CN112502608B - 一种防卡钻的钻井提速工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于吸收钻头受到的冲击、降低钻杆与井壁之间摩擦、提高钻井效率的工具，其技术方案是：所述一种防卡钻的钻井提速工具主要包括：滑杆、上接头、碟簧Ⅰ、外圆柱筒、传力套筒、活塞头套、分流元件、滚动轴承、涡轮装置、传动轴、调整环、定位筒、止推轴承、传动元件、支撑筒、动阀盘、轴承、定阀盘、密封圈、阀盘内套、碟簧Ⅱ、中空心轴、第一下壳体、第二下壳体、下接头；当钻头受到冲击振动或过大扭矩时，压缩碟簧向上提起，防止卡钻；在传动轴的带动下，两阀盘之间的偏心配合，将液体能量转化为脉冲压力传递给滑杆，使钻具与井壁之间的静摩擦转化为动摩擦。

Description

一种防卡钻的钻井提速工具
技术领域
本发明专利涉及石油开采工程中井下工具领域,属于井下辅助钻井设备，具体涉及一种防止卡钻和降低钻柱前进阻力的钻井提速工具。
背景技术
随着石油钻井技术的持续发展,已研制出各种各样的钻井提速工具来满足不同钻井工程的需要,然而对于井下复杂的工作环境而言,仍然还有许多的问题,如何提高钻进速率和钻头使用寿命一直是研究的热门话题。
在软硬交错地层或者硬地层,钻井过程中很容易产生对钻头有害的振动冲击，这些有害的振动冲击不仅影响钻井速率,并且容易导致钻头损伤,甚至有可能提前失效,增加钻井成本。
面对全球石油资源减少,而人们对石油资源需求不断增加这样一种情况，各大油田纷纷向低渗透、低压等复杂油气藏进行开发,与之对应的水平井、大位移井的应用也就更加广泛；而在水平井、大位移井的钻进过程中,钻杆与井壁之间的摩擦使得钻进阻力增大,导致钻进速率低、钻井成本增加。
因此,降低钻柱与井壁之间的摩擦,是确保大位移井、水平井钻井质量和钻井速率的关键；降低钻头受到的冲击振动,防止卡钻,是提高钻头使用寿命的关键之一。
发明内容
本发明的目的:为降低钻头在钻进过程中受到的振动冲击,特提出了一种防卡钻的钻井提速工具，该工具不仅可以吸收钻头受到的振动冲击，防止卡钻,还可以产生轴向振动,降低钻具与井壁之间的摩擦,提高钻井速率。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种防卡钻的钻井提速工具,其结构主要包括；滑杆、上接头、碟簧Ⅰ、外圆柱筒、传力套筒、活塞头套、分流元件、滚动轴承、涡轮装置、传动轴、调整环、定位筒、止推轴承、传动元件、支撑筒、动阀盘、轴承、定阀盘、密封圈、阀盘内套、碟簧Ⅱ、中空心轴、第一下壳体、第二下壳体、下接头；其技术特征在于:上接头、外圆柱筒、第一下壳体、第二下壳体从上到下依次螺纹连接；滑杆安装在上接头和外圆柱筒的内孔中，间隙配合，滑杆与上接头通过花键连接，滑杆下端与活塞头套斜面配合；传力套筒位于外圆柱筒和滑杆中间,通过螺纹连接与滑杆配合；碟簧Ⅰ安装在上接头和外圆柱筒的凹槽中；分流元件安装在活塞头套中,位于传动轴和滚动轴承上端；涡轮装置位于外圆柱筒和传动轴之间；调整环安装在滚动轴承的下端，定位筒安装在调整环和传动轴的中间；传动轴上端通过螺纹连接与分流元件配合,中段侧面开有流道,便于钻井液的流出,下端与传动元件通过螺纹连接；动阀盘位于支撑筒和传动元件中间,通过螺纹连接与传动元件配合；定阀盘与外圆柱筒通过螺纹连接,定阀盘和动阀盘中间安装有轴承,定阀盘与阀盘内套之间安装有密封圈,两阀盘为偏心安装；中空心轴位于第一下壳体和第二下壳体的内孔中,上端与阀盘内套通过花键连接,下端与下接头通过螺纹连接；碟簧Ⅱ位于中空心轴和第一下壳体之间,当钻头受到瞬时冲击力时,下接头推动中空心轴压缩碟簧Ⅱ,将冲击能量转化为弹性势能储存在碟簧Ⅱ中,当施加在钻头上的扭矩减少时,碟簧Ⅱ中的弹性势能释放,维持钻头的正常钻井；下接头可连接钻头或者其他井下工具。
钻头受到的振动冲击,主要依靠碟簧吸收,转换为自身的弹性势能。
传动轴上均匀分布着6-8个孔,所有的花键是8-10齿矩形花键。
本发明的有益效果:(1)该工具利用碟簧作为弹性元件,能够吸收钻头受到的振动冲击,提高钻头寿命；(2)当钻头受到较大扭矩时,钻头推动中空心轴压缩碟簧实现轴向移动,避免钻头的扭转振动；(3)阀盘机构产生的压力差传递至滑杆,滑杆产生轴向振动,能够有效降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力。
附图说明
图1是本发明一种防卡钻的钻井提速装置的结构示意图；
图2是本发明一种防卡钻的钻井提速装置中分流元件的结构示意图；
图3是本发明一种防卡钻的钻井提速装置中传动轴的结构示意图；
图4是本发明一种防卡钻的钻井提速装置中动阀盘的结构示意图；
图5是本发明一种防卡钻的钻井提速装置中定阀盘的结构示意图。
图中:1.滑杆；2.上接头；3.碟簧Ⅰ；4.外圆柱筒；5.传力套筒；6.活塞头套；7.分流元件；8.滚动轴承；9.涡轮装置；10.传动轴；11.调整环；12.定位筒；13.止推轴承；14.传动元件；15.支撑筒；16.动阀盘；17.轴承；18.定阀盘；19.密封圈；20.阀盘内套；21.碟簧Ⅱ；22.中空心轴；23.第一下壳体；24.第二下壳体；25.下接头。
具体实施方式
如图1-5所示，一种防卡钻的钻井提速工具，其结构主要包括:滑杆1、上接头2、碟簧Ⅰ3、外圆柱筒4、传力套筒5、活塞头套6、分流元件7、滚动轴承8、涡轮装置9、传动轴10、调整环11、定位筒12、止推轴承13、传动元件14、支撑筒15、动阀盘16、轴承17、定阀盘18、密封圈19、阀盘内套20、碟簧Ⅱ21、中空心轴22、第一下壳体23、第二下壳体24、下接头25；其技术特征在于:上接头2、外圆柱筒4、第一下壳体23、第二下壳体24从上到下依次螺纹连接；滑杆1安装在上接头2和外圆柱筒4的内孔中,间隙配合,滑杆1与上接头2通过花键连接,滑杆1下端与活塞头套6斜面配合；传力套筒5位于外圆柱筒4和滑杆1中,通过螺纹连接与滑杆1配合；碟簧Ⅰ3安装在上接头2和外圆柱筒4的凹槽中；分流元件7安装在活塞头套6中,位于传动轴10和滚动轴承8上端；涡轮装置9位于外圆柱筒4和传动轴10之间；调整环11安装在滚动轴承8的下端,定位筒12安装在调整环11和传动轴10的中间；传动轴10上端通过螺纹连接与分流元件7配合,中段侧面开有流道,便于钻井液的流出,下端与传动元件14通过螺纹连接；动阀盘16位于支撑筒15和传动元件14中间,通过螺纹连接与传动元件14配合；定阀盘18与外圆柱筒4通过螺纹连接,定阀盘18和动阀盘16中间安装有轴承17,定阀盘18与阀盘内套20之间安装有密封圈19,两阀盘为偏心安装；中空心轴22位于第一下壳体23和第二下壳体24的内孔中,上端与阀盘内套20通过花键连接,下端与下接头25通过螺纹连接；碟簧Ⅱ21位于中空心轴22和第一下壳体23之间,当钻头受到瞬时冲击力时,下接头25推动中空心轴22压缩碟簧Ⅱ21,将冲击能量转化为弹性势能储存在碟簧Ⅱ21中,当施加在钻头上的扭矩减少时,碟簧Ⅱ21中的弹性势能释放,维持钻头的正常钻井；下接头25可连接钻头或者其他井下工具。
涡轮装置9、传动轴10、传动元件14、动阀盘16组成动力部件。
阀盘内套20和中空心轴22安装在定阀盘19和第一下壳体23的内部,当钻头受到振动冲击或卡钻时,通过中空心轴22与阀盘内套20之间通过花键连接,下接头25推动中空心轴22压缩碟簧Ⅱ21向上移动,将冲击能量转化为弹性势能储存在碟簧Ⅱ21中,当钻头正常工作时,碟簧Ⅱ21将弹性势能释放出来,钻头复位。
动阀盘16和定阀盘18之间是偏心安装,传动轴10转动一周,定阀盘16的过流面积由小变大、再由大变小,呈周期性变化,从而将流体的能量转化为压力脉冲,传递至滑杆1处,推动滑杆1产生轴向振动,降低滑杆1与井壁之间的摩擦阻力,提高水平段的钻井能力。
该井下辅助钻井设备具有减小井下轴向和周向震动冲击的功能,防止钻头损伤,可以自动存储在钻头钻井过程中超载的能量,有效地增加了岩石破碎能力,解决了当钻进硬地层或者交互地层时钻头的问题。除此之外,该井下辅助钻井设备还能降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力,提高钻井速度。

Claims (4)

1.一种防卡钻的钻井提速工具,其结构主要包括:滑杆(1)、上接头(2)、碟簧Ⅰ(3)、外圆柱筒(4)、传力套筒(5)、活塞头套(6)、分流元件(7)、滚动轴承(8)、涡轮装置(9)、传动轴(10)、调整环(11)、定位筒(12)、止推轴承(13)、传动元件(14)、支撑筒(15)、动阀盘(16)、轴承(17)、定阀盘(18)、密封圈(19)、阀盘内套(20)、碟簧Ⅱ(21)、中空心轴(22)、第一下壳体(23)、第二下壳体(24)、下接头(25)；其技术特征在于:上接头(2)、外圆柱筒(4)、第一下壳体(23)、第二下壳体(24)从上到下依次螺纹连接；滑杆(1)安装在上接头(2)和外圆柱筒(4)的内孔中,间隙配合,滑杆(1)与上接头(2)通过花键连接,滑杆(1)下端与活塞头套(6)斜面配合；传力套筒(5)通过螺纹连接与滑杆(1)配合；碟簧Ⅰ(3)安装在上接头(2)和外圆柱筒(4)的凹槽中；分流元件(7)安装在活塞头套(6)中，位于传动轴(10)和滚动轴承(8)上端；涡轮装置(9)位于外圆柱筒(4)和传动轴(10)之间；调整环(11)安装在滚动轴承(8)的下端,定位筒(12)安装在调整环(11)和传动轴(10)的中间；传动轴(10)上端通过螺纹连接与分流元件(7)配合,中段侧面开有流道,下端与传动元件(14)通过螺纹连接；动阀盘(16)位于支撑筒(15)和传动元件(14)中间,通过螺纹连接与传动元件(14)配合；定阀盘(18)与外圆柱筒(4)通过螺纹连接,定阀盘(18)与阀盘内套(20)之间安装有密封圈(19)；两阀盘之间安装有轴承(17),且为偏心安装,将流体能量转化为压力脉冲,传递给滑杆(1),推动滑杆(1)产生轴向振动,降低与井壁之间的摩擦阻力；中空心轴(22)位于第一下壳体(23)和第二下壳体(24)的内孔中,上端与阀盘内套(20)通过花键连接,下端与下接头(25)通过螺纹连接；碟簧Ⅱ(21)位于中空心轴(22)和第一下壳体(23)之间,当钻头受到瞬时冲击力时,下接头(25)推动中空心轴(22)压缩碟簧Ⅱ(21),将冲击能量转化为弹性势能储存在碟簧Ⅱ(21)中,当施加在钻头上的扭矩减少时,碟簧Ⅱ(21)中的弹性势能释放,维持钻头的正常钻进；下接头(25)可连接钻头或其他井下工具。
2.根据权利要求1所述的一种防卡钻的钻井提速工具,其特征在于:动力部件由涡轮装置(9)、传动轴(10)、传动元件(14)、动阀盘(16)、定阀盘(18)组成。
3.根据权利要求1所述的一种防卡钻的钻井提速工具,其特征在于:缓冲吸振部件由阀盘内套(20)、碟簧Ⅱ(21)、中空心轴(22)、下接头(25)组成。
4.根据权利要求1所述的一种防卡钻的钻井提速工具,其特征在于:所述传动轴(10)上均匀分布6—8个孔。
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