专利名称：一种pdc钻头粘滑振动减震器的制作方法
技术领域：
本发明属于一种PDC钻头粘滑振动减震器，主要涉及石油天然气钻井、地质勘探、 矿山钻探等行业领域。
背景技术：
在石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探的过程中，由于PDC(聚晶金刚石复合片) 钻头机械钻速快、破岩效率高的特点，得到了广泛的应用。但是在使用PDC钻头钻一些难 钻地层时，PDC钻头经常得不到足够大的扭矩来破碎地层，导致钻头短时间内停止旋转，与 此同时钻柱在井口转盘的驱动下仍然继续旋转并开始卷绕，沿钻柱长度储存扭转能量。当 破碎地层所需要的扭矩值一旦达到，钻柱上储存的扭转能量瞬间释放，驱动PDC钻头快速 旋转，其结果必然使得对PDC钻头切削齿的冲击载荷要远大于正常值，引起切削齿破损，导 致钻头损坏，而且下部钻柱快速旋转，相对于上部钻柱具有更高的转速，极易引发钻柱螺纹 倒扣，导致下部钻柱脱扣掉井，造成钻井事故的发生，以上过程反复出现即发生所谓的PDC 钻头粘滑振动现象。在钻探过程中，粘滑振动频率越高，对PDC钻头的冲击破坏越大，不仅 减小PDC钻头的正常使用寿命、影响钻探速度的提高，而且增加钻探施工成本，造成安全隐
患。
发明内容
为有效减弱粘滑振动对PDC钻头的破坏性冲击、延长钻头的使用寿命、提高钻探 效率、减少能量损失，本发明的目的是为石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探的现场提供 一种PDC钻头粘滑振动减震器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种PDC钻头粘滑振动减震器由上 心轴、套筒、扭矩弹簧、下心轴、密封圈、螺旋副、轴承、限位环组成。密封圈安装在上心轴和 套筒对应的卡槽内，扭矩弹簧安装在上心轴的中部，套筒与下心轴之间是螺旋副连接，轴承 安装在下心轴的下部，限位环安装在轴承的下面。扭矩弹簧安装在上心轴与下心轴之间，下 心轴与限位环之间安装轴承，上心轴与下心轴之间安装密封圈，套筒与下心轴之间安装密 封圈。当PDC钻头在井底未发生粘滑振动时，井口沿钻柱传递的扭矩传递到PDC钻头粘 滑振动减震器的上心轴，再通过其内部安装的扭矩弹簧传递到下心轴，然后通过下心轴驱 动与其连接的PDC钻头转动，实现常规工况条件下的旋转破岩操作；当PDC钻头在井底发生 粘滑振动时，因破碎地层所需扭矩大于井口驱动扭矩导致PDC钻头停止转动，但钻柱在井 口驱动扭矩的作用下继续旋转并将扭矩通过PDC钻头粘滑振动减震器的上心轴传递至其 内部安装的扭矩弹簧上，由于驱动扭矩不能满足PDC钻头破碎地层所需扭矩，就使得扭矩 弹簧相对于连接PDC钻头的下心轴发生转动，即产生打滑现象。因为PDC钻头粘滑振动减 震器外部套筒能够随钻柱一起旋转，且套筒与下心轴之间为螺旋副连接，钻柱驱动PDC钻 头粘滑振动减震器外部套筒旋转时，通过螺旋副将下心轴提升一定高度，由于下心轴直接与PDC钻头连接，因此PDC钻头也随之一同上升，同时下心轴压缩扭矩弹簧。PDC钻头脱离 井底后，破碎地层所需扭矩迅速减小，被压缩的扭矩弹簧恢复并推动下心轴下行使PDC钻 头重新接触井底，同时将钻柱传递的驱动扭矩通过下心轴再次传到钻头上，进行破碎地层 钻进。随着粘滑振动的不断发生，以上过程不断重复，从而减弱了粘滑振动对PDC钻头 的冲击，达到稳定井口驱动扭矩、减小能量损失、提高钻井效率的目的。同时，PDC钻头粘滑振动减震器还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的 优点。
图1是依据本发明所提出的一种PDC钻头粘滑振动减震器的结构示意图。图中1-上心轴、2-套筒、3-扭矩弹簧、4-下心轴、5-密封圈、6_螺旋副、7-轴承、 8-限位环
具体实施例方式下面结合附图来详细描述本发明。如图1，密封圈5安装在上心轴1和套筒2对应的卡槽内，连接套筒2与上心轴1， 扭矩弹簧3安装在上心轴1上，通过螺旋副6将下心轴4旋进套筒2，与扭矩弹簧3接触后 继续旋进，直至使扭矩弹簧压缩，再装入轴承7，最后用限位环8锁紧。将PDC钻头粘滑振动 减震器连接在钻具组合和PDC钻头之间，如果PDC钻头因破碎地层所需扭矩大于井口驱动 扭矩停止转动，而钻柱继续将驱动扭矩通过上心轴传递至扭矩弹簧上，由于驱动扭矩不能 满足PDC钻头破碎地层所需扭矩，导致扭矩弹簧相对下心轴空转。因为套筒能够随钻柱一 起旋转，且套筒与下心轴之间为螺旋副连接，因此通过螺旋副将下心轴提升一定高度，在压 缩扭矩弹簧的同时也使得PDC钻头脱离井底。PDC钻头脱离井底后，破碎地层所需扭矩迅速 减小，被压缩的扭矩弹簧恢复并推动下心轴下行使PDC钻头重新接触井底，同时将驱动扭 矩通过下心轴再次传到PDC钻头上，进行破碎地层钻进。随着粘滑振动的不断发生，以上过 程不断重复，从而减弱了粘滑振动对PDC钻头的冲击，达到稳定井口驱动扭矩、减小能量损 失、提高钻井效率的目的。同时，PDC钻头粘滑振动减震器还具有结构简单、操作方便、便于 安装、安全可靠的优点。
权利要求
一种PDC钻头粘滑振动减震器由上心轴、套筒、扭矩弹簧、下心轴、密封圈、螺旋副、轴承、限位环组成，其特征是，密封圈(5)安装在上心轴(1)和套筒(2)对应的卡槽内，扭矩弹簧(3)安装在上心轴(1)的中部，套筒(2)与下心轴(4)之间是螺旋副(6)连接，轴承(7)安装在下心轴(4)的下部，限位环(8)安装在轴承(7)的下面。
2.根据权利要求1所述的一种PDC钻头粘滑振动减震器，其特征是，扭矩弹簧(3)安装 在上心轴⑴与下心轴⑷之间。
3.根据权利要求1所述的一种PDC钻头粘滑振动减震器，其特征是，下心轴⑷与限位 环⑶之间安装轴承⑵。
4.根据权利要求1所述的一种PDC钻头粘滑振动减震器，其特征是，上心轴⑴与下心 轴⑷之间安装密封圈(5)。
5.根据权利要求1所述的一种PDC钻头粘滑振动减震器，其特征是，套筒⑵与下心轴 ⑷之间安装密封圈(5)。
全文摘要
一种PDC钻头粘滑振动减震器，主要涉及石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探等行业领域，安装在PDC钻头与钻具组合之间。当PDC钻头在井底未发生粘滑振动时，PDC钻头粘滑振动减震器能传递井口驱动扭矩和钻压，实现常规工况条件下的旋转破岩操作；当PDC钻头在井底发生粘滑振动时，PDC钻头粘滑振动减震器能够瞬间将PDC钻头提离井底，大幅减小作用在PDC钻头上的破岩扭矩，减弱粘滑振动对钻头的冲击，然后再将PDC钻头下放到井底进行正常破岩钻进。PDC钻头粘滑振动减震器不仅能够减弱粘滑振动对PDC钻头的破坏，稳定井口驱动扭矩、减小能量损失、提高钻井效率，而且还具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点。
文档编号E21B17/07GK101988368SQ20091016243
公开日2011年3月23日 申请日期2009年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者周延军, 李文飞, 王光磊, 窦玉玲, 陈明 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院