钻具的制作方法

本发明涉及钻采领域，特别涉及一种钻具。

背景技术：

在油气钻采领域中，钻具主要应用于钻孔等钻进作业中。其中，钻具可以和钻杆、钻头等连接，钻杆可以将钻机产生的推力传递给钻具，使得钻具在该推力的作用下带动钻头进行直线运动，同时，钻头在马达的作用下可以产生扭矩，因此，钻头可以在钻进作业时一方面进行直线运动，另一方面进行转动运动。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在长距离钻进作业中，由于钻进的距离较长，使得钻机产生的推力很可能被钻杆和已钻的孔的孔壁间的摩擦力抵消，导致推力通过钻杆的传递效率降低，从而使得钻进速度较低，影响钻进作业效率。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种钻具。所述钻具包括：上接头、外壳、第一活塞、第一活塞杆、输出轴；

所述上接头与所述外壳连接，所述第一活塞固定于所述外壳内部，所述第一活塞中设置有第一通孔；

所述第一活塞杆的头段和所述第一活塞杆的尾段之间设置有第一台阶，所述第一活塞杆的尾段穿过所述第一通孔与所述输出轴的一端连接，所述输出轴的另一端与钻头连接；

其中，所述第一活塞杆在所述头段的端面受到由所述上接头流入的泥浆的压力作用时能够带动所述输出轴运动，直至所述第一活塞杆的第一台阶与所述第一活塞接触为止。

在第一种实施方式中，所述钻具还包括第一密封环和第一挡圈；

所述第一密封环与所述第一活塞杆的头段的外壁和所述外壳的内壁接触，所述第一挡圈位于所述第一活塞杆的头段外侧，并与所述第一密封环接触。

在第二种实施方式中，所述钻具还包括第一缓冲碟簧；

所述第一缓冲碟簧位于所述第一活塞杆的头段外侧。

在第三种实施方式中，所述外壳上设置有第一出气通孔；

所述第一出气通孔，用于在所述第一活塞杆运动时，排出所述第一活塞、所述第一活塞杆的尾段、所述第一台阶和所述外壳形成的空腔中的气体。

在第四种实施方式中，所述输出轴与所述外壳通过花键连接。

在第五种实施方式中，所述钻具还包括第二活塞、第二活塞杆和第三活塞杆；

所述第二活塞固定于所述外壳内部，所述第二活塞中设置有第二通孔，所述第二活塞杆的头段和所述第二活塞杆的尾段之间设置有第二台阶，所述第二活塞杆的头段端面与所述第一活塞杆的尾段端面接触，所述第二活塞杆的尾段穿过所述第二通孔，所述第二活塞杆的尾段端面与所述第三活塞杆的头段端面接触，所述第三活塞杆与所述输出轴的一端连接；

其中，所述第二活塞杆能够在所述第一活塞杆压力的作用下，带动所述第三活塞杆和所述输出轴运动，直至所述第二台阶与所述第二活塞接触为止。

在第六种实施方式中，所述第二活塞杆的头段端面上设置有第一泥浆槽；

所述第一泥浆槽，用于使由所述上接头流向所述第一活塞杆内部的泥浆通过所述第一泥浆槽流出至所述第二活塞杆外部；

其中，所述第二活塞杆能够在所述第二活塞杆的头段端面受到由所述第一泥浆槽流出的泥浆的压力作用时带动所述第三活塞杆和所述输出轴运动，直至所述第二台阶与所述第二活塞接触为止。

在第七种实施方式中，所述第三活塞杆的头段端面上设置有第二泥浆槽；

所述第二泥浆槽，用于使由所述上接头流向所述第一活塞杆内部和第二活塞杆内部的泥浆通过所述第二泥浆槽流出至所述第三活塞杆外部；

其中，所述第三活塞杆能够在所述第三活塞杆的头段端面受到由所述第二泥浆槽流出的泥浆的压力作用时带动所述输出轴运动。

在第八种实施方式中，所述外壳上设置有第二出气通孔；

所述第二出气通孔，用于在所述第二活塞杆运动时，排出所述第二活塞、所述第二活塞杆的尾段、所述第二台阶和所述外壳形成的空腔中的气体。

在第九种实施方式中，所述钻具还包括第二密封环、第二挡圈、第三密封环和第三挡圈；

所述第二密封环与所述第二活塞杆的头段的外壁和所述外壳的内壁接触，所述第三密封环与所述第三活塞杆的头段的外壁和所述外壳的内壁接触；

所述第二挡圈位于所述第二活塞杆的头段外侧，且与所述第二密封环接触，所述第三挡圈位于所述第三活塞杆的头段外侧，且与所述第三密封环接触。

在第十种实施方式中，所述钻具还包括第二缓冲碟簧和第三缓冲碟簧；

所述第二缓冲碟簧位于所述第二活塞杆的头段外侧，所述第三缓冲碟簧位于所述第三活塞杆的头段外侧。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过提供包含第一活塞杆、第一活塞和输出轴的钻具，使得第一活塞杆在泥浆压力的作用下能够带动输出轴运动，从而为与输出轴连接的钻头提供推力，使得在长距离钻进作业中，除了钻机为钻头提供推力外，输出轴也可为钻头提供推力，保证了钻头受到的推力，从而保证了钻进速度和钻进作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的钻具10的头段的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的钻具10的尾段的结构示意图。

图3时本发明实施例提供的钻具与其他设备的组合示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明提供了一种钻具10，如图1和图2所示，该钻具10包括：上接头11、外壳12、第一活塞13、第一活塞杆14和输出轴15。

该上接头11与该外壳12连接，该第一活塞13固定于该外壳12内部，该第一活塞13中设置有第一通孔。该第一活塞杆14的头段141和该第一活塞杆14的尾段142之间设置有第一台阶，该第一活塞杆14的尾段142穿过该第一通孔与该输出轴15的一端连接，该输出轴15的另一端与钻头连接。其中，该第一活塞杆14在该头段141的端面受到由该上接头11流入的泥浆的压力作用时能够带动该输出轴15运动，直至该第一活塞杆14的第一台阶与该第一活塞13接触为止。

需要说明的是，上接头11和外壳12通过螺纹连接，具体地，上接头11可以设置有内螺纹，外壳12可以设置有外螺纹，上接头11和外壳12可以通过上述内螺纹和外螺纹进行连接。在本发明的一个实施例中，外壳12可以分为两个部分，分别为第一外壳121和第二外壳122，该第一外壳121和该第二外壳122可以通过螺纹连接。在这种情况下，上接头11和第一外壳121通过螺纹连接。还需要说明的是，如图1所示，该第一活塞13可以通过销钉固定于外壳12的内部。

在实际应用中，第一活塞杆14的尾段142可以直接和输出轴15的一端连接，也可以通过钻具10中的其他部件与输出轴15的一端连接，本发明对此不做具体限定。如图3所示，输出轴15的另一端一般需要通过马达100与钻头200连接，其中，马达100可以为钻头提供扭矩，使钻头200在直线运动的同时做旋转运动，在本发明的一个实施例中，输出轴15还需要通过钻铤300与钻头200连接，钻铤300可以减轻钻头200的震动、摆动，保证钻头200平稳，同时钻具10的上接头11可以与钻杆400的一端连接，钻杆400的另一端与钻机连接，钻杆400可以将钻机产生的推力传递给钻头200。

在实际应用中，钻具10的上接头11可以和钻杆400连接，钻杆400为中空结构，泥浆可以通过钻杆400流至上接头11内，靠近上接头11的第一活塞杆14的头段141的端面受到泥浆的压力作用，使得该头段141的端面和第一台阶之间形成压力差，在该压力差的作用下，第一活塞杆14可以带动输出轴15朝向泥浆流动的方向(如图1和图2所示的x轴方向)运动，直至第一台阶与第一活塞13接触为止。如图1和图2所示，第一活塞杆14和输出轴15均为中空结构，泥浆可以通过第一活塞杆14和输出轴15流出钻具10并流向马达100中，使得马达100可以在该泥浆的带动下工作。

综上所述，本实施例提供的钻具，通过设置第一活塞杆、第一活塞和输出轴，使得第一活塞杆在泥浆压力的作用下能够带动输出轴运动，从而为与输出轴连接的钻头提供推力，使得在长距离钻进作业中，除了钻机为钻头提供推力外，输出轴也可为钻头提供推力，保证了钻头受到的推力，从而保证了钻进速度和钻进作业效率。

进一步地，该钻具10还包括第一密封环16和第一挡圈17。该第一密封环16与该第一活塞杆14的头段141的外壁和该外壳12的内壁接触，该第一挡圈17位于该第一活塞杆14的头段141外侧，并与该第一密封环16接触。

在实际应用中，为了保证上述头段141的端面和第一台阶之间形成压力差，需要防止泥浆由第一活塞杆14和外壳12间的空隙流至由第一活塞13、第一活塞杆的尾段142、第一台阶和外壳12形成的空腔a中。为了达到这一目的，本发明可以设置第一密封环16，第一密封环16位于第一活塞杆14的头段141和外壳12之间，用于防止泥浆由第一活塞杆14和外壳12间的空隙流至空腔a中。此外，为了固定第一密封环16，防止其在第一活塞杆14运动的过程中移位，本发明还可以设置第一挡圈17，该第一挡圈17位于第一活塞杆14的头段141外侧，并与第一密封环16接触。

进一步地，该钻具10还包括第一缓冲碟簧18，该第一缓冲碟簧18位于该第一活塞杆14的头段141外侧。

实际应用中，在泥浆压力的作用下，上述头段141的端面和第一台阶之间形成压力差较大，在本发明的一个实施例中，该压力差可以达到5吨，因此，在泥浆压力的作用下第一台阶与第一活塞13接触时将会发生剧烈碰撞。为了防止第一台阶与第一活塞13接触时的碰撞对第一活塞杆14和第一活塞13造成损害，本发明还可以设置第一缓冲碟簧18，该第一缓冲碟簧18可以起到缓冲减震的作用，从而可以对第一活塞杆14和第一活塞13进行保护。

进一步地，该外壳12上设置有第一出气通孔123，该第一出气通孔123，用于在该第一活塞杆14运动时，排出该第一活塞13、该第一活塞杆14的尾段142、该第一台阶和该外壳12形成的空腔a中的气体。

如图1所示，在第一活塞杆14运动的过程中，空腔a的体积将会逐渐减小，该空腔a中的气体也会受到压缩。由于压缩空气的压力较大，则上述头段141的端面和第一台阶之间形成压力差将会减小，导致加在钻头200上的推力减小，为了防止这种情况，本发明还可以设置第一出气通孔123，以排出上述空腔a中的空气。

可选地，该输出轴15与该外壳12通过花键连接。

如图2所示，外壳12上设置有花键，输出轴15上也设置有花键，外壳12上的花键和输出轴15上的花键配合，外壳12和输出轴15通过上述花键连接。如上所述，输出轴15一般通过马达100与钻头200连接，该马达100为钻头200提供扭矩的同时，也会为输出轴15提供扭矩，则输出轴15需要和外壳12通过花键连接，使得输出轴15可以相对于外壳12做旋转运动。

进一步地，该钻具10还包括第二活塞19、第二活塞杆20和第三活塞杆21。该第二活塞19固定于该外壳12内部，该第二活塞19中设置有第二通孔，该第二活塞杆20的头段201和该第二活塞杆20的尾段202之间设置有第二台阶，该第二活塞杆20的头段201的端面与该第一活塞杆20的尾段202的端面接触，该第二活塞杆20的尾段202穿过该第二通孔，该第二活塞杆20的尾段202的端面与该第三活塞杆21的头段的端面接触，该第三活塞杆21与该输出轴15的一端连接。其中，该第二活塞杆20能够在该第一活塞杆14压力的作用下，带动该第三活塞杆21和该输出轴15运动，直至该第二台阶与该第二活塞19接触为止。

如上所述，第一活塞杆14的尾段142可以直接和输出轴15的一端连接，也可以通过钻具10中的其他部件与输出轴15的一端连接，在本发明的一个实施例中，第一活塞杆14的尾段142可以通过第二活塞杆20和第三活塞杆21与输出轴15连接。

如图2所示，第二活塞19与外壳12的连接方式与第一活塞13同理，第二活塞杆20的结构与第一活塞杆14的结构相同，且，第二活塞杆20与第二活塞的位置关系与第一活塞杆14和第一活塞13的位置关系相同，第三活塞杆21和第二活塞杆20及第一活塞杆14相比没有设置台阶。如图1和图2所示，第二活塞杆20和第三活塞杆21为中空结构，泥浆可以由第二活塞杆20和第三活塞杆21的内部流至输出轴15的内部。

可选地，该第二活塞杆20的头段201的端面上设置有第一泥浆槽，该第一泥浆槽，用于使由该上接头11流向该第一活塞杆104内部的泥浆通过该第一泥浆槽流出至该第二活塞杆20外部，其中，该第二活塞杆20能够在该第二活塞杆20的头段201的端面受到由该第一泥浆槽流出的泥浆的压力作用时带动该第三活塞杆21和该输出轴15运动，直至该第二台阶与该第二活塞19接触为止。

为了进一步增加推动输出轴15的推力，本发明可以在第二活塞杆20的头段201的端面上设置第一泥浆槽，使得泥浆通过第一泥浆槽流出至第二活塞杆20外部，以给第二活塞杆20的头段201的端面施加压力，使得该头段201的端面与第二台阶之间形成压力差，第二活塞杆20在该压力差的作用下带动第三活塞杆21和输出轴15运动。

可选地，该第三活塞杆21的头段的端面上设置有第二泥浆槽，该第二泥浆槽，用于使由该上接头11流向该第一活塞杆14内部和第二活塞杆20内部的泥浆通过该第二泥浆槽流出至该第三活塞杆21外部，其中，该第三活塞杆21能够在该第三活塞杆21的头段的端面受到由该第二泥浆槽流出的泥浆的压力作用时带动该输出轴15运动。

与上述设置第一泥浆槽的原因及方式同理地，本发明还可以在第三活塞杆21的头段的端面上设置上述第二泥浆槽。

可选地，该外壳12上设置有第二出气通孔124，该第二出气通孔124，用于在该第二活塞杆20运动时，排出该第二活塞19、该第二活塞杆20的尾段202、该第二台阶和该外壳12形成的空腔b中的气体。

与上述设置第一出气通孔123的原因及方式同理地，本发明还可以在外壳12上设置上述第二出气通孔124。

进一步地，该钻具10还包括第二密封环22、第二挡圈23、第三密封环24和第三挡圈25。该第二密封环22与该第二活塞杆20的头段201的外壁和该外壳12的内壁接触，该第三密封环24与该第三活塞杆21的头段的外壁和该外壳12的内壁接触。该第二挡圈23位于该第二活塞杆20的头段201外侧，且与该第二密封环22接触，该第三挡圈25位于该第三活塞杆21的头段外侧，且与该第三密封环24接触。

与上述设置第一密封环16和第一挡圈17的原因及方式同理地，本发明还可以设置第二密封环22、第二挡圈23、第三密封环24和第三挡圈25。

进一步地，该钻具10还包括第二缓冲碟簧26和第三缓冲碟簧27。该第二缓冲碟簧26位于该第二活塞杆20的头段201外侧，该第三缓冲碟簧27位于该第三活塞杆21的头段外侧。

与上述设置第一缓冲碟簧18的原因及方式同理地，本发明还可以设置第二缓冲碟簧26和第三缓冲碟簧27。

本发明提供的钻具10可用于钻进作业，下面，本发明将以图1和图2所示的钻具10为例，对本发明提供的钻具10的使用方法做简要说明，具体地，该使用方法可以为：

将钻具10的上接头11与钻杆400相连，而钻杆400与钻机相连，钻具10的输出轴15与马达100相连，而马达100通过钻铤300与钻头200相连。在钻进作业中，技术人员启动钻机，钻机产生的推力通过钻杆400传递到钻头200上，同时向钻杆400内加入泥浆，使得钻具10中的第一活塞杆14、第二活塞杆20、第三活塞杆21和输出轴15向泥浆流动的方向运动，为钻头200提供额外的推力。此外，泥浆通过钻具10流入马达100中，带动马达100工作，以为钻头200提供扭矩。

综上所述，本实施例提供的钻具，通过设置第一活塞杆、第一活塞和输出轴，使得第一活塞杆在泥浆压力的作用下能够带动输出轴运动，从而为与输出轴连接的钻头提供推力，使得在长距离钻进作业中，除了钻机为钻头提供推力外，输出轴也可为钻头提供推力，保证了钻头受到的推力，从而保证了钻进速度和钻进作业效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。