CN114704214A - 一种钻头紧固夹持结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻头紧固夹持结构及方法，包括顶部敞口的壳体、通过转轴与壳体内侧壁转动连接的管体、用于驱动管体绕转轴转动的驱动组件，转轴轴线平行于壳体底面；管体内部设置用于承载钻头装卸器的承台，承台上开设用于钻头穿过的方孔；还包括与管体的一端可拆卸连接的端盖，端盖内设置用于连接钻头的母扣套，母扣套沿轴向的一端敞口，且母扣套内壁设置与被连接钻头相匹配的母扣螺纹。本发明提供一种钻头紧固夹持结构及方法，以解决现有技术中现场倒置钻头时存在的安全隐患问题，实现减少人力消耗、降低安全隐患，能够为肉眼观察出入井的PDC钻头提供富裕时间的目的。

Description

一种钻头紧固夹持结构及方法

技术领域

本发明涉及油气钻井领域，具体涉及一种钻头紧固夹持结构及方法。

背景技术

PDC钻头是油气钻井领域常用钻头之一，其工作状态是齿部朝下、丝扣端朝上与钻具连接；但是在钻井施工现场，经常需要将其倒置（使钻头齿部朝上、而丝扣端朝下）立于地面进行操作，如钻头入井前安装钻头水眼的作业、检查新钻头情况并拍照留存的作业、钻头出井卸下后检查切削齿和/或保径齿磨损情况的作业等。现有技术中，施工现场均是通过人力将钻头翻转并立于地面，对于大尺寸钻头而言需要多人合力才能够将其翻转倒立；并且由于钻头在翻转后，呈丝扣端在下、齿部在上的倒立结构，即会形成下小上大的形状，导致其十分容易倾倒，而PDC钻头重量较大，一旦砸到工作人员的脚背等会造成严重伤害，因此会对周围工作人员带来安全隐患。现有技术中，为了克服这一缺陷，现场都采取多人配合的方式，至少一人对钻头进行扶持、另一人进行所需的水眼安装等操作，并且为了降低安全隐患，对入井和出井的检查，都是通过防爆相机尽快拍照后上传到计算机上查看，通过肉眼直接观察的时间窗口较短。

发明内容

本发明提供一种钻头紧固夹持结构及方法，以解决现有技术中现场倒置钻头时存在的安全隐患问题，实现减少人力消耗、降低安全隐患，能够为肉眼观察出入井的PDC钻头提供富裕时间的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种钻头紧固夹持结构，包括顶部敞口的壳体、通过转轴与壳体内侧壁转动连接的管体、用于驱动所述管体绕转轴转动的驱动组件，所述转轴轴线平行于壳体底面；

所述管体内部设置用于承载钻头装卸器的承台，所述承台上开设用于钻头穿过的方孔；

还包括与所述管体的一端可拆卸连接的端盖，所述端盖内设置用于连接钻头的母扣套，所述母扣套沿轴向的一端敞口，且母扣套内壁设置与被连接钻头相匹配的母扣螺纹。

针对现有技术中现场倒置钻头时存在的安全隐患问题，本发明提出一种钻头紧固夹持结构，本结构包括顶部敞口的壳体，在壳体内通过转轴连接管体，使管体能够在驱动组件的驱动下，随同转轴进行转动，由于转轴轴线平行于壳体底面，因此当壳体置于水平面上时，管体即沿水平轴线进行横向的转动。管体内设置有承台，该承台上具有方孔，因此对于装配有钻头装卸器的PDC钻头而言，其齿部可以穿过方孔进入承台下方，而钻头装卸器无法通过方孔，正好坐落在承台上。端盖用于临时封堵管体的一端，其与管体的连接方式可采用现有任意可拆卸连接方式。并且在端盖内设置母扣套，母扣套沿轴向的一端敞口，且母扣套内壁设置与被连接钻头相匹配的母扣螺纹，因此可通过母扣套与钻头丝扣端进行直接的螺纹连接。

本申请具体使用时，

首先将壳体固定于地面；然后通过驱动组件转动管体，使管体用于连接端盖的一端朝上；之后准备好需要进行人工操作的入井或出井PDC钻头，按照常规方式在其上安装好钻头装卸器、钻头提丝，并正立放置；之后将带有钻头装卸器和钻头提丝的钻头自上而下放入壳体内、使其进入管体中，钻头底部（即齿部）穿过方孔、钻头装卸器坐在承台上；此时即完成了钻头放入壳体内的步骤。接下来，拆卸钻头提丝，安装端盖和母扣套，使端盖与管体相连、母扣套与钻头丝扣相连，之后通过驱动组件将管体转动180°，带动钻头同步转动，钻头由正立的状态转动为倒置的状态，此时钻头的底部（即齿部）朝上，面向壳体敞口端，钻头的重力作用在母扣套和端盖上，由于端盖与管体处于连接状态，因此可通过管体来承载重力。并且由于此时驱动组件未工作，可利用驱动组件来保持管体稳定。在此状态下，PDC钻头的底部（即齿部）朝上且保持稳定，因此现场作业人员能够有条不紊的进行安装钻头水眼、检查新钻头情况并拍照留存、肉眼检查切削齿和/或保径齿磨损情况等工作，无需担心钻头倾倒造成的人身伤害，显著降低了安全隐患，为现场的井口钻头作业提供了充分富裕的时间；并且由于本申请中翻转钻头依靠驱动组件实现，因此克服了现有技术需要人工翻转带来的人力消耗，同样降低了对于大尺寸钻头人工翻转过程中的安全隐患。

进一步的，所述驱动组件包括电机、固定套设在转轴上的齿轮、连接在电机输出端与齿轮之间的减速机构；所述转轴一端与管体外壁固定连接、另一端通过轴承与壳体内壁转动配合。本方案中启动电机时，电机的输出端带动减速机构运动，由减速机构带动齿轮转动，从而带动转轴同步转动，驱动管体进行转动。其中，减速机构可采用现有任意减速方式，如常见的减速器、齿轮组、行星轮组等，以提高对转轴施加的扭矩、使其慢速转动。

进一步的，所述端盖与管体一端通过螺纹配合，端盖上设置有用于控制所述母扣套升降的调整机构。端盖与管体螺纹配合，使得在需要端盖承载受力时，能够依靠螺纹实现稳定的咬合，保证作用在端盖上的压力稳定传递至管体上。此外，母扣套与钻头丝扣之间需要通过旋入方式实现螺纹配合，因此通过调整机构可便于其上下移动从而实现螺纹的连接和退出。

进一步的，所述调整机构包括与母扣套轴线平行的螺杆，所述端盖上开设与螺杆相匹配的第一螺纹孔，所述螺杆穿过所述第一螺纹孔，且螺杆一端连接母扣套、另一端连接手柄。螺杆与母扣套连接，且螺杆与端盖上的第一螺纹孔螺纹配合，因此转动螺杆，螺杆会沿端盖做上下的转动，即可带动母扣套同步进行上下的转动。并且手柄可为工作人员提供施力部件，避免直接握持螺杆不便操作。此外，第一螺纹孔与螺杆的配合，也能够使得本申请倒置钻头时，作用在母扣套上的重力通过螺纹稳定的传递至端盖上，可以保证其连接稳定不会脱落。

进一步的，所述母扣套背离敞口端的外侧壁开设与所述螺杆相匹配的螺纹盲孔，所述螺纹盲孔正对所述第一螺纹孔。本方案中，螺杆同时与第一螺纹孔、螺纹盲孔实现螺纹配合，此种结构可更加方便的实现对螺杆的安装，可以在安装好母扣套、安装好端盖后，再安装螺杆，使得本申请在现场使用时具有更好的可操作性。此外，螺杆在第一螺纹孔上向下运动的方向，即是在螺纹盲孔内的向下上扣方向，因此螺杆在自上而下旋入第一螺纹孔的过程中，其底部也逐渐旋入螺纹盲孔，不会造成脱扣现象，通过螺杆与两处螺纹配合，可实现本申请中所需的稳定的重力传导过程。

进一步的，所述母扣套内远离敞口端的一侧设置柔性垫。在母扣套与钻头丝扣的连接过程中，钻头丝扣逐渐从敞口端进入母扣套内部，本方案可使其抵拢柔性垫，以对钻头丝扣的端面提供保护，避免在使用本申请夹持钻头时对其丝扣端面造成不必要的磨损。

进一步的，还包括若干与所述承台形状相同的垫板，每块垫板上均开设与所述方孔形状相同、尺寸不同的辅助通孔；任意两块垫板上的辅助通孔的尺寸也不相同；所述承台上设置若干第二螺纹孔，所述垫板上设置若干与第二螺纹孔相匹配的第三螺纹孔。

作为本领域公知常识，不同尺寸的井眼需要不同尺寸的钻头进行作业，不同尺寸的钻头对应的钻头装卸器的大小也不尽相同。对于某些小尺寸钻头而言，其钻头装卸器可能会从方孔中掉落、即钻头装卸器无法稳定的坐落在承台上。为了克服上述问题，本方案还设置了若干与承台形状相同的垫板，每块垫板上均具有不同的辅助通孔，辅助通孔的形状与方孔相同、其同样用于防止钻头装卸器脱落。任意两块垫板上的辅助通孔的尺寸也不相同，可根据具体钻头尺寸选择合适的垫板，将其通过螺栓临时固定在承台上即可。

基于本申请中钻头紧固夹持结构的紧固夹持方法，包括：

将所述壳体固定于地面；

通过驱动组件转动管体，使管体用于连接端盖的一端朝上；

在PDC钻头上安装钻头装卸器、钻头提丝；

保持管体稳定，将带有钻头装卸器和钻头提丝的钻头自上而下放入管体中，使钻头下部穿过方孔，直至钻头装卸器坐在承台上；

拆卸钻头提丝，安装端盖、旋入母扣套，使端盖与管体相连、母扣套与钻头丝扣相连；

通过驱动组件将管体转动180°，带动钻头同步转动，由母扣套、端盖对倒置的钻头进行承载。

进一步的，所述安装端盖、旋入母扣套的方法包括：

将母扣套旋至钻头顶部，使钻头丝扣进入母扣套并螺纹连接；

将端盖旋至管体顶端，使端盖与管体通过螺纹连接；

将螺杆旋入端盖上的第一螺纹孔中，使螺杆穿过第一螺纹孔向下运动，直至螺杆旋入母扣套上的螺纹盲孔内，螺杆与端盖、母扣套均螺纹连接。

进一步的，当钻头装卸器无法坐在承台上时，在承台上铺设能够使钻头装卸器坐住的垫板，并通过螺栓将垫板固定在承台上。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种钻头紧固夹持结构及方法，可使PDC钻头的底部朝上保持稳定，现场作业人员能够有条不紊的进行安装钻头水眼、检查新钻头情况并拍照留存、肉眼检查切削齿和/或保径齿磨损情况、拆卸/更换钻头水眼等工作，无需担心钻头倒置时头重脚轻而发生倾倒造成人身伤害，显著降低了安全隐患，为现场的井口钻头操作提供了充分富裕的时间。

2、本发明一种钻头紧固夹持结构及方法，翻转钻头依靠驱动组件和减速机构配合实现，克服了现有技术需要人工翻转带来的人力消耗，同样降低了对于大尺寸钻头人工翻转过程中的安全隐患。

3、本发明一种钻头紧固夹持结构及方法，在现场使用时具有良好的可操作性，可满足不同尺寸的PDC钻头使用，具有较强的通用性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的剖视图；

图2为过图1中A-A方向线的剖视图；

图3为本发明具体实施例中母扣套的剖视图；

图4为本发明具体实施例中端盖的连接示意图；

图5为本发明具体实施例中垫板的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-壳体，2-转轴，3-管体，4-承台，5-方孔，6-端盖，7-母扣套，8-电机，9-齿轮，10-轴承，11-减速机构，12-螺杆，13-第三螺纹孔，14-手柄，15-螺纹盲孔，16-柔性垫，17-垫板，18-辅助通孔，19-第二螺纹孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

实施例1：

如图1与图2所示的一种钻头紧固夹持结构，包括顶部敞口的壳体1、通过转轴2与壳体1内侧壁转动连接的管体3、用于驱动管体3绕转轴2转动的驱动组件，转轴2轴线平行于壳体1底面；

管体3内部设置用于承载钻头装卸器的承台4，承台4上开设用于钻头穿过的方孔5；

还包括与管体3的一端可拆卸连接的端盖6，端盖6内设置用于连接钻头的母扣套7，母扣套7沿轴向的一端敞口，且母扣套7内壁设置与被连接钻头相匹配的母扣螺纹。

驱动组件包括电机8、固定套设在转轴2上的齿轮9、连接在电机8输出端与齿轮9之间的减速机构11；转轴2一端与管体3外壁固定连接、另一端通过轴承10与壳体1内壁转动配合。

在更为优选的实施方式中，母扣套7内远离敞口端的一侧设置柔性垫16，柔性垫16可采用橡胶或硅胶垫。

在更为优选的实施方式中，所述电机8为伺服电机，通过支架安装在壳体内侧壁；所述减速机构11为齿轮组，其输出转速在1~2r/min。

实施例2：

一种钻头紧固夹持结构，在实施例1的基础上，端盖6与管体3一端通过螺纹配合，端盖6 上设置有用于控制母扣套7升降的调整机构。调整机构如图4所示，包括与母扣套7轴线平行的螺杆12，端盖6上开设与螺杆12相匹配的第一螺纹孔，螺杆12穿过第一螺纹孔，且螺杆12一端连接母扣套7。

在更为优选的实施方式中，螺杆12另一端连接手柄14。

在更为优选的实施方式中，如图3所示，母扣套7背离敞口端的外侧壁开设与螺杆12相匹配的螺纹盲孔15，螺纹盲孔15正对第一螺纹孔。

需要说明的是，母扣套7内壁的内螺纹需与对应钻头的扣型相匹配，作为本领域公知常识，PDC钻头的常见扣型一般即为631、411等公扣扣型，因此对应的母扣套7扣型采用630、410的母扣扣型即可。本实施例中一套紧固夹持结构可配套多个端盖6及对应的母扣套7，即可显著提供本申请在作业现场的通用性。

此外，螺杆与第一螺纹孔所对应的螺距，需与被作业的钻头扣型的螺距相等，以保证螺杆转动时上下移动的行程，与母扣套所需的移动行程相等。更优选的，螺杆和第一螺纹孔的扣型可设置为与对应母扣套扣型相匹配。

实施例3：

一种钻头紧固夹持结构，在上述任一实施例的基础上，还包括若干与承台4形状相同的垫板17，垫板17与承台4的对比如图5所示。每块垫板17上均开设与方孔5形状相同、尺寸不同的辅助通孔18；任意两块垫板17上的辅助通孔18的尺寸也不相同；承台4上设置若干第二螺纹孔19，垫板17上设置若干与第二螺纹孔相匹配的第三螺纹孔13。

实施例4：

一种钻头紧固夹持方法，基于上述任一实施例所记载的结构，具体方法如下：

将壳体1固定于地面；

通过驱动组件转动管体3，使管体3用于连接端盖6的一端朝上；

在PDC钻头上安装钻头装卸器、钻头提丝；

保持管体3稳定，将带有钻头装卸器和钻头提丝的钻头自上而下放入管体3中，使钻头下部穿过方孔5，直至钻头装卸器坐在承台4上；

拆卸钻头提丝，安装端盖6、旋入母扣套7，使端盖6与管体3相连、母扣套7与钻头丝扣相连；

通过驱动组件将管体3转动180°，带动钻头同步转动，由母扣套7、端盖6对倒置的钻头进行承载，此时即可进行安装钻头水眼、检查新钻头情况并拍照留存、肉眼检查切削齿和/或保径齿磨损情况等操作；

在操作完成后，再次启动驱动组件将管体3转动180°使之复位，再卸下母扣套7和端盖6，将钻头提丝装回至钻头上，即可将钻头提出。

其中，安装端盖6、旋入母扣套7的方法为：

将母扣套7旋至钻头顶部，使钻头丝扣进入母扣套7并螺纹连接；

将端盖6旋至管体3顶端，使端盖6与管体3通过螺纹连接；

将螺杆12旋入端盖6上的第一螺纹孔中，使螺杆12穿过第一螺纹孔向下运动，直至螺杆12旋入母扣套7上的螺纹盲孔15内，螺杆12与端盖6、母扣套7均螺纹连接。

其中，卸下母扣套7和端盖6的步骤为：首先向外旋出螺杆12、再松扣卸下端盖6、最后旋出母扣套7。

在更为优选的实施方式中，当钻头装卸器无法坐在承台4上时，在承台4上铺设能够使钻头装卸器坐住的垫板17，并通过螺栓连接第三螺纹孔13、第二螺纹孔19将垫板17固定在承台4上。

实施例5：

一种钻头紧固夹持方法，在实施例4的基础上，将壳体1固定于地面的方法包括：

在工程现场地面挖坑，将壳体1放入坑内，使壳体1顶部略低于地面，回填壳体周围并踩实。

本实施例将壳体埋于地面，首先可充分保证壳体稳定性，使得在大尺寸大重量钻头进行夹持时，壳体也能够充分保持稳定。

其次，在无需使用本申请的紧固夹持结构时，可直接采用盖板铺设在地面、盖在壳体顶部，从而不会占用现场空间、且不会干扰其余作业。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。

Claims (10)

1.一种钻头紧固夹持结构，其特征在于，包括顶部敞口的壳体（1）、通过转轴（2）与壳体（1）内侧壁转动连接的管体（3）、用于驱动所述管体（3）绕转轴（2）转动的驱动组件，所述转轴（2）轴线平行于壳体（1）底面；

所述管体（3）内部设置用于承载钻头装卸器的承台（4），所述承台（4）上开设用于钻头穿过的方孔（5）；

还包括与所述管体（3）的一端可拆卸连接的端盖（6），所述端盖（6）内设置用于连接钻头的母扣套（7），所述母扣套（7）沿轴向的一端敞口，且母扣套（7）内壁设置与被连接钻头相匹配的母扣螺纹。

2.根据权利要求1所述的一种钻头紧固夹持结构，其特征在于，所述驱动组件包括电机（8）、固定套设在转轴（2）上的齿轮（9）、连接在电机（8）输出端与齿轮（9）之间的减速机构（11）；所述转轴（2）一端与管体（3）外壁固定连接、另一端通过轴承（10）与壳体（1）内壁转动配合。

3.根据权利要求1所述的一种钻头紧固夹持结构，其特征在于，所述端盖（6）与管体（3）一端通过螺纹配合，端盖（6） 上设置有用于控制所述母扣套（7）升降的调整机构。

4.根据权利要求3所述的一种钻头紧固夹持结构，其特征在于，所述调整机构包括与母扣套（7）轴线平行的螺杆（12），所述端盖（6）上开设与螺杆（12）相匹配的第一螺纹孔，所述螺杆（12）穿过所述第一螺纹孔，且螺杆（12）一端连接母扣套（7）、另一端连接手柄（14）。

5.根据权利要求4所述的一种钻头紧固夹持结构，其特征在于，所述母扣套（7）背离敞口端的外侧壁开设与所述螺杆（12）相匹配的螺纹盲孔（15），所述螺纹盲孔（15）正对所述第一螺纹孔。

6.根据权利要求1所述的一种钻头紧固夹持结构，其特征在于，所述母扣套（7）内远离敞口端的一侧设置柔性垫（16）。

7.根据权利要求1所述的一种钻头紧固夹持结构，其特征在于，还包括若干与所述承台（4）形状相同的垫板（17），每块垫板（17）上均开设与所述方孔（5）形状相同、尺寸不同的辅助通孔（18）；任意两块垫板（17）上的辅助通孔（18）的尺寸也不相同；所述承台（4）上设置若干第二螺纹孔（19），所述垫板（17）上设置若干与第二螺纹孔相匹配的第三螺纹孔（13）。

8.基于权利要求1~7中任一项所述的一种钻头紧固夹持结构的紧固夹持方法，其特征在于，包括：

将所述壳体（1）固定于地面；

通过驱动组件转动管体（3），使管体（3）用于连接端盖（6）的一端朝上；

在PDC钻头上安装钻头装卸器、钻头提丝；

保持管体（3）稳定，将带有钻头装卸器和钻头提丝的钻头自上而下放入管体（3）中，使钻头下部穿过方孔（5），直至钻头装卸器坐在承台（4）上；

拆卸钻头提丝，安装端盖（6）、旋入母扣套（7），使端盖（6）与管体（3）相连、母扣套（7）与钻头丝扣相连；

通过驱动组件将管体（3）转动180°，带动钻头同步转动，由母扣套（7）、端盖（6）对倒置的钻头进行承载。

9.根据权利要求8所述的紧固夹持方法，其特征在于，所述安装端盖（6）、旋入母扣套（7）的方法包括：

将母扣套（7）旋至钻头顶部，使钻头丝扣进入母扣套（7）并螺纹连接；

将端盖（6）旋至管体（3）顶端，使端盖（6）与管体（3）通过螺纹连接；

将螺杆（12）旋入端盖（6）上的第一螺纹孔中，使螺杆（12）穿过第一螺纹孔向下运动，直至螺杆（12）旋入母扣套（7）上的螺纹盲孔（15）内，螺杆（12）与端盖（6）、母扣套（7）均螺纹连接。

10.根据权利要求8所述的紧固夹持方法，其特征在于，当钻头装卸器无法坐在承台（4）上时，在承台（4）上铺设能够使钻头装卸器坐住的垫板（17），并通过螺栓将垫板（17）固定在承台（4）上。

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