專利名稱：機械式鉆具蓄能保護工具的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油天然氣鉆井領域，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，能夠將鉆井過程中對鉆頭產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、旋轉導向鉆井及擴眼作業(yè)，還可應用于連續(xù)管鉆修井作業(yè)。
背景技術：
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，鉆頭會瞬間停止轉動，直至有足夠的扭矩能剪切開巖塊后，才能繼續(xù)轉動。由于扭矩能量寄存鉆柱中，鉆柱會產生扭曲。一旦所需扭矩產生足夠多，鉆頭將會以高于普通鉆頭的轉速輕松破巖。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，如旋轉導向工具、MWD等，還會造成鉆柱的粘扣。目前，國內油田常用“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。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種機械式鉆具蓄能保護工具，能夠將鉆井過程中鉆頭產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)象導致鉆頭切刀受損、導致鉆頭失效的不足。本實用新型采用的技術方案是機械式鉆具蓄能保護工具，主要由上接頭、內螺紋外套、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螺紋外套，所述的內螺紋外套為圓筒形，在內螺紋外套的上端有內螺紋，在內螺紋外套的內壁上有向內凸起的環(huán)形限位臺肩，在內螺紋外套下端內壁上有內螺紋；所述的內螺紋外套的下端內螺紋是右旋矩形螺紋，內螺紋的螺旋角在25 45度之間；螺距在20 24mm之間；在內螺紋外套內螺紋連接一個外螺紋心軸，所述的外螺紋心軸為圓筒狀，內螺紋外套的下端有鉆具外螺紋，內螺紋外套的外壁上有外螺紋；所述的內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；內螺紋外套的上端穿過限位臺肩，在內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，上彈簧座在內螺紋外套內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螺紋外套的下端面之間的距離為200 400mm之間。簡述本實用新型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或者旋轉導向工具(如果沒有旋轉導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設計一定的預緊力為It ;壓 縮彈簧6的預緊力推動外螺紋心軸5，內螺紋外套2內部加工有限位臺肩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內部的外螺紋9與內螺紋外套2內部的內螺紋10配合。此時，壓縮彈簧6的預緊力將外螺紋心軸5與內螺紋外套2相對旋轉設定一個扭矩邊界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與內螺紋外套2相對旋轉的扭矩邊界4kNm，機械式鉆具蓄能保護工具的外螺紋心軸5與內螺紋外套2之間不旋轉。當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生較大的反扭矩。一旦該反扭矩大于內螺紋外套2和外螺紋心軸5之間的相對旋轉扭矩邊界4kNm，外螺紋心軸5與內螺紋外套2之間相對旋轉，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，提高鉆井效率及鉆井工具的使用壽命。當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?shù)纳扉L，鉆頭或擴眼器正常鉆進。本實用新型的有益效果本實用新型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，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、旋轉導向鉆井及擴眼作業(yè)，還可應用于連續(xù)管鉆修井作業(yè)。

圖I是本實用新型機械式鉆具蓄能保護工具結構剖面示意圖。圖中，I-上接頭，2-內螺紋外套，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-內螺紋。
具體實施方式
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，對本實用新型專利進行詳細說明。參閱圖I。本實用新型機械式鉆具蓄能保護工具，主要由上接頭1，內螺紋外套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。[0018]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標準鉆具內螺紋，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螺紋外套2，所述的內螺紋外套2為圓筒形，在內螺紋外套2的上端有連接內螺紋，在連接內螺紋的下部有直徑為91mm的中心孔。在內螺紋外套2的內壁上有向內凸起5mm的環(huán)形限位臺肩8，環(huán)形限位臺肩8在內螺紋外套2下端內壁上有內螺紋10 ；所述的內螺紋外套2的下端內螺紋10是右旋矩形螺紋，內螺紋10的螺旋角為30度；螺距是22_。在內螺紋外套2內螺紋10連接一個外螺紋心軸5，所述的外螺紋心軸5為圓筒狀，內螺紋外套2的下端有6 3/4”API標準鉆具連接外螺紋；內螺紋外套2的外壁上有外螺紋9 ;所述的內螺紋外套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。內螺紋外套2的上端穿過限位臺肩8中心孔。在內螺紋外套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在內螺紋外套2內并且上彈簧座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螺紋外套2的下端面之間的距離為300mm。
權利要求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)的下端螺紋連接一個內螺紋外套(2)，所述的內螺紋外套(2)為圓筒形，在內螺紋外套(2)的上端有內螺紋，在內螺紋外套(2)的內壁上有向內凸起的環(huán)形限位臺肩(8)，在內螺紋外套(2)下端內壁上有內螺紋(10);所述的內螺紋外套(2)的下端內螺紋(10)是右旋矩形螺紋，內螺紋(10)的螺旋角在25 45度之間；螺距20 24mm之間；在內螺紋外套(2)內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，內螺紋外套(2)的下端有鉆具外螺紋，內螺紋外套(2)的外壁上有外螺紋(9);所述的內螺紋外套(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；內螺紋外套(2)的上端穿過限位臺肩(8)，在內螺紋外套(2)的頂部外壁上螺紋固定一個限位套⑷；限位套⑷為圓環(huán)形，限位套⑷在內螺紋外套⑵的限位臺肩⑶上部；外螺紋心軸(5)中心孔內有一個壓縮彈簧￠)，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)在內螺紋外套(2)內并且上彈簧座(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螺紋外套(2)的下端面之間的距離為200 400mm之間。
專利摘要機械式鉆具蓄能保護工具，應用于石油天然氣鉆井領域。在上接頭的下端螺紋連接一個內螺紋外套，內螺紋外套的內壁上有向內凸起的環(huán)形限位臺肩，在內螺紋外套下端內壁上有內螺紋；在內螺紋外套內螺紋連接一個外螺紋心軸，內螺紋外套的外壁上有外螺紋；內螺紋外套的上端穿過限位臺肩，在內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，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、旋轉導向鉆井及擴眼作業(yè)。
文檔編號E21B12/04GK202596585SQ20122021730
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權日2012年5月15日
發(fā)明者李雪輝, 韓飛, 紀友哲, 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 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術研究院