专利名称：一种气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于石油天然气钻井中的气体钻井用高强度 空气锤钻头连接装置，特别适合于振动和冲击较强易引起空气锤连接 螺纹失效的气体钻井施工中。
背景技术：
气体钻井最初探索于上个世纪50年代，受配套技术与装备的限制， 该技术一度被搁置，直至上世纪90年代，气体钻井技术才真正开始起 步和发展，尽管其发展时间短，但已成为发现与保护油气层、大幅提 高机械钻速和治理恶性井漏等问题的最有效方法之一。同样，由于发
展时间短，也暴露了许多亟需解决的技术问题，如钻具失效、钻头
掉落(空气锤空气钻头连接螺纹失效)等问题，其中钻头掉落问题不 仅发生频率高，而且处理难度大，严重限制了气体钻井技术优势发挥 和推广应用。
空气缍破岩速度快，其核心原因有两点其一是循环介质压持力 低于井底岩石内压力，其二是空气锤产生的高频冲击波促使微裂纹扩 展。根据分析可知，空气锤工作时产生的下行冲击波将有部分反射到 空气锤和空气钻头的连接螺纹上，同时钻头与岩石互作用产生的冲击 能量也将传递到空气锤和空气钻头的连接螺纹上，大量的主动冲击能 量能用于破碎岩石，部分反射的冲击能量也对螺纹的产生破坏作用， 这是空气锤螺纹异常失效的主要原因。基于此，设计了一种用于石油 天然气钻井中的气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置，以延长连接 螺纹的使用寿命，防止或减缓气体钻井中空气钻头掉落事故。
发明内容
本实用新型的目的是为了防止和减缓由于冲击或强振动引起气 体钻井中空气锤与空气钻头连接螺纹失效，縮短钻进时间，减少钻进 成本，特提出 一种气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置。
为了达到上述目的，本实用新型解决此问题所采用的技术方案是， 一种气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置，用于连接空气缍和空气 钻头，是由上承压缓冲组合片、卡环、卡盘键槽、卡盘、空气锤外壳、 下承压缓冲组合片、钻头密封槽组成，其结构特征是卡盘5外圆加 工有螺纹17，连接在空气锤外壳6上；卡盘5内边与钻头2之间设置
有卡盘键槽4,与钻头2的花键连接；卡盘5和钻头2之间设置有钻头
密封槽8和密封圈18;钻头2上加工有环槽安放卡环3;上承压缓冲
组合片1中设置有上垫片11、高强度橡胶环12和下垫片13，分别与 空气锤外壳6、卡盘5相应端面配合；下承压缓冲组合片7中设置有上 垫片14、高强度橡胶环15和下垫片16，分别与卡盘5、钻头2的相应 端面配合。钻头2下端布置有钻齿10，内部设置有钻头气体通道9。 上承压缓冲组合片1与下承压缓冲组合片7中的上垫片11、 14和下垫 片13、 16均为环形合金钢片，其厚度为1 3mm，高强度橡胶环12、 15的厚度为2 5mm。
本实用新型的有益效果是(1)可以防止内环空气进入螺纹和卡 盘与钻头的配合间隙中，减小气体漏失，密封效果好；(2)能有效降 低作用在连接螺纹上的冲击能量强度，从而起到保护连接螺纹的作用； (3)本装置结构简单，工作可靠性高，特别适用于振动和冲击较强且 易弓I起空气锤连接螺纹试销的气体钻井施工中。
图1是本实用新型气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置的结构 示意图2是本实用新型气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置的上承 压缓冲组合片1的结构示意图3是本实用新型气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置的下承 压缓冲组合片7的结构示意图中1上承压缓冲组合片，2钻头，3卡环，4卡盘键槽，5卡 盘，6空气锤外壳，7下承压缓冲组合片，8钻头密封槽，9钻头气体
通道，IO钻齿，ll上垫片，12高强度橡胶环，13下垫片，14上垫片， 15高强度橡胶环，16下垫片，17螺纹，18密封圈。
具体实施方式
按照图1所示，钻头与岩石的互作用将对空气钻头2和钻头2与 空气锤外壳6的连接螺纹17产生冲击；同时空气锤工作时产生的下行 冲击能量中有部分通过钻头反射到钻头与空气锤连接螺纹上，这两种 冲击载荷将集中作用在空气锤连接螺纹上，尽管其总体强度不大，但 可加速其疲劳裂纹的产生和扩展，降低使用寿命。
卡盘5用于防止钻头落井；钻头和卡盘之间有卡盘键槽4，用于传
递扭矩。
按照图2所示，上承压缓冲组合片1包括上垫片11、高强度橡胶 环12以及下垫片13，它安装在钻头2、卡盘5及空气锤外壳6之间， 垫片与高强度橡胶环之间紧密贴合。
上承压缓冲组合片1主要起到密封作用，防止内环空气体进入螺 纹17和卡盘5与钻头2的配合间隙中。
按照图3做示，下承压缓冲组合片7包括上垫片14、高强度橡胶 环15以及下垫片16，它安装在钻头2与卡盘5的下端面，垫片与高强 度橡胶环之间也是紧密贴合。
在钻头2与卡盘5之间使用下承压缓冲组合片7后，组合片7中 的高强度橡胶环15可有效吸收和阻尼该上行冲击能量，有效降低作用 在连接螺纹上的冲击能量强度，从而起到保护该连接螺纹的作用。组 合中的橡胶环15强度很高，可保证传递钻压的需要，组合片中的上下 垫片11和14可起到保护高强度橡胶环15的作用。密封槽8内安有密 封圈18，可防止外环气体进入卡盘5和钻头2的间隙，保护下承压缓 冲组合片7。
权利要求1. 一种气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置，用于连接空气锤和空气钻头，是由上承压缓冲组合片、卡环、卡盘键槽、卡盘、空气锤外壳、下承压缓冲组合片、钻头密封圈组成，其特征是卡盘(5)外圆加工有螺纹(17)，连接在空气锤外壳(6)上；卡盘(5)内边与钻头(2)之间设置有卡盘键槽(4)，与钻头(2)的花键连接；卡盘(5)与钻头(2)之间设置有钻头密封槽(8)和密封圈(18)；钻头(2)上加工有环槽安放卡环(3)；上承压缓冲组合片(1)中设置有上垫片(11)、高强度橡胶环(12)和下垫片(13)，分别与空气锤外壳(6)、卡盘(5)相应端面配合；下承压缓冲组合片(7)中设置有上垫片(14)、高强度橡胶环(15)和下垫片(16)，分别与卡盘(5)钻头(2)的相应端面配合。
2. 根据权利要求1所述的空气锤钻头连接装置，其特征是上承 压缓冲组合片(1)与下承压缓冲组合片(7)中的上垫片(11)、 (14) 和下垫片(13)、 (16)均为环形合金钢片，其厚度为1 3mm;高强度 橡胶环(12)、 (15)的厚度为2 5mm。
专利摘要本实用新型涉及一种用于石油天然气钻井中的气体钻井用高强度空气锤钻头连接装置。它能防止和减缓由于冲击或强振动引起钻井中空气锤与钻头连接螺纹失效。其技术方案是卡盘外圆有螺纹连接在空气锤外壳上；卡盘与钻头间设置有卡盘键槽与钻头的花键连接，设置有密封槽和密封圈；钻头上加工有环槽安装卡环；上承压缓冲组合片中设有上垫片、橡胶环、下垫片，分别与空气锤外壳、卡盘相应端面配合；下承压缓冲组合片中设有上垫片、橡胶环、下垫片，分别与卡盘、钻头的相应端面配合。本装置结构简单、密封效果好、能有效降低作用在连接螺纹上的冲击能量强度，工作可靠性高，适用于振动和冲击较强且易引起空气锤连接螺纹失效的气体钻井施工中。
文档编号E21B17/02GK201202398SQ200820063618
公开日2009年3月4日 申请日期2008年5月31日 优先权日2008年5月31日
发明者凌玉梅, 祝效华, 华 童, 贾彦杰, 邓福成 申请人:西南石油大学