孔底動力鑽具耐高溫防失速節的製作方法
2023-12-11 23:43:07 1
專利名稱：孔底動力鑽具耐高溫防失速節的製作方法
技術領域：
本發明涉及地質鑽探領域，特別涉及一種以調節鑽井扭矩為目的的孔下機械工具。
背景技術：
在現有技術中，鑽頭旋轉的驅動通常有地面驅動(轉盤或者頂驅)和孔下動力鑽具驅動兩種主要方式。當採用地面驅動形式時，鑽柱中往往累計大量的扭轉能量，形成扭簧積累勢能，在複雜的地層中，容易誘發振動和衝擊，損壞鑽柱連接扣、孔下測控儀器等；使用孔下動力鑽具，特別是渦輪鑽具驅動鑽頭鑽進破巖，當鑽進扭矩過大時，容易導致鑽頭停止旋轉，以致無法取得進尺；特別是在複雜地層中，這種現象經常發生，極大地影響了鑽進的效率和鑽進安全。一般採取控制鑽井參數的方式使其平穩，降低孔底旋轉振動的危害，並加大對孔下儀器的減振設計以降低其傷害，但這些方法無法從根本上有效控制和降低旋轉振動，難以取得良好的控制效果。
發明內容
針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在於提供一種全金屬的孔下扭矩實時調節工具，減少鑽進過程中鑽頭與孔底的卡-滑效應，預防鑽具累計過高扭矩能量，並將該能量用於切削破巖過程中降低鑽頭發生停止轉動而導致無法取得進尺的風險。尤其是在高溫井中配合渦輪鑽具使用這套工具，克服渦輪鑽具在大扭矩大鑽壓工況下的制動「失速」現象。本發明的技術方案是這樣實現的:`溫防失速節，包括外筒體、上傳動軸、下傳動軸、扭簧、卡瓦和預緊套，所述上傳動軸的下端插入到所述下傳動軸內並通過多頭螺紋連接，在所述上傳動軸和所述下傳動軸連接處預留空間，所述外筒體套在所述上傳動軸和所述下傳動軸外，所述扭簧固定套在所述上傳動軸上，所述扭簧下端與所述下傳動軸頂部固定連接，所述下傳動軸上部中空且為多個成環形均勻分布的抱爪，多個所述抱爪朝向軸心傾斜，在相鄰兩個抱爪之間的空隙間裝有卡瓦，所述卡瓦和所述抱爪外表面為錐面，所述卡瓦外側套有預緊套，所述預緊套與所述卡瓦之間通過螺紋咬合在一起。上述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，所述扭簧的個數對應所述抱爪的數量，多個所述扭簧螺旋套在一起，在所述抱爪上表面開有安裝孔，每個所述扭簧下端的連接柱對應插入到一個所述安裝孔內。上述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，還包括直線軸承和軸承座，所述下傳動軸穿過所述直線軸承，所述軸承座與所述外筒體下端固定連接，所述直線軸承被所述軸承座封裝在所述外筒體內。上述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，所述卡瓦內壁設有金屬墊襯。上述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，所述抱爪為3個，對應所述扭簧為三個，三個所述抱爪成環形均勻分布，三個所述扭簧螺旋套在一起，每個所述扭簧下端的連接柱插入相應所述抱爪上表面的安裝孔內。上述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，所述上傳動軸和下傳動軸均中空貫通。上述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，所述下傳動軸的下端具有石油標準公錐螺紋。上述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，所述上傳動軸的上端設有內六方插口。上述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，所述外筒體上端為標準石油錐螺紋。上述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，在所述上傳動軸和所述下傳動軸連接處的下方設置有臺肩。本發明的有益效果是:孔底動力鑽具耐高溫防失速節減少鑽進過程中鑽頭與孔底的卡-滑效應，預防鑽具累計過高扭矩能量，並將該能量用於降低切削破巖過程中鑽頭發生停止轉動而導致無法取得進尺的風險。尤其是在高溫井中配合渦輪鑽具的下部使用本發明，克服渦輪鑽具在大扭矩大鑽壓工況下的制動「失速」現象。
圖1為本發明孔底動力鑽具耐高溫防失速節的結構示意圖，圖2為本發明孔底動力鑽具耐高溫防失速節的上傳動軸的結構示意圖，圖3為本發明孔底動力鑽具耐高溫防失速節的下傳動軸的結構示意圖，圖4為本發明孔底動力鑽具耐高溫防失速節的外筒體的結構示意圖，圖5為本發明孔底動力鑽具耐高溫防失速節的卡瓦的結構示意圖，圖6為本發明孔底動力鑽具耐高溫防失速節的卡瓦、抱爪和預緊套配合結構示意圖，圖7為本發明孔底動力鑽具耐高溫防失速節的三個扭簧螺旋套在一起的結構示意圖，圖8為本發明孔底動力鑽具耐高溫防失速節的預緊套的結構示意圖。圖中:1_外筒體，2-上傳動軸，雜-下傳動軸，權-抱爪，5-卡瓦，6-預緊套，7-直線軸承，8-軸承座，9-臺肩，10-扭簧。
具體實施例方式結合附圖對本 發明做進一步的說明:如圖1所示，一種孔底動力鑽具耐高溫防失速節，包括外筒體1、上傳動軸2、下傳動軸3、扭簧10、卡瓦5和預緊套6，所述上傳動軸2的下端插入到所述下傳動軸3內並通過多頭螺紋連接，，在所述上傳動軸2和所述下傳動軸3連接處預留空間，所述外筒體I套在所述上傳動軸2和所述下傳動軸3外，所述扭簧10固定套在所述上傳動軸2上，所述扭簧10下端與所述下傳動軸3頂部固定連接，所述下傳動軸3上部中空且為3個成環形均勻分布的抱爪4，3個所述抱爪4朝向軸心傾斜，在相鄰兩個抱爪4之間的空隙間裝有卡瓦5，所述卡瓦5和所述抱爪4外表面為錐面，所述卡瓦5外側套有預緊套6，所述預緊套6與所述卡瓦5之間通過螺紋咬合在一起，卡瓦5用以脹緊傾斜設置的抱爪4，調節預緊力矩時，預緊套6壓緊卡瓦5，卡瓦5則脹緊抱爪4使抱爪4向內抱緊上傳動軸2。
如圖7所示，所述扭簧10的個數對應所述抱爪4的數量也為三個，3個所述扭簧10螺旋套在一起，在所述抱爪4上表面開有安裝孔，每個所述扭簧10下端的連接柱對應插入到一個所述安裝孔內，3個扭簧10螺旋套在一起使用可以增加扭矩，而且扭簧10個數和抱爪4的個數也可根據預緊力矩的大小設定。如圖1所示，還包括直線軸承7和軸承座8，所述下傳動軸3穿過所述直線軸承7，所述軸承座8與所述外筒體I下端固定連接，所述直線軸承7被所述軸承座8封裝在所述外筒體I內。如圖5所示，所述卡瓦5內壁設有金屬墊襯，金屬墊襯耐磨，避免需要經常更換零件的煩惱。如圖1、圖2和圖3所示，所述上傳動軸2和下傳動軸3均中空貫通，中空貫通的結構作為泥漿通道。如圖1和圖3所示，所述下傳動軸3的下端具有石油標準公錐螺紋連接鑽具。如圖1和圖2所示，所述上傳動軸2的上端設有內六方插口，內六方插口用以孔底動力鑽具的下端插入。如圖1和圖4所示，所述外筒體I上端為標準石油錐螺紋，錐螺紋用以與鑽柱或者孔底馬達的定子擰在一起，而且在外筒體I上還加工有安裝止口，便於擰卸。如圖1和圖3所示，在所述上傳動軸2和所述下傳動軸3連接處的下方設置有臺肩9，臺肩9可以防止上傳動軸2脫落。孔底動力鑽具耐高溫防失速節工作過程:鑽進工作時 ，孔底動力鑽具的下端與孔底動力鑽具耐高溫防失速節的上端連接，孔底動力鑽具耐高溫防失速節的下端與鑽頭連接。如圖6和圖8所示，通過調節預緊套6調節預緊力矩，當鑽進扭矩小於預緊力矩時，上傳動軸2、下傳動軸3、卡瓦5、扭簧10、預緊套6之間均無相對運動，外筒體I內部的結構完全作為一個整體隨孔底動力鑽具一起旋轉，並帶動鑽頭旋轉。當鑽進扭矩達到足以克服預緊力矩時，將導致卡瓦5和上傳動軸2之間出現滑動，下傳動軸3克服彈簧的扭力向上滑動，直線軸承7具有導向和扶正下傳動軸3的作用(在此實施例中選用耐磨抗高溫的金剛石扶正軸承)，下傳動軸3向上滑動會引起下方連接的鑽頭從孔底提升，鑽頭與孔底脫離接觸後，鑽頭就會逐漸從慢速，甚至制動狀態恢復到全轉速狀態；當作用於孔底動力鑽具耐高溫防失速節上的轉矩降低時，孔底動力鑽具耐高溫防失速節在扭簧10的反作用下將活膚到初始狀態，孔底動力鑽具耐高溫防失速節各機構回歸初始位置，鑽頭繼續鑽進。本發明孔底動力鑽具耐高溫防失速節的所有組成部件(上傳動軸2、下傳動軸3、軸承座8、預緊套6、外筒體I以及扭簧10等)均為金屬部件和耐高溫部件，可以在300°C以上的高溫環境中使用。上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明創造所作的舉例，而並非對本發明創造具體實施方式
的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所引伸出的任何顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造權利要求的保護範圍之中。
權利要求
1.一種孔底動力鑽具耐高溫防失速節，其特徵在於，包括外筒體、上傳動軸、下傳動軸、扭簧、卡瓦和預緊套，所述上傳動軸的下端插入到所述下傳動軸內並通過多頭螺紋連接，在所述上傳動軸和所述下傳動軸連接處預留空間，所述外筒體套在所述上傳動軸和所述下傳動軸外，所述扭簧固定套在所述上傳動軸上，所述扭簧下端與所述下傳動軸頂部固定連接，所述下傳動軸上部中空且為多個成環形均勻分布的抱爪，多個所述抱爪朝向軸心傾斜，在相鄰兩個抱爪之間的空隙間裝有卡瓦，所述卡瓦和所述抱爪外表面為錐面，所述卡瓦外側套有預緊套，所述預緊套與所述卡瓦之間通過螺紋咬合在一起。
2.根據權利要求I所述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，其特徵在於，所述扭簧的個數對應所述抱爪的數量，多個所述扭簧螺旋套在一起，在所述抱爪上表面開有安裝孔，每個所述扭簧下端的連接柱對應插入到一個所述安裝孔內。
3.根據權利要求I所述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，其特徵在於，還包括直線軸承和軸承座，所述下傳動軸穿過所述直線軸承，所述軸承座與所述外筒體下端固定連接，所述直線軸承被所述軸承座封裝在所述外筒體內。
4.根據權利要求I所述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，其特徵在於，所述卡瓦內壁設有金屬墊襯。
5.根據權利要求2所述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，其特徵在於，所述抱爪為三個，對應所述扭簧為三個，三個所述抱爪成環形均勻分布，三個所述扭簧螺旋套在一起，每個所述扭簧下端的連接柱插入相應所述抱爪上表面的安裝孔內。
6.根據權利要求1-5任一所述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，其特徵在於，所述上傳動軸和下傳動軸均中空貫通。
7.根據權利要求1-5任一所述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，其特徵在於，所述下傳動軸的下端具有石油標準公錐螺紋。
8.根據權利要求1-5任一所述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，其特徵在於，所述上傳動軸的上端設有內六方插口。
9.根據權利要求1-5任一所述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，其特徵在於，所述外筒體上端為標準石油錐螺紋。
10.根據權利要求6所述的孔底動力鑽具耐高溫防失速節，其特徵在於，在所述上傳動軸和所述下傳動軸連接處的下方設置有臺肩。
全文摘要
本發明公開孔底動力鑽具耐高溫防失速節，包括外筒體、上傳動軸、下傳動軸、扭簧、卡瓦和預緊套，上傳動軸的下端插入到下傳動軸內並通過多頭螺紋連接，在上傳動軸和下傳動軸連接處預留空間，外筒體套在上傳動軸和下傳動軸外，扭簧固定套在上傳動軸上，扭簧下端與下傳動軸頂部固定連接，下傳動軸上部中空且為多個成環形均勻分布的抱爪，多個抱爪朝向軸心傾斜，在相鄰兩個抱爪之間的空隙間裝有卡瓦，卡瓦和抱爪外表面為錐面，卡瓦外側套有預緊套，預緊套與卡瓦之間通過螺紋咬合在一起。本發明減少鑽進過程中的卡-滑效應，預防鑽具累計過高扭矩能量，降低鑽頭停止轉動的風險。配合渦輪鑽具使用，克服渦輪鑽具在大扭矩大鑽壓工況下的制動失速現象。
文檔編號E21B19/10GK103256013SQ20131016709
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月8日 優先權日2013年5月8日
發明者王瑜, 劉寶林, 周琴, 張蔚 申請人:中國地質大學(北京)