[發(fā)明專利]一種PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910162431.7
• 申請(qǐng)日: 2009-08-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101988368A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文飛;周延軍;陳明;王光磊;竇玉玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院
• 主分類號(hào): E21B10/46
• 分類號(hào): E21B10/46;E21B17/07
• 代理公司: 北京市中實(shí)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11013
• 代理人: 羅文遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器，主要涉及石油天然氣鉆井、地質(zhì)勘探、礦山鉆探等行業(yè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在石油天然氣鉆井、地質(zhì)勘探、礦山鉆探的過(guò)程中，由于PDC(聚晶金剛石復(fù)合片)鉆頭機(jī)械鉆速快、破巖效率高的特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。但是在使用PDC鉆頭鉆一些難鉆地層時(shí)，PDC鉆頭經(jīng)常得不到足夠大的扭矩來(lái)破碎地層，導(dǎo)致鉆頭短時(shí)間內(nèi)停止旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)鉆柱在井口轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)下仍然繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并開(kāi)始卷繞，沿鉆柱長(zhǎng)度儲(chǔ)存扭轉(zhuǎn)能量。當(dāng)破碎地層所需要的扭矩值一旦達(dá)到，鉆柱上儲(chǔ)存的扭轉(zhuǎn)能量瞬間釋放，驅(qū)動(dòng)PDC鉆頭快速旋轉(zhuǎn)，其結(jié)果必然使得對(duì)PDC鉆頭切削齒的沖擊載荷要遠(yuǎn)大于正常值，引起切削齒破損，導(dǎo)致鉆頭損壞，而且下部鉆柱快速旋轉(zhuǎn)，相對(duì)于上部鉆柱具有更高的轉(zhuǎn)速，極易引發(fā)鉆柱螺紋倒扣，導(dǎo)致下部鉆柱脫扣掉井，造成鉆井事故的發(fā)生，以上過(guò)程反復(fù)出現(xiàn)即發(fā)生所謂的PDC鉆頭粘滑振動(dòng)現(xiàn)象。在鉆探過(guò)程中，粘滑振動(dòng)頻率越高，對(duì)PDC鉆頭的沖擊破壞越大，不僅減小PDC鉆頭的正常使用壽命、影響鉆探速度的提高，而且增加鉆探施工成本，造成安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

為有效減弱粘滑振動(dòng)對(duì)PDC鉆頭的破壞性沖擊、延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命、提高鉆探效率、減少能量損失，本發(fā)明的目的是為石油天然氣鉆井、地質(zhì)勘探、礦山鉆探的現(xiàn)場(chǎng)提供一種PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器由上心軸、套筒、扭矩彈簧、下心軸、密封圈、螺旋副、軸承、限位環(huán)組成。密封圈安裝在上心軸和套筒對(duì)應(yīng)的卡槽內(nèi)，扭矩彈簧安裝在上心軸的中部，套筒與下心軸之間是螺旋副連接，軸承安裝在下心軸的下部，限位環(huán)安裝在軸承的下面。扭矩彈簧安裝在上心軸與下心軸之間，下心軸與限位環(huán)之間安裝軸承，上心軸與下心軸之間安裝密封圈，套筒與下心軸之間安裝密封圈。

當(dāng)PDC鉆頭在井底未發(fā)生粘滑振動(dòng)時(shí)，井口沿鉆柱傳遞的扭矩傳遞到PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器的上心軸，再通過(guò)其內(nèi)部安裝的扭矩彈簧傳遞到下心軸，然后通過(guò)下心軸驅(qū)動(dòng)與其連接的PDC鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)常規(guī)工況條件下的旋轉(zhuǎn)破巖操作；當(dāng)PDC鉆頭在井底發(fā)生粘滑振動(dòng)時(shí)，因破碎地層所需扭矩大于井口驅(qū)動(dòng)扭矩導(dǎo)致PDC鉆頭停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但鉆柱在井口驅(qū)動(dòng)扭矩的作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并將扭矩通過(guò)PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器的上心軸傳遞至其內(nèi)部安裝的扭矩彈簧上，由于驅(qū)動(dòng)扭矩不能滿足PDC鉆頭破碎地層所需扭矩，就使得扭矩彈簧相對(duì)于連接PDC鉆頭的下心軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，即產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。因?yàn)镻DC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器外部套筒能夠隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)，且套筒與下心軸之間為螺旋副連接，鉆柱驅(qū)動(dòng)PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器外部套筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)螺旋副將下心軸提升一定高度，由于下心軸直接與PDC鉆頭連接，因此PDC鉆頭也隨之一同上升，同時(shí)下心軸壓縮扭矩彈簧。PDC鉆頭脫離井底后，破碎地層所需扭矩迅速減小，被壓縮的扭矩彈簧恢復(fù)并推動(dòng)下心軸下行使PDC鉆頭重新接觸井底，同時(shí)將鉆柱傳遞的驅(qū)動(dòng)扭矩通過(guò)下心軸再次傳到鉆頭上，進(jìn)行破碎地層鉆進(jìn)。

隨著粘滑振動(dòng)的不斷發(fā)生，以上過(guò)程不斷重復(fù)，從而減弱了粘滑振動(dòng)對(duì)PDC鉆頭的沖擊，達(dá)到穩(wěn)定井口驅(qū)動(dòng)扭矩、減小能量損失、提高鉆井效率的目的。

同時(shí)，PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、便于安裝、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是依據(jù)本發(fā)明所提出的一種PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1-上心軸、2-套筒、3-扭矩彈簧、4-下心軸、5-密封圈、6-螺旋副、7-軸承、8-限位環(huán)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。

如圖1，密封圈5安裝在上心軸1和套筒2對(duì)應(yīng)的卡槽內(nèi)，連接套筒2與上心軸1，扭矩彈簧3安裝在上心軸1上，通過(guò)螺旋副6將下心軸4旋進(jìn)套筒2，與扭矩彈簧3接觸后繼續(xù)旋進(jìn)，直至使扭矩彈簧壓縮，再裝入軸承7，最后用限位環(huán)8鎖緊。將PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器連接在鉆具組合和PDC鉆頭之間，如果PDC鉆頭因破碎地層所需扭矩大于井口驅(qū)動(dòng)扭矩停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而鉆柱繼續(xù)將驅(qū)動(dòng)扭矩通過(guò)上心軸傳遞至扭矩彈簧上，由于驅(qū)動(dòng)扭矩不能滿足PDC鉆頭破碎地層所需扭矩，導(dǎo)致扭矩彈簧相對(duì)下心軸空轉(zhuǎn)。因?yàn)樘淄材軌螂S鉆柱一起旋轉(zhuǎn)，且套筒與下心軸之間為螺旋副連接，因此通過(guò)螺旋副將下心軸提升一定高度，在壓縮扭矩彈簧的同時(shí)也使得PDC鉆頭脫離井底。PDC鉆頭脫離井底后，破碎地層所需扭矩迅速減小，被壓縮的扭矩彈簧恢復(fù)并推動(dòng)下心軸下行使PDC鉆頭重新接觸井底，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)扭矩通過(guò)下心軸再次傳到PDC鉆頭上，進(jìn)行破碎地層鉆進(jìn)。隨著粘滑振動(dòng)的不斷發(fā)生，以上過(guò)程不斷重復(fù)，從而減弱了粘滑振動(dòng)對(duì)PDC鉆頭的沖擊，達(dá)到穩(wěn)定井口驅(qū)動(dòng)扭矩、減小能量損失、提高鉆井效率的目的。同時(shí)，PDC鉆頭粘滑振動(dòng)減震器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、便于安裝、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。