CN203248101U - 一种防失速的钻井工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种防失速的钻井工具，属于石油天然气钻井装备领域。它主要由上接头、壳体、压缩弹簧、传动螺纹、下接头构成，所述上接头和壳体通过螺纹连接，并采用O型密封圈密封，上接头底端外圆柱面上沿径向装有三颗限位螺钉；所述下接头和壳体采用间隙配合，下接头中部加工有一台阶面，并和上接头外圆柱面形成动密封；下接头下端外圆柱面上加工有一圆锥面，下接头旋转时，能将泥浆沿锥面向上排除；下接头和上接头之间装有具有适宜刚度的轴向压缩弹簧，并在传动螺纹的约束下进行相对运动。本实用新型能解决憋钻、卡钻现象和钻头旋转失速，提高钻井效率；能够稳定钻头转速，从而减少钻头冲击磨损和振动，提高钻头使用寿命。

Description

一种防失速的钻井工具

技术领域

本实用新型涉及一种防失速的钻井工具，属于石油天然气钻井装备领域。

背景技术

随着科技的不断进步和各行业对石油的需求日益增加，浅井开发已接近尾声，各大油田相继进入开发后期，深井、超深井、水平井以及大位移井成为油气田开采的主要方式。随着钻探深度的增加，钻柱长度也随之加长，但其等效扭转刚度相应减小，钻井时钻柱很容易产生粘滑振动。粘滑振动发生时，某一瞬时钻头可能静止不动，产生失速现象，经过一段时间的扭矩积累，钻头又以数倍于平均转速的速度旋转，钻柱处在或停或转的状态，扭矩波动很大，这容易造成钻柱的扭转振动。扭转振动不仅会导致钻柱的早期疲劳破坏，而且还严重影响着钻井效率和井下安全。而针对钻井过程中出现的憋钻、卡钻现象，现在普遍采用的方式是起钻释放扭矩，但该方式极大地降低了钻井效率。所以开发一种可以减少扭转振动、稳定钻井转速、自动根据反扭矩进行提钻，释放钻头的防失速钻井工具具有很大的实际使用意义。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种防失速的钻井工具，以提高钻井效率，延长钻杆、钻头使用寿命。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型一种防失速的钻井工具，主要由上接头、壳体、压缩弹簧、传动螺纹、下接头构成。所述上接头与壳体通过螺纹连接，并采用O型密封圈密封，上接头底端外圆柱面上沿径向均布有三颗限位螺钉，以防止下接头掉落井底；所述下接头与壳体采用径向间隙配合，以便下接头与壳体之间进行相对运动；下接头中部加工有一台阶面，台阶面与上接头外圆柱面形成动密封；下接头下端外圆柱面上加工有一圆锥面，下接头旋转时，带动圆锥面上的泥浆作离心运动，并沿锥面向上排出泥浆，从而防止因泥浆进入到下接头与壳体之间的缝隙中而造成的下接头卡死。下接头与上接头之间装有具有适宜刚度的轴向压缩弹簧，下接头与上接头在传动螺纹的约束下进行相对运动。所述传动螺纹为梯形螺纹，具有较大螺旋升角，且不具备自锁功能。

正常钻井时，上下接头没有相对运动，即传动螺纹起到将上接头的钻井扭矩传递给下接头的作用，完成正常钻进。当钻井进入粘滑区时，上下接头发生相对转动，并沿轴向不断接近，将下接头和钻头逐渐提离井底，起到减少井底对钻头反扭矩的作用。离开粘滑区以后，上下接头进行反向的相对转动，并沿轴向逐渐远离，将下接头和钻头重新送回井底，开始进行正常钻进。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：1.根据扭矩在钻柱上的累积情况，自动、灵活的调节钻头的提起高度；2.能解决憋钻、卡钻现象和钻头旋转失速，减少起钻次数，提高钻井效率；3.减少由于扭转振动导致的钻柱早起疲劳破坏，提高钻柱使用寿命；4.稳定钻井转速，减少了钻头冲击磨损和振动，提高钻头使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型一种防失速的钻井工具在正常钻进情况下的工作结构示意图；

图2是本实用新型在钻井进入粘滑区时工作结构示意图；

图3是图1的A-A截面图。

图中：1.上接头，2.O型密封圈，3.壳体，4.压缩弹簧，5.传动螺纹，6.径向间隙，7.台阶面，8.动密封，9.限位螺钉，10.圆锥面，11.下接头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式作进一步说明：

如图1、图2、图3所示，本实用新型一种防失速的钻井工具，主要由上接头1、壳体3、压缩弹簧4、传动螺纹5、下接头11构成，所述上接头1与壳体3通过螺纹连接，并采用O型密封圈2密封；上接头1底端外圆柱面上沿径向均布有三颗限位螺钉9，以防止下接头11掉落井底。所述下接头11与壳体3之间有径向间隙6，以便下接头11与壳体3之间进行相对运动；下接头11中部加工有一台阶面7，台阶面7与上接头1外圆柱面形成动密封8；下接头11下端外圆柱面上加工有一圆锥面10，下接头11旋转时，带动圆锥面10上的泥浆作离心运动，并沿锥面向上排出泥浆，从而防止因泥浆进入到下接头11与壳体3之间的缝隙中而造成的下接头11卡死；下接头11与上接头1之间装有具有适宜刚度的轴向压缩弹簧4，下接头11与上接头1在传动螺纹5的约束下进行相对运动；所述传动螺纹5为梯形螺纹，具有较大螺旋升角，且不具备自锁功能。

正常钻井时，井底对旋转的钻头产生有一反扭矩，并传递给下接头11，该反扭矩通过上接头1和下接头11之间的传动螺纹5转化为一轴向力，该轴向力使压缩弹簧4有一定的初始压缩量。压缩弹簧4对下接头11的轴向力一方面会在下接头11的传动螺纹处5产生一摩擦扭矩，另一方面通过不具自锁功能的传动螺纹5转化为下接头的扭矩，后面成为驱动扭矩，该扭矩大小等于钻头所受井底的反扭矩和摩擦扭矩之和，此时，上下接头没有相对运动，即传动螺纹5起到将上接头1的钻井扭矩传递给下接头11的作用，完成正常钻进。

钻井进入粘滑区的时候，钻头所受井底反扭矩增大，当该反扭矩增大到超过摩擦扭矩和驱动扭矩之和时，钻头和下接头11旋转速度减慢，但上接头1在钻柱带动下按原速度继续旋转，即：下接头11相对上接头1发生转动，通过传递螺纹5的作用，下接头11与上接头1沿轴向不断接近，而上接头1与钻柱固连，轴向不发生运动，因此下接头11与上接头1的相对转动就将下接头11与钻头逐渐提离井底，起到了减小井底对钻头反扭矩的作用。在下接头11沿轴向靠近上接头1时，压缩弹簧4被进一步压缩，压缩弹簧4对下接头11的轴向力因压缩量的增大而增加，驱动扭矩逐渐增大，该扭矩增加到与钻头所受井底反扭矩和摩擦扭矩之和等大的时候，上下接头停止相对运动。离开粘滑区以后，钻头所受井底反扭矩减少，当驱动扭矩大于井底反扭矩和摩擦扭矩之和时，钻头和下接头11旋转速度加快，但上接头1在钻柱带动下按原速度继续旋转，即：下接头11相对上接头1发生转动，通过传递螺纹5的作用，下接头11与上接头1沿轴向逐渐远离，而上接头1与钻柱固连，轴向不发生运动，因此下接头11与上接头1的相对转动就将下接头11和钻头重新送回井底，钻头反扭矩开始增大。而在下接头11远离上接头1的过程中，压缩弹簧4的能量逐渐释放，轴向力因压缩量的减少而减少，驱动扭矩随之减少，当该扭矩大小等于钻头所受井底的反扭矩和摩擦扭矩之和时，上下接头停止相对运动，开始进行正常钻进。

Claims (2)

1.一种防失速的钻井工具，主要由上接头（1）、壳体（3）、压缩弹簧（4）、传动螺纹（5）、下接头（11）构成，其特征在于：所述上接头（1）与壳体（3）通过螺纹连接，并采用O型密封圈（2）密封；上接头（1）底端外圆柱面上沿径向均布有三颗限位螺钉（9），以防止下接头（11）掉落井底；所述下接头（11）与壳体（3）采用间隙配合，以便下接头（11）与壳体（3）之间进行相对运动；下接头（11）中部加工有一台阶面（7），台阶面（7）与上接头（1）外圆柱面形成动密封（8）；下接头（11）下端外圆柱面上加工有一圆锥面（10），下接头（11）旋转时，带动圆锥面（10）上的泥浆作离心运动，并沿锥面向上排出泥浆，从而防止因泥浆进入到下接头（11）与壳体（3）之间的缝隙中而造成的下接头（13）卡死；下接头（11）与上接头（1）之间装有具有适宜刚度的轴向压缩弹簧（4），下接头（11）与上接头（1）在传动螺纹（5）的约束下进行相对运动。

2.根据权利要求1所述的一种防失速的钻井工具，其特征在于：所述传动螺纹（5）为梯形螺纹，具有较大螺旋升角，且不具备自锁功能。

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