11、注油孔销钉12和排气孔销钉13组成，其特征在于：所述上接头1与外壳2、调节螺母3与上接头1均通过螺纹连接；所述上接头1为阶梯轴状，设有调节螺纹1a与钢珠套台阶1b，所述调节螺纹1a用于与调节螺母3配合调节碟簧11的弹力大小，所述钢珠套台阶1b为正六边形，用于套装钢珠套5，在进行钻井作业时，由钻柱传递给上接头1的扭转动力可以通过配合的正六边形台阶传递给钢珠套5；所述上接头1在与外壳2、下接头8配合的位置均设有密封圈7；所述外壳2上设有注油孔和排气孔；所述调节螺母3上设有三个沿周向均布的调节孔3a，可以通过专用工具旋转调节螺母3进行调节，调节螺母3的下端设有支撑面3b，用于抵住碟簧11上端；所述压套4设有卡槽4a，用于卡住碟簧11下端，所述压套4下端为圆形空腔，用于套装钢珠套5、钢珠10和下接头8并用于压紧钢珠10；所述钢珠套5设有八个沿圆周方向均匀分布的用于限定钢珠10位置的定位孔5a以及用于传递扭矩的与上接头1配合的六面孔5b；所述卡簧6的作用是对钢珠套5进行限位从而防止钢珠套5从上接头1上脱离；所述下接头8为阶梯轴，其上端设有八个沿周向均布与钢珠10配合的锥孔8a，在进行钻井作业时，可以将由钢珠套传递过来的扭矩通过钢珠10与锥孔8a的配合传递给下接头8；所述调节螺母3、碟簧11、压套4、钢珠10、钢珠套5和下接头8共同构成扭矩保护机构，调节螺母3与碟簧11配合通过压套4将钢珠10压在下接头8的锥孔8a上；在进行钻进作业时，扭矩通过上接头1，再由钢珠套5传递给钢珠10，此时由于钢珠10被卡在锥孔8a内，所以可以带动下接头8一起旋转，进行钻进；当下端钻头遇到阻碍停止旋转时，与钻头连接的下接头8停止旋转，上接头1在上端钻柱的带动下开始集聚扭转能量，当达到将钢珠10挤出锥孔8a的能量时，上接头1相对下接头8空转，从而保护井下工具免于因扭矩过大而造成的破坏。
所述的一种油气井钻柱扭矩保护装置，其特征在于：上接头1与上部钻柱连接并传递由上部钻柱传来的扭矩和钻压，下接头8与下部钻柱或钻头连接；当钻头遇卡停止转动时，钻头上的扭矩无法用于破岩，但由于转盘持续转动，使钻柱上的扭矩持续增大；调节螺母3、碟簧11、压套4、钢珠10、钢珠套5和下接头8共同构成的扭矩保护机构当由上接头1传递的扭矩过大时，碟簧11轴向变形，钢珠10被挤出下接头8上的锥孔，使得上接头1与下接头8相对空转，即由转盘传递的动力不再直接作用于下接头8，避免钻头及钻柱因承受过大的扭矩而出现扭断的情况。
以上所述具体实施方式用于说明本发明而非限制本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的构思和原则前提下所作出的等同变化与修改，均属于本发明系统的保护范围。

Claims (1)

1.一种油气井钻柱扭矩保护装置，主要由上接头(1)、外壳(2)、调节螺母(3)、压套(4)、钢珠套(5)、卡簧(6)、密封圈(7)、下接头(8)、推力球轴承(9)、钢珠(10)、碟簧(11)、注油孔销钉(12)和排气孔销钉(13)组成，其特征在于：所述上接头(1)与外壳(2)、调节螺母(3)与上接头(1)均通过螺纹连接；所述上接头(1)为阶梯轴状，设有调节螺纹(1a)与钢珠套台阶(1b)，所述调节螺纹(1a)用于与调节螺母(3)配合调节碟簧(11)的弹力大小，所述钢珠套台阶(1b)为正六边形，用于套装钢珠套(5)，在进行钻井作业时，由钻柱传递给上接头(1)的扭转动力可以通过配合的正六边形台阶传递给钢珠套(5)；所述上接头(1)在与外壳(2)、下接头(8)配合的位置均设有密封圈(7)；所述外壳(2)上设有注油孔和排气孔；所述调节螺母(3)上设有三个沿周向均布的调节孔(3a)，可以通过专用工具旋转调节螺母(3)进行调节，调节螺母(3)的下端设有支撑面(3b)，用于抵住碟簧(11)上端；所述压套(4)设有卡槽(4a)，用于卡住碟簧(11)下端，所述压套(4)下端为圆形空腔，用于套装钢珠套(5)、钢珠(10)和下接头(8)并用于压紧钢珠(10)；所述钢珠套(5)设有八个沿圆周方向均匀分布的用于限定钢珠(10)位置的定位孔(5a)以及用于传递扭矩的与上接头(1)配合的六面孔(5b)；所述卡簧(6)的作用是对钢珠套(5)进行限位从而防止钢珠套(5)从上接头(1)上脱离；所述下接头(8)为阶梯轴，其上端设有八个沿周向均布与钢珠(10)配合的锥孔(8a)，在进行钻井作业时，可以将由钢珠套传递过来的扭矩通过钢珠(10)与锥孔(8a)的配合传递给下接头(8)；所述调节螺母(3)、碟簧(11)、压套(4)、钢珠(10)、钢珠套(5)和下接头(8)共同构成扭矩保护机构，调节螺母(3)与碟簧(11)配合通过压套(4)将钢珠(10)压在下接头(8)的锥孔(8a)上；在进行钻进作业时，扭矩通过上接头(1)，再由钢珠套(5)传递给钢珠(10)，此时由于钢珠(10)被卡在锥孔(8a)内，所以可以带动下接头(8)一起旋转，进行钻进；当下端钻头遇到阻碍停止旋转时，与钻头连接的下接头(8)停止旋转，上接头(1)在上端钻柱的带动下开始集聚扭转能量，当达到将钢珠(10)挤出锥孔(8a)的能量时，上接头(1)相对下接头(8)空转，从而保护井下工具免于因扭矩过大而造成的破坏。
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