專利名稱：機械式鉆具蓄能保護工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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，具體的說是一種機械式鉆具蓄能保護工具，能夠?qū)@井過程中對鉆頭產(chǎn)生的過載扭矩儲存起來，起到保護鉆具、提高鉆井機械鉆速的作用，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”的方法實現(xiàn)硬地層或耐磨地層的鉆進，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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種機械式鉆具蓄能保護工具，能夠?qū)@井過程中鉆頭產(chǎn)生的過載扭矩能量儲存起來，起到保護鉆具、提高鉆井機械鉆速的作用；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。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是機械式鉆具蓄能保護工具，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。簡述本發(fā)明機械式鉆具蓄能保護工具的工作原理。參閱圖I。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眼器上面)之上。機械式鉆具蓄能保護工具的初始狀態(tài)時，壓縮彈簧6設(shè)計一定的預(yù)緊力為It ;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)鉆進時，由于鉆頭扭矩未到達外螺紋心軸5與內(nèi)螺紋外套2相對旋轉(zhuǎn)的扭矩邊界4kNm，機械式鉆具蓄能保護工具的外螺紋心軸5與內(nèi)螺紋外套2之間不旋轉(zhuǎn)。當(dāng)鉆頭遇到硬地層或耐磨地層的時候，鉆頭或者擴眼器會對鉆柱產(chǎn)生較大的反扭矩。一旦該反扭矩大于內(nèi)螺紋外套2和外螺紋心軸5之間的相對旋轉(zhuǎn)扭矩邊界4kNm，外螺紋心軸5與內(nèi)螺紋外套2之間相對旋轉(zhuǎn)，進一步壓縮壓縮彈簧6。此時，機械式鉆具蓄能保護工具總長度變短，一方面儲存過大的反扭矩能量，平衡鉆頭或者擴眼器上的扭矩；一方面降低了一部分鉆壓。能夠降低鉆頭或者擴眼器的粘滑效應(yīng)，提高鉆井效率及鉆井工具的使用壽命。當(dāng)機械式鉆具蓄能保護工具承受的反扭矩減少時，壓縮彈簧6會適當(dāng)?shù)纳扉L，鉆頭或擴眼器正常鉆進。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明機械式鉆具蓄能保護工具，能實現(xiàn)鉆頭或擴眼器鉆進時過載扭矩的平衡。能夠降低鉆頭或者擴眼器的粘滑效應(yīng)，提高鉆井效率及鉆井工具的使用壽命。該工具適用于常規(guī)鉆井、定向鉆井、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井及擴眼作業(yè)，還可應(yīng)用于連續(xù)管鉆修井作業(yè)。


圖I是本發(fā)明機械式鉆具蓄能保護工具結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖中，I上接頭，2-內(nèi)螺紋外套，3-上彈簧座，4-限位套，5-外螺紋心軸，6-壓縮彈簧，7-下彈簧座，8-限位臺肩，9-外螺紋，10-內(nèi)螺紋。
具體實施例方式實施例I :以一個6 3/4”機械式鉆具蓄能保護工具的8 1/2”垂直井眼鉆井為例，對本發(fā)明專利進行詳細說明。參閱圖I。本發(fā)明機械式鉆具蓄能保護工具，主要由上接頭1，內(nèi)螺紋外套2，外螺紋心軸5，限位套4，上彈簧座3，下彈簧座7和壓縮彈簧6組成。
上接頭I為圓柱體形，外徑160mm，上接頭I有直徑35mm的中心孔(鉆井液通道)，上接頭I是上端有6 3/4"API標(biāo)準(zhǔn)鉆具內(nèi)螺紋，上接頭I的下端有連接外螺紋。在上接頭I的下端螺紋連接一個內(nèi)螺紋外套2，所述的內(nèi)螺紋外套2為圓筒形，在內(nèi)螺紋外套2的上端有連接內(nèi)螺紋，在連接內(nèi)螺紋的下部有直徑為91mm的中心孔。在內(nèi)螺紋外套2的內(nèi)壁上有向內(nèi)凸起5mm的環(huán)形限位臺肩8，環(huán)形限位臺肩8在內(nèi)螺紋外套2下端內(nèi)壁上有內(nèi)螺紋10 ；所述的內(nèi)螺紋外套2的下端內(nèi)螺紋10是右旋矩形螺紋，內(nèi)螺紋10的螺旋角為30度；螺距是22_。在內(nèi)螺紋外套2內(nèi)螺紋10連接一個外螺紋心軸5，所述的外螺紋心軸5為圓筒狀，內(nèi)螺紋外套2的下端有6 3/4”API標(biāo)準(zhǔn)鉆具連接外螺紋；內(nèi)螺紋外套2的外壁上有外螺紋9 ;所述的內(nèi)螺紋外套2外壁上的外螺紋9是右旋矩形螺紋，外螺紋9的螺旋角為30度；螺距為22mm。內(nèi)螺紋外套2的上端穿過限位臺肩8中心孔。在內(nèi)螺紋外套2的頂部外壁上螺紋固定一個限位套4 ;限位套4為圓環(huán)形，限位套4的外徑90_。限位套4在內(nèi)螺紋外套2的限位臺肩8上部，限位臺肩8能起到阻擋限位套4向下滑動的作用。外螺紋心軸5中心孔內(nèi)有一個壓縮彈簧6，壓縮彈簧6的下端有環(huán)形下彈簧座7，下彈簧座7的下端面在外螺紋心軸5的內(nèi)臺肩上；在壓縮彈簧6的上端有環(huán)形上彈簧座3，上彈簧座3在內(nèi)螺紋外套2內(nèi)并且上彈簧座3的上端面與上接頭I的下端面接觸。所述的外螺紋心軸5外壁有環(huán)形臺肩，外螺紋心軸5的環(huán)形臺肩的上端面與內(nèi)螺紋外套2的下端面之間的距離為300mm。權(quán)利要求
1.一種機械式鉆具蓄能保護工具，主要由上接頭(I)、內(nèi)螺紋外套(2)、外螺紋心軸(5)、限位套(4)、上彈簧座(3)、下彈簧座(7)和壓縮彈簧(6)組成；上接頭(I)為圓柱體形有中心孔，上接頭(I)是上端有鉆具內(nèi)螺紋，上接頭(I)的下端有外螺紋，其特征在于在上接頭(I)的下端螺紋連接ー個內(nèi)螺紋外套(2)，所述的內(nèi)螺紋外套(2)為圓筒形，在內(nèi)螺紋外套(2)的上端有內(nèi)螺紋，在內(nèi)螺紋外套(2)的內(nèi)壁上有向內(nèi)凸起的環(huán)形限位臺肩(8)，在內(nèi)螺紋外套(2)下端內(nèi)壁上有內(nèi)螺紋(10);所述的內(nèi)螺紋外套(2)的下端內(nèi)螺紋(10)是右旋矩形螺紋，內(nèi)螺紋(10)的螺旋角在25 45度之間；螺距20 24mm之間；在內(nèi)螺紋外套(2)內(nèi)螺紋連接一個外螺紋心軸(5)，所述的外螺紋心軸(5)為圓筒狀，內(nèi)螺紋外套(2)的下端有鉆具外螺紋，內(nèi)螺紋外套(2)的外壁上有外螺紋(9);所述的內(nèi)螺紋外套(2)外壁上的外螺紋(9)是右旋矩形螺紋，外螺紋(9)的螺旋角在25 45度之間；螺距20 24mm之間；內(nèi)螺紋外套(2)的上端穿過限位臺肩(8)，在內(nèi)螺紋外套(2)的頂部外壁上螺紋固定ー個限位套⑷；限位套⑷為圓環(huán)形，限位套⑷在內(nèi)螺紋外套⑵的限位臺肩⑶上部；外螺紋心軸(5)中心孔內(nèi)有ー個壓縮彈簧￠)，壓縮彈簧￠)的下端有環(huán)形下彈簧座(7)，下彈簧座(7)的下端面在外螺紋心軸(5)的內(nèi)臺肩上；在壓縮彈簧￠)的上端有環(huán)形上彈簧座(3)，上彈簧座(3)在內(nèi)螺紋外套(2)內(nèi)并且上彈簧座(3)的上端面與上接頭(I)的下端面接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機械式鉆具蓄能保護工具，其特征是所述的外螺紋心軸(5)外壁有環(huán)形臺肩，外螺紋心軸(5)的環(huán)形臺肩的上端面與內(nèi)螺紋外套(2)的下端面之間的距離為200 400mm之間。
全文摘要
機械式鉆具蓄能保護工具，應(yīng)用于石油天然氣鉆井領(lǐng)域。在上接頭的下端螺紋連接一個內(nèi)螺紋外套，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；在內(nèi)螺紋外套內(nèi)螺紋連接一個外螺紋心軸，內(nèi)螺紋外套的外壁上有外螺紋；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。外螺紋心軸中心孔內(nèi)有一個壓縮彈簧，壓縮彈簧下端有下彈簧座，壓縮彈簧的上端有上彈簧座。效果是能實現(xiàn)鉆頭或擴眼器鉆進時過載扭矩的平衡。能夠降低鉆頭或者擴眼器的粘滑效應(yīng)，提高鉆井效率及鉆井工具的使用壽命。適用于常規(guī)鉆井、定向鉆井、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井及擴眼作業(yè)。
文檔編號E21B12/04GK102678059SQ20121015080
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者于永亮, 盧靜, 尹洪偉, 朱英杰, 李雪輝, 楊斯媛, 楊磊, 林雅玲, 王建利, 王雪, 田毅, 紀(jì)友哲, 耿莉, 賈濤, 郭慧娟, 韓飛, 馬汝濤 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院