[實用新型]一種氣體鉆井用高強度空氣錘鉆頭連接裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820063618.2
• 申請日: 2008-05-31
• 公開（公告）號: CN201202398Y
• 公開（公告）日: 2009-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 祝效華;凌玉梅;鄧福成;賈彥杰;童華
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B1/30
• 分類號: E21B1/30;E21B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種用于石油天然氣鉆井中的氣體鉆井用高強度空氣錘鉆頭連接裝置，特別適合于振動和沖擊較強易引起空氣錘連接螺紋失效的氣體鉆井施工中。

背景技術(shù)

氣體鉆井最初探索于上個世紀50年代，受配套技術(shù)與裝備的限制，該技術(shù)一度被擱置，直至上世紀90年代，氣體鉆井技術(shù)才真正開始起步和發(fā)展，盡管其發(fā)展時間短，但已成為發(fā)現(xiàn)與保護油氣層、大幅提高機械鉆速和治理惡性井漏等問題的最有效方法之一。同樣，由于發(fā)展時間短，也暴露了許多亟需解決的技術(shù)問題，如：鉆具失效、鉆頭掉落(空氣錘空氣鉆頭連接螺紋失效)等問題，其中鉆頭掉落問題不僅發(fā)生頻率高，而且處理難度大，嚴重限制了氣體鉆井技術(shù)優(yōu)勢發(fā)揮和推廣應(yīng)用。

空氣錘破巖速度快，其核心原因有兩點：其一是循環(huán)介質(zhì)壓持力低于井底巖石內(nèi)壓力，其二是空氣錘產(chǎn)生的高頻沖擊波促使微裂紋擴展。根據(jù)分析可知，空氣錘工作時產(chǎn)生的下行沖擊波將有部分反射到空氣錘和空氣鉆頭的連接螺紋上，同時鉆頭與巖石互作用產(chǎn)生的沖擊能量也將傳遞到空氣錘和空氣鉆頭的連接螺紋上，大量的主動沖擊能量能用于破碎巖石，部分反射的沖擊能量也對螺紋的產(chǎn)生破壞作用，這是空氣錘螺紋異常失效的主要原因。基于此，設(shè)計了一種用于石油天然氣鉆井中的氣體鉆井用高強度空氣錘鉆頭連接裝置，以延長連接螺紋的使用壽命，防止或減緩氣體鉆井中空氣鉆頭掉落事故。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是：為了防止和減緩由于沖擊或強振動引起氣體鉆井中空氣錘與空氣鉆頭連接螺紋失效，縮短鉆進時間，減少鉆進成本，特提出一種氣體鉆井用高強度空氣錘鉆頭連接裝置。

為了達到上述目的，本實用新型解決此問題所采用的技術(shù)方案是，一種氣體鉆井用高強度空氣錘鉆頭連接裝置，用于連接空氣錘和空氣鉆頭，是由上承壓緩沖組合片、卡環(huán)、卡盤鍵槽、卡盤、空氣錘外殼、下承壓緩沖組合片、鉆頭密封槽組成，其結(jié)構(gòu)特征是：卡盤5外圓加工有螺紋17，連接在空氣錘外殼6上；卡盤5內(nèi)邊與鉆頭2之間設(shè)置有卡盤鍵槽4，與鉆頭2的花鍵連接；卡盤5和鉆頭2之間設(shè)置有鉆頭密封槽8和密封圈18；鉆頭2上加工有環(huán)槽安放卡環(huán)3；上承壓緩沖組合片1中設(shè)置有上墊片11、高強度橡膠環(huán)12和下墊片13，分別與空氣錘外殼6、卡盤5相應(yīng)端面配合；下承壓緩沖組合片7中設(shè)置有上墊片14、高強度橡膠環(huán)15和下墊片16，分別與卡盤5、鉆頭2的相應(yīng)端面配合。鉆頭2下端布置有鉆齒10，內(nèi)部設(shè)置有鉆頭氣體通道9。上承壓緩沖組合片1與下承壓緩沖組合片7中的上墊片11、14和下墊片13、16均為環(huán)形合金鋼片，其厚度為1～3mm，高強度橡膠環(huán)12、15的厚度為2～5mm。

本實用新型的有益效果是：(1)可以防止內(nèi)環(huán)空氣進入螺紋和卡盤與鉆頭的配合間隙中，減小氣體漏失，密封效果好；(2)能有效降低作用在連接螺紋上的沖擊能量強度，從而起到保護連接螺紋的作用；(3)本裝置結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高，特別適用于振動和沖擊較強且易引起空氣錘連接螺紋試銷的氣體鉆井施工中。

附圖說明

圖1是本實用新型氣體鉆井用高強度空氣錘鉆頭連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型氣體鉆井用高強度空氣錘鉆頭連接裝置的上承壓緩沖組合片1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型氣體鉆井用高強度空氣錘鉆頭連接裝置的下承壓緩沖組合片7的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1上承壓緩沖組合片，2鉆頭，3卡環(huán)，4卡盤鍵槽，5卡盤，6空氣錘外殼，7下承壓緩沖組合片，8鉆頭密封槽，9鉆頭氣體通道，10鉆齒，11上墊片，12高強度橡膠環(huán)，13下墊片，14上墊片，15高強度橡膠環(huán)，16下墊片，17螺紋，18密封圈。

具體實施方式

按照圖1所示，鉆頭與巖石的互作用將對空氣鉆頭2和鉆頭2與空氣錘外殼6的連接螺紋17產(chǎn)生沖擊；同時空氣錘工作時產(chǎn)生的下行沖擊能量中有部分通過鉆頭反射到鉆頭與空氣錘連接螺紋上，這兩種沖擊載荷將集中作用在空氣錘連接螺紋上，盡管其總體強度不大，但可加速其疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴展，降低使用壽命。

卡盤5用于防止鉆頭落井；鉆頭和卡盤之間有卡盤鍵槽4，用于傳遞扭矩。

按照圖2所示，上承壓緩沖組合片1包括上墊片11、高強度橡膠環(huán)12以及下墊片13，它安裝在鉆頭2、卡盤5及空氣錘外殼6之間，墊片與高強度橡膠環(huán)之間緊密貼合。

上承壓緩沖組合片1主要起到密封作用，防止內(nèi)環(huán)空氣體進入螺紋17和卡盤5與鉆頭2的配合間隙中。

按照圖3做示，下承壓緩沖組合片7包括上墊片14、高強度橡膠環(huán)15以及下墊片16，它安裝在鉆頭2與卡盤5的下端面，墊片與高強度橡膠環(huán)之間也是緊密貼合。

在鉆頭2與卡盤5之間使用下承壓緩沖組合片7后，組合片7中的高強度橡膠環(huán)15可有效吸收和阻尼該上行沖擊能量，有效降低作用在連接螺紋上的沖擊能量強度，從而起到保護該連接螺紋的作用。組合中的橡膠環(huán)15強度很高，可保證傳遞鉆壓的需要，組合片中的上下墊片11和14可起到保護高強度橡膠環(huán)15的作用。密封槽8內(nèi)安有密封圈18，可防止外環(huán)氣體進入卡盤5和鉆頭2的間隙，保護下承壓緩沖組合片7。