一種鑽頭、鑽柱減振工具的製作方法

2023-06-20 04:05:26

專利名稱：一種鑽頭、鑽柱減振工具的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於石油天然氣鑽井及地質勘探鑽井的鑽頭、鑽柱減振工 具，屬於鑽井工具。
背景技術：
鑽柱的振動現象是在直井鑽井中經常遇到的複雜情況。特別是勘探領域越來越寬 廣，所鑽地層的巖性硬度等狀況越來越複雜的情況下，鑽柱的振動問題也越來越難以解決。 鑽柱的振動不僅影響到鑽井的施工效率，在頻繁劇烈地發生時還會造成鑽柱的斷裂破壞等 事故，從而加大了施工成本，造成經濟損失。鑽柱的振動中，縱向振動(簡稱縱振)通常是 人們研究鑽柱受力與疲勞破壞的重要因素。鑽柱的縱向振動常常使鑽壓不能均勻地加在鑽 頭上，鑽頭因鑽壓的劇烈振蕩跳動而跳離井底，產生衝擊載荷可能使鑽頭軸承和牙齒過早 的破壞，對PDC鑽頭而言，鑽頭動載荷效應對切削齒壽命的影響更加明顯。另外，當鑽柱振 動比較嚴重時，往往引起鑽機和井架的強烈振動，對地面設備也有一定的破壞作用。在鑽井 過程中，鑽柱的受力狀況和工作環境異常惡劣，是一個極其複雜的動力學系統，在這種情況 下，我們要減輕鑽柱的振動尤其是直井中的縱向振動，保證鑽頭的安全、提高鑽柱系統的工 作壽命就變得非常重要。在實際鑽井過程中，使用液力加壓器可以在一定程度上減緩動載荷。但是，液力加 壓器壓耗比較高，在深井鑽井時其應用有較大的局限。另一方面，液力加壓器對PDC鑽頭 鑽進的適用性差，其原因是PDC鑽頭水孔多，流道面積大，液力加壓器缺乏足夠的鑽頭壓力 降。因此就需要尋找其他的途徑來解決深井鑽井和PDC鑽頭鑽井過程中的鑽頭緩衝、增效 問題。目前，減輕鑽頭、鑽柱的縱振是鑽具研究的重要課題。
發明內容本實用新型的目的是為了有效地減輕鑽頭縱振對鑽頭、鑽柱的損傷，解決深井鑽 井和PDC鑽頭鑽井過程中的鑽頭緩衝、增效問題，特提供一種鑽頭、鑽柱減振工具。為了達到上述目的，本實用新型解決此技術問題的技術方案是一種鑽頭、鑽柱減 振工具，是由連接塊、花鍵、彈簧組成，其結構特徵是該減振工具上部為鑽鋌連接塊，下部 為鑽頭連接塊，在鑽鋌連接塊和鑽頭連接塊的內部設置有花鍵，花鍵能傳遞扭矩使鑽鋌連 接塊和鑽頭連接塊的轉動保持一致；鑽鋌連接塊與鑽頭連接塊之間對稱安裝有彈簧，鑽鋌 連接塊與鑽鋌之間是螺紋連接。彈簧的上端和下端分別固定在鑽鋌連接塊和鑽頭連接塊 上，鑽鋌連接塊與鑽鋌之間是螺紋連接，鑽頭連接塊與鑽頭之間是螺紋連接，花鍵下端的直 徑大於花鍵的直徑，用來在起下鑽時承載鑽頭和鑽頭連接塊的重量。在鑽井過程中，鑽鋌、連接裝置、鑽頭在井底轉動，彈簧處於自然狀態。當遇到井底 不平、鑽頭發生縱振時，鑽頭將要向上跳動，固定在鑽鋌連接塊上的彈簧受力壓縮，彈簧受 壓縮後趨向於恢復彈簧自然長度，於是彈簧對鑽頭連接塊產生向下的推力，鑽頭連接塊與 鑽頭是螺紋連接，向下的推力緩解了鑽頭的縱振，減輕了縱振對鑽頭、鑽柱的損傷，增加了鑽柱的壽命，提高了鑽頭工作穩定性和綜合性能。本發明與現有技術比較具有以下有益效果(1)本減振工具上彈簧對鑽頭的機械 緩衝作用減輕了縱振對鑽頭、鑽柱的損傷，增加了鑽頭和鑽柱的壽命；(2)彈簧的機械緩衝 作用減少了鑽頭動載荷，提高了鑽頭工作穩定性，鑽頭切削齒的工作壽命，從而提高了鑽頭 綜合性能和工作效率，節約了鑽井成本。

圖1為本實用新型一種鑽頭、鑽柱減振工具的結構示意圖。圖2是本減振工具圖1的A-A剖視圖。圖中1、鑽鋌連接塊2、鑽頭連接塊3、花鍵4、彈簧5、鑽井液通道。
具體實施方式
以下結合附圖和實施方式對本實用新型作進一步說明。根據圖1、圖2所示，一種鑽頭、鑽柱減振工具，包括鑽鋌連接塊1、鑽頭連接塊2、花 鍵3，在鑽鋌連接塊1和鑽頭連接塊2之間設置有彈簧4，彈簧4的上端和下端分別固定在 鑽鋌連接塊1和鑽頭連接塊2上，鑽鋌連接塊1和鑽頭連接塊2內部是花鍵3。本方案的特 點是連接裝置分為鑽鋌連接塊1、鑽頭連接塊2上下兩部分，鑽鋌連接塊1和鑽頭連接塊2 之間設置有彈簧4，彈簧能阻礙鑽頭和鑽頭連接塊2向上跳動。鑽井過程中，鑽鋌連接塊1、 鑽頭連接塊2隨鑽頭在井底轉動，當遇到井底不平，鑽頭有向上跳動的趨勢或發生縱振時， 彈簧4受力壓縮，對鑽頭連接塊2和鑽頭產生向下的推力，緩解了鑽頭的縱振，減輕了縱振 對鑽頭、鑽柱的損傷。花鍵下端的直徑大於花鍵的直徑，能在起下鑽時承載鑽頭和鑽頭連接 塊2的重量。花鍵3內開有鑽井液通道5，鑽井液能通過鑽井液通道進入井底。本實用新型實際投入生產時不需改變鑽鋌的原有結構，具有較大的工程應用價 值。
權利要求一種鑽頭、鑽柱減振工具，由連接塊、花鍵、彈簧組成，其特徵在於該減振工具上部為鑽鋌連接塊(1)，下部為鑽頭連接塊(2)；在鑽鋌連接塊(1)和鑽頭連接塊(2)內部設置有花鍵(3)；在鑽鋌連接塊(1)與鑽頭連接塊(2)之間安裝有彈簧(4)。
2.根據權利要求書1所述的減振工具，其特徵是花鍵(3)內開有鑽井液通道(5)，花 鍵(3)的下端直徑大於花鍵的直徑。
3.根據權利要求書1所述的減振工具，其特徵是彈簧(4)的上端和下端分別固定在 鑽鋌連接塊(1)和鑽頭連接塊(2)上。
專利摘要本實用新型涉及一種用於石油天然氣鑽井及地質勘探鑽井的鑽頭、鑽柱減振工具。它能有效地減輕鑽頭縱振對鑽頭、鑽柱的損傷，解決深井鑽井和PDC鑽頭鑽井過程中鑽頭緩衝、增效問題。其技術方案是該減振工具上部為鑽鋌連接塊，下部為鑽頭連接塊；在鑽鋌連接塊和鑽頭連接塊內部設置有花鍵；在鑽鋌連接塊和鑽頭連接塊之間安裝有彈簧。花鍵內開有鑽井液通道。彈簧上端和下端分別固定在鑽鋌連接塊和鑽頭連接塊上。本減振工具上彈簧對鑽頭的機械緩衝作用減輕了鑽頭的縱振和動載荷，增加了鑽頭和鑽柱的壽命，同時提高了鑽頭綜合性能和工作效率，用於石油天然氣鑽井及地質勘探鑽井工程中。
文檔編號E21B17/10GK201661248SQ20102014720
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者馮超, 楊立源, 楊迎新, 董波, 邱奕龍 申請人:西南石油大學