[發明專利]用于鉆柱的沖擊工具

有效

• 申請號: 201380080428.5
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN105705720B
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: A·P·克哈帕德;R·L·波伊亞拉;K·K·梅塔
• 申請（專利權）人: 哈利伯頓能源服務公司
• 主分類號: E21B4/06
• 分類號: E21B4/06;E21B19/18;E21B23/00
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷;聶慧荃

用于鉆柱的沖擊工具包括外部管狀殼體，所述外部管狀殼體具有設置在所述殼體的內表面上的凹形多螺旋花鍵凹槽；以及內部管狀心軸，所述內部管狀心軸的外圓周表面的一部分具有配合的凸形多螺旋花鍵。所述內部管狀心軸利用接納在所述殼體的所述凹形花鍵凹槽中的所述凸形花鍵伸縮地和旋轉地接納在所述外部管狀殼體中。

技術領域

本說明書大體涉及用于吸收鉆柱中的軸向沖擊載荷和扭轉沖擊載荷的工具和方法。

背景技術

關于從地球回收烴類，一般使用各種不同的方法和設備鉆出井筒。根據一種常見方法，使牙輪鉆頭或固定切削齒鉆頭針對地下巖層旋轉以形成井筒。使鉆頭在井筒中通過附接到鉆頭的鉆柱的旋轉和/或通過由地下鉆井馬達施加到鉆頭的旋轉力旋轉，該地下鉆井馬達通過鉆井流體向下流動穿過鉆柱以及穿過鉆井馬達來提供動力。

井下振動和沖擊(統稱為“沖擊載荷”和/或本文中可互換地稱為“沖擊載荷”)是由旋轉鉆頭與各種類型的堅硬巖石和/或“粘性”地球巖層之間在井筒底部處或附近的相互作用而引起的。鉆頭處的沖擊載荷進而被傳輸到底部鉆具組件的其它部件，以及傳輸到支撐的鉆柱。施加在鉆柱上的沖擊載荷可以通過加速疲勞過程來縮短鉆柱互連構件的使用壽命。另外，多余的沖擊載荷可能會引起自發的井下設備故障、磨損和機械鉆速減小。

軸向沖擊載荷往往引起被稱為“鉆頭跳動”的情況，其中鉆頭暫時升起并且失去與井筒底部的接觸。已知的是，鉆頭跳動對鉆頭切削齒和支撐軸承造成嚴重損害。扭轉沖擊載荷通常由被稱為“滑動粘附”的現象引起。當鉆頭由于在井筒中與地球巖層摩擦而停轉(例如，拖動或完全停止旋轉)時，發生滑動粘附。通常，當鉆頭停轉時，所附接的鉆柱繼續轉動，這可能會對鉆柱和/或底部鉆具組件的其它部件造成損害。即使通過鉆柱施加的操作轉矩最終成功地使得鉆頭脫離巖層(即，克服了鉆頭上的導致停轉的摩擦轉矩)，鉆頭的突然釋放可能會導致鉆頭比鉆柱旋轉得更快。滑動粘附可能會在鉆井組件的操作中和井筒的形成中引起問題。在某些情況下，嚴重的滑動粘附可能會導致鉆柱發生強烈的橫向振動，這也是有損害性的。

井下沖擊載荷是井下設備的各種部件失效的主要因素。井下沖擊載荷也可能對井筒本身造成損害(例如，當橫向振動導致鉆柱接觸井筒壁時)。因此，減少井下沖擊載荷對于避免非生產時間和防止設備損害很關鍵。

附圖說明

圖1是用于鉆出井筒的示例鉆機的圖。

圖2A是示例沖擊工具組件的半截面側視圖。

圖2B是沖擊工具組件的半截面透視圖。

圖3A是圖2A和2B的沖擊工具組件的沖擊工具殼體的透視圖。

圖3B是沖擊工具殼體的半截面透視圖。

圖3C是沖擊工具殼體的頂視圖。

圖3D是沿圖3C中所標記的截面A-A獲得的沖擊工具殼體的半截面側視圖。

圖4A是圖2A和2B的沖擊工具組件的側視圖。

圖4B是沖擊工具心軸的透視圖。

許多特征被放大以更好地示出特征、過程步驟和結果。在各圖中，相同的參考標號和符號表示相同的元件。

具體實施方式

圖1是用于鉆出井筒12的示例鉆機10的圖。鉆機10包括鉆柱14，該鉆柱由井架16支撐，井架16通常定位在地球表面18上。鉆柱14從井架16延伸進入井筒12。鉆柱14的下端部分包括至少一個鉆環20，并且在至少一些實施方式中，包括以地下鉆井流體為動力的馬達22和鉆頭24。鉆頭24可為固定切削齒鉆頭、牙輪鉆頭或任何其它類型的適于鉆出井筒的鉆頭。鉆井流體供應系統26使鉆井流體(通常稱為“鉆井泥漿”)向下循環穿過鉆柱14的孔以通過鉆頭24或在鉆頭24附近排放，從而協助進行鉆井操作。鉆井流體隨后通過形成于井筒12與鉆柱14之間的環隙28流回表面18。