[實(shí)用新型]機(jī)械式鉆具蓄能保護(hù)工具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220217307.3
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN202596585U
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李雪輝;韓飛;紀(jì)友哲;馬汝濤;賈濤;朱英杰;楊磊;郭慧娟;尹洪偉;于永亮;王建利;田毅;耿莉;王雪;楊斯媛;盧靜;林雅玲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院
• 主分類號: E21B12/04
• 分類號: E21B12/04
• 代理公司: 北京市中實(shí)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11013
• 代理人: 李玉明

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及石油天然氣鉆井領(lǐng)域，特別涉及一種連接在鉆頭上部的專用工具，具體的說是一種機(jī)械式鉆具蓄能保護(hù)工具，能夠?qū)@井過程中對鉆頭產(chǎn)生的過載扭矩儲存起來，起到保護(hù)鉆具、提高鉆井機(jī)械鉆速的作用，該工具適用于常規(guī)鉆井、定向鉆井、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井及擴(kuò)眼作業(yè)，還可應(yīng)用于連續(xù)管鉆修井作業(yè)。

背景技術(shù)

在鉆井過程中，PDC鉆頭（或擴(kuò)眼器）鉆硬地層或耐磨地層的時候，鉆頭會瞬間停止轉(zhuǎn)動，直至有足夠的扭矩能剪切開巖塊后，才能繼續(xù)轉(zhuǎn)動。由于扭矩能量寄存鉆柱中，鉆柱會產(chǎn)生扭曲。一旦所需扭矩產(chǎn)生足夠多，鉆頭將會以高于普通鉆頭的轉(zhuǎn)速輕松破巖。這種猛烈變化動作就稱之為“粘-滑”現(xiàn)象（stick-slip），這種現(xiàn)象最終會破壞鉆頭上嵌入金剛石的完整性，導(dǎo)致鉆頭切刀受損、鉆頭失效。同時鉆柱聚集大量的扭矩能量后，也容易損壞一些精細(xì)的工具，如旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、MWD等，還會造成鉆柱的粘扣。

目前，國內(nèi)油田常用“輕吊慢打”的方法實(shí)現(xiàn)硬地層或耐磨地層的鉆進(jìn)，這種方法雖減少了鉆頭的損壞，但是降低了鉆井速度。

中國專利公開號為：CN1034242A，提供了一種“插入式彈卡鉆桿接頭”。由下接頭、上接頭、筒狀彈簧卡套和鎖環(huán)組成；上接頭的連接螺紋公扣插到下接頭的連接螺紋母扣中，在重力作用下自動旋緊，再用筒狀彈簧卡套將它們自鎖并用鎖環(huán)限位。上接頭和下接頭各有一端與鉆桿相連，它們的另一端即連接螺紋公扣和連接螺紋母扣自動旋緊，借筒狀彈簧卡套將兩個接頭鎖緊，并用鎖環(huán)限位，從而把兩根鉆桿連接起來。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是：提供一種機(jī)械式鉆具蓄能保護(hù)工具，能夠?qū)@井過程中鉆頭產(chǎn)生的過載扭矩能量儲存起來，起到保護(hù)鉆具、提高鉆井機(jī)械鉆速的作用；克服因“粘-滑”現(xiàn)象導(dǎo)致鉆頭切刀受損、導(dǎo)致鉆頭失效的不足。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：機(jī)械式鉆具蓄能保護(hù)工具，主要由上接頭、內(nèi)螺紋外套、外螺紋心軸、限位套、上彈簧座、下彈簧座和壓縮彈簧組成。上接頭為圓柱體形有中心孔，上接頭是上端有鉆具內(nèi)螺紋，上接頭的下端有外螺紋，其特征在于：在上接頭的下端螺紋連接一個內(nèi)螺紋外套，所述的內(nèi)螺紋外套為圓筒形，在內(nèi)螺紋外套的上端有內(nèi)螺紋，在內(nèi)螺紋外套的內(nèi)壁上有向內(nèi)凸起的環(huán)形限位臺肩，在內(nèi)螺紋外套下端內(nèi)壁上有內(nèi)螺紋；所述的內(nèi)螺紋外套的下端內(nèi)螺紋是右旋矩形螺紋，內(nèi)螺紋的螺旋角在25～45度之間；螺距在20～24mm之間；在內(nèi)螺紋外套內(nèi)螺紋連接一個外螺紋心軸，所述的外螺紋心軸為圓筒狀，內(nèi)螺紋外套的下端有鉆具外螺紋，內(nèi)螺紋外套的外壁上有外螺紋；所述的內(nèi)螺紋外套外壁上的外螺紋是右旋矩形螺紋，外螺紋的螺旋角在25～45度之間；螺距在20～24mmmm之間；內(nèi)螺紋外套的上端穿過限位臺肩，在內(nèi)螺紋外套的頂部外壁上螺紋固定一個限位套；限位套為圓環(huán)形，限位套在內(nèi)螺紋外套的限位臺肩上部，限位臺肩能起到阻擋限位套向下滑動的作用。外螺紋心軸中心孔內(nèi)有一個壓縮彈簧，壓縮彈簧的下端有環(huán)形下彈簧座，下彈簧座的下端面在外螺紋心軸的內(nèi)臺肩上；在壓縮彈簧的上端有環(huán)形上彈簧座，上彈簧座在內(nèi)螺紋外套內(nèi)并且上彈簧座的上端面與上接頭的下端面接觸。

為了限制內(nèi)螺紋外套向下移動的距離（彈簧的壓縮距離），所述的外螺紋心軸外壁有環(huán)形臺肩，外螺紋心軸的環(huán)形臺肩的上端面與內(nèi)螺紋外套的下端面之間的距離為200～400mm之間。

簡述本實(shí)用新型機(jī)械式鉆具蓄能保護(hù)工具的工作原理。參閱圖1。該工具連接到鉆柱下端并位于MWD或者旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具（如果沒有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具可直接連接到鉆頭或者擴(kuò)眼器上面）之上。

機(jī)械式鉆具蓄能保護(hù)工具的初始狀態(tài)時，壓縮彈簧6設(shè)計(jì)一定的預(yù)緊力為1t；壓縮彈簧6的預(yù)緊力推動外螺紋心軸5，內(nèi)螺紋外套2內(nèi)部加工有限位臺肩8，限位臺肩8和限位套4限定外螺紋心軸5向外伸出的長度。外螺紋心軸5內(nèi)部的外螺紋9與內(nèi)螺紋外套2內(nèi)部的內(nèi)螺紋10配合。此時，壓縮彈簧6的預(yù)緊力將外螺紋心軸5與內(nèi)螺紋外套2相對旋轉(zhuǎn)設(shè)定一個扭矩邊界:4kNm，該扭矩邊界略大于正常鉆井扭矩。

常規(guī)鉆進(jìn)時，由于鉆頭扭矩未到達(dá)外螺紋心軸5與內(nèi)螺紋外套2相對旋轉(zhuǎn)的扭矩邊界4kNm，機(jī)械式鉆具蓄能保護(hù)工具的外螺紋心軸5與內(nèi)螺紋外套2之間不旋轉(zhuǎn)。