CN207348793U - 一种钻头自动加压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种钻头自动加压装置，适用于定向井钻井工艺，可以向钻头自动施加钻压。本装置包括活塞，活塞安装在内筒与外筒之间、与外筒螺纹连接，外筒设有泄流孔，外筒上端通过定位销与上接头连接、下部是花键套与下接头螺纹连接；内筒设有进液孔，内筒上端与上接头螺纹连接、下部的传动轴与外筒的花键套连接，内筒下端顶靠在节流阀上面，节流阀与下接头连接。本实用新型设计合理，工作性能可靠，不但能向钻头自动施加钻压，工作时的活塞推进机构还能对钻头产生的纵向振动起到缓冲作用，降低对上部钻具的疲劳破坏，具有很好的使用效果和应用价值。

Description

一种钻头自动加压装置

技术领域

本实用新型涉及石油工业钻井工程钻头的辅助工具，特别是一种钻头自动加压装置，适用于定向井钻井工艺，可以向钻头自动施加钻压。

背景技术

在定向井钻进过程中，由于钻具与弯曲井筒之间存在摩阻，导致上部钻具的钻压不能有效传递到钻头，这种现象称为托压。发生托压后，只有部分钻压施加到钻头上，导致机械钻速低，若强行加大钻压，会增加钻具的弯曲变形，严重时钻柱会发生自锁，影响正常钻进。如果在滑动钻进中发生托压，钻具长时间静止，岩屑易沉积在井筒底部形成岩屑床，可能导致沉砂卡钻，影响井下安全。发生托压后，如果继续加大钻压至摩阻突然释放，钻头受到的钻压和扭矩会突然增大，从而引起工具面变动，甚至导致钻头和螺杆钻具受损，严重影响钻井效率。

申请日为2016年1月7日，公开日为2016年6月1日，专利号为201610006405.5，公开了一种水力脉冲式加压送钻工具，该工具包括圆锥筒、卡瓦、活塞缸、筒体、弹簧、传动壳体、传动轴、静阀座、静阀环、动阀环、推力轴承、动阀座和螺旋转子等，静阀环与静阀座、动阀环与动阀座分别通过过盈配合连接，静阀环与动阀环上分别设置有偏心通孔，动阀座通过螺纹与螺旋转子连接。钻进过程中，钻井液冲击螺旋转子产生旋转，带动动阀环转动，使动阀环与静阀环的偏心通孔错开，在动阀环以上的空间产生暂时高压，通过传压孔传递至活塞缸推动传动壳体下行，同时卡瓦撑出锚定在井壁上，从而对下部连接的钻具施加钻压。该工具存在以下问题：①静阀环与动阀环相对转动时，偏心通孔交替错开，使钻井液循环出现间隙性停顿，不利于对井底岩屑的连续携带；②工具结构复杂，静阀环与动阀环的偏心通孔对齐时为最大的钻井液过流通道，产生的节流压差大，严重影响钻进排量，影响钻头水功率；该工具为单级液缸，产生的推力较小，向钻头施加的钻压较小。

申请日为2015年9月10日，公开日为2015年12月30日，专利号为201510574450.6，公开了一种液力式连续加压送钻工具，主要包括配流筒、节流柱、旋转体、传动轴等，节流柱轴向上设置四条换向凹槽轨道，其中两条对称轨道在轴向上是通槽轨道，另外两条轨道是封闭凹槽轨道，但在其上端向右设置一条周向凹槽轨道连通旁边的轴向通槽轨道，在其下端向左设置一条周向凹槽轨道连通旁边的轴向通槽轨道。配流筒内腔设有两个凸起位于节流柱的两个对称的通槽轨道里，钻井液经过配流筒凸起上部的节流柱上部通槽轨道，由与之连通的上部周向轨道流过封闭凹槽轨道，再由配流筒凸起下部的周向轨道流过配流筒凸起下部的通槽轨道流向旋转体与外筒形成的内腔，由下部开孔流经传动轴内孔传向下部钻具，这一复杂通道形成较大的节流压差，能够推动节流柱上端的端盖下行产生一定的推力，达到向钻头施加钻压的目的。该工具存在以下问题：①工具结构复杂，依靠工具本身产生较大的节流压差来推动活塞向下施加钻压，钻井液过流通道较小，严重影响钻进排量，影响钻头水功率；②该工具为单级活塞结构，产生的推力较小；③通过外筒与传动轴之间设置的锁柱传递来自上部转盘的扭矩，存在抗扭强度低的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种钻头自动加压装置，能够将钻进循环中的钻井液在底部钻具组合产生的节流压差转化为推动钻头钻进的推力，并能向底部钻具组合传递扭矩，解决井眼摩阻造成的托压问题，提高钻井效率。

本实用新型的技术解决方案是：一种钻头自动加压装置包括活塞，活塞安装在内筒与外筒之间、与外筒螺纹连接，外筒设有泄流孔，外筒上端通过定位销与上接头连接、下部是花键套与下接头螺纹连接；内筒设有进液孔，内筒上端与上接头螺纹连接、下部的传动轴与外筒的花键套连接，内筒下端顶靠在节流阀上面，节流阀与下接头连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：①工具设有多组并联的活塞推进机构，能够将正常钻进循环中的钻井液在底部钻具组合产生的节流压差转化为推动钻头钻进的推力，多组并联活塞推进机构能使推力倍增；②工具底部设计有可调换的节流阀，通过更换小孔径的节流阀可增大工具本身产生的节流压差，能向钻头施加更大的钻压；也能更换大孔径的节流阀，增大钻井液过流通道，减小对钻井排量的影响；③本装置设有信号孔，活塞走完最大工作行程后会释放压力信号，可通过地面泵压变化情况掌握本装置的工作状态，及时下放钻柱送钻，提高钻井效率；④本装置通过花键套与传动轴的键槽连接传递扭矩，抗扭强度大，可靠性高。本实用新型设计合理，工作性能可靠，不但能向钻头自动施加钻压，工作时的活塞推进机构还能对钻头产生的纵向振动起到缓冲作用，降低对上部钻具的疲劳破坏，具有很好的使用效果和应用价值。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中A—A处断面图。

具体实施方式

以下结合附图详述本实用新型，并非限制本实用新型的保护范围，凡使用本实用新型的设计思路得出的改进均属于本实用新型的保护范畴。

参见图1，一种钻头自动加压装置包括活塞8，活塞8安装在内筒与外筒之间、与外筒螺纹连接，外筒设有泄流孔9，外筒上端通过定位销2与上接头1连接、下部是花键套13与下接头15螺纹连接；内筒设有进液孔7，内筒上端与上接头1螺纹连接、下部的传动轴12与外筒的花键套13连接，内筒下端顶靠在节流阀14上面，节流阀14与下接头15连接。

所述活塞8是设有内圆台阶的筒状体、外圆设有螺纹，在外圆和内圆的密封面上均设有密封件6，活塞8至少设有两个，即本装置至少设有两组活塞推进机构。

所述外筒包括保护套3、活塞套11和花键套13，保护套3的上端通过定位销2与上接头1固定，保护套3的下部和活塞套11的上部与内筒上部的活塞8螺纹连接，活塞套11的下部和花键套13的上部与内筒下部的活塞8螺纹连接，外筒连接后成为一个整体运动部件；外筒连接后、其泄流孔9分别位于活塞8的下方，保护套3上部内圆设有台阶、该台阶的内圆表面设有密封件6。

所述内筒包括连接套4、支撑套10和传动轴12，连接套4的上部与上接头1螺纹连接并依次与支撑套10和传动轴12螺纹连接，传动轴12的下端面顶靠在节流阀14上面，节流阀14通过螺纹安装在上接头15的上部内圆中；活塞8分别安装在连接套4和支撑套10的下部，内筒连接后、其进液孔7分别位于活塞8的上部，内筒连接后成为一个整体运动部件。本装置的内筒和外筒都是独立的整体运动部件，各连接需要密封处均设有密封件6，

所述连接套4和支撑套10均是非等径外圆、其下部外圆均设有进液孔7、其下部外圆结构均能够与活塞8配合；连接套4的上部外圆台阶与保护套3的上部内圆台阶相配合，在连接套4上部外圆台阶的上方还设有信号孔5，当保护套3下行与连接套4对接后，该信号孔5处于保护套3上部内圆台阶的上方。

所述本装置中部由支撑套10、活塞8和活塞套11构成一组活塞推进机构，该活塞推进机构能够根据底部钻具组合钻压的需要安装一组或者安装多组，构成并联推进机构。多组活塞推进机构产生的推力可以叠加，以较小的节流压差产生足够的推力来向底部钻具组合施加钻压。

所述节流阀14的中心孔是瓶颈孔，中部孔径小、上部孔径大于下部孔径，改变瓶颈孔的大小、能够得到不同的节流压差。通过安装和更换不同尺寸的节流阀14能够为钻具提供不同的节流压差。

所述传动轴12的下部外圆与花键套13的中部内圆通过键槽连接，传动轴12能够在花键套13中滑动。

所述传动轴12在花键套13中的滑动行程大于活塞8的工作行程。

本装置装配时，保护套3的内圆台阶顶在上接头1的外圆台阶上并通过定位销2固定，以防止工具下井过程中各部件产生相对运动。上接头1的上部与钻杆连接，下接头15下部与底部钻具组合连接。正常钻进时，循环的钻井液会在底部钻具组合产生一个节流压差，使本工具的内部钻井液压力大于工具外部环空的钻井液压力，当节流压差产生的推力大于定位销2的剪切力时，定位销2被剪断。在工具的连接套4和支撑套10的下部均设有进液孔7，活塞8设有内圆台阶、既能够与连接套4下部的外圆台阶配合，也能够与支撑套10下部的外圆台阶配合。活塞8在外圆上部和内圆下部均设有密封件6，在活塞8的上端面和其内圆台阶上端面形成一个活塞面。在活塞套11的上部和花键套13的上部均设有泄流孔9，泄流孔9位于活塞8的下端面下方，使活塞8下方的压力与本工具外部环空的钻井液压力保持一致。由于节流压差的存在，由进液孔7传递的来自工具内部的钻井液压力大于由泄流孔9传递的环空钻井液压力，在活塞8的上、下活塞面上产生一个压力差，推动活塞8下行，活塞8通过螺纹带动整个外筒下行，由外筒下部的下接头15推动底部钻具组合下行，向钻头施加钻压。在这一过程中，活塞8下方的钻井液受到压缩由泄流孔9泄流到外部环空中，为活塞8让出下行空间。在下接头15的上部内圆中通过螺纹安装有节流阀14，节流阀14有多种内径规格，如果底部钻具组合产生的节流压差产生的推力不够，可以更换小通径的节流阀14，以产生较大的节流压差。由支撑套10、活塞8和活塞套11组成的活塞推进机构可以设置多组，多组活塞推进机构产生的推力可以叠加，以较小的节流压差产生足够的推力来向底部钻具组合施加钻压。在连接套4的中部设有若干个信号孔5，保护套3上部内圆设有台阶、该台阶的内圆表面设有密封件6，当活塞8走完整个行程之前，保护套3的内圆台阶上的密封件6始终处于信号孔5上方，保持本工具内部的压力不变；当活塞8走完整个行程后，保护套3的内圆台阶到达信号孔5下方，工具内部的钻井液可以通过信号孔5泄流到环空，产生一个压力突降，能够通过地面钻井泵压的压力降掌握工具的工作状态，及时下放钻具送钻。

参见图2，传动轴12下部外圆设有6条或多条花键，与其配合的花键套13的下部内圆设有对应条数的凹槽，传动轴12的花键可以在花键套13的凹槽中自由滑动，可自由滑动的距离不小于活塞8的工作行程。经由上接头1、连接套4和支撑套10传递的上部钻具扭矩通过传动轴12的花键传递至花键套13，再由与之螺纹连接的下接头15传递至底部钻具组合，带动钻头旋转钻进。

Claims (9)

1.一种钻头自动加压装置，包括活塞，其特征是，活塞安装在内筒与外筒之间、与外筒螺纹连接，外筒设有泄流孔，外筒上端通过定位销与上接头连接、下部是花键套与下接头螺纹连接；内筒设有进液孔，内筒上端与上接头螺纹连接、下部的传动轴与外筒的花键套连接，内筒下端顶靠在节流阀上面，节流阀与下接头连接。

2.如权利要求1所述的一种钻头自动加压装置，其特征是，所述活塞是设有内圆台阶的筒状体、外圆设有螺纹，在外圆和内圆的密封面上均设有密封件，活塞至少设有两个。

3.如权利要求2所述的一种钻头自动加压装置，其特征是，所述外筒包括保护套、活塞套和花键套，保护套的上端通过定位销与上接头固定，保护套的下部和活塞套的上部与内筒上部的活塞螺纹连接，活塞套的下部和花键套的上部与内筒下部的活塞螺纹连接；外筒连接后、其泄流孔分别位于活塞的下方，保护套上部内圆设有台阶、该台阶的内圆表面设有密封件。

4.如权利要求1或3所述的一种钻头自动加压装置，其特征是，所述内筒包括连接套、支撑套和传动轴，连接套的上部与上接头螺纹连接并依次与支撑套和传动轴螺纹连接，传动轴的下端面顶靠在节流阀上面，节流阀通过螺纹安装在上接头的上部内圆中；活塞分别安装在连接套和支撑套的下部，内筒连接后、其进液孔分别位于活塞的上部。

5.如权利要求4所述的一种钻头自动加压装置，其特征是，所述连接套和支撑套均是非等径外圆、其下部外圆均设有进液孔、其下部外圆结构均能够与活塞配合；连接套的上部外圆台阶与保护套的上部内圆台阶相配合，在连接套上部外圆台阶的上方还设有信号孔，当保护套下行与连接套对接后，该信号孔处于保护套上部内圆台阶的上方。

6.如权利要求5所述的一种钻头自动加压装置，其特征是，所述本装置中部由支撑套、活塞和活塞套构成一组活塞推进机构，该活塞推进机构能够根据底部钻具组合钻压的需要安装一组或者安装多组，构成并联推进机构。

7.如权利要求4所述的一种钻头自动加压装置，其特征是，所述节流阀的中心孔是瓶颈孔，中部孔径小、上部孔径大于下部孔径，改变瓶颈孔的大小、能够得到不同的节流压差。

8.如权利要求4所述的一种钻头自动加压装置，其特征是，所述传动轴的下部外圆与花键套的中部内圆通过键槽连接，传动轴能够在花键套中滑动。

9.如权利要求1或8所述的一种钻头自动加压装置，其特征是，所述传动轴在花键套中的滑动行程大于活塞的工作行程。