专利名称：一种钻头、钻柱减振工具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于石油天然气钻井及地质勘探钻井的钻头、钻柱减振工 具，属于钻井工具。
背景技术：
钻柱的振动现象是在直井钻井中经常遇到的复杂情况。特别是勘探领域越来越宽 广，所钻地层的岩性硬度等状况越来越复杂的情况下，钻柱的振动问题也越来越难以解决。 钻柱的振动不仅影响到钻井的施工效率，在频繁剧烈地发生时还会造成钻柱的断裂破坏等 事故，从而加大了施工成本，造成经济损失。钻柱的振动中，纵向振动(简称纵振)通常是 人们研究钻柱受力与疲劳破坏的重要因素。钻柱的纵向振动常常使钻压不能均勻地加在钻 头上，钻头因钻压的剧烈振荡跳动而跳离井底，产生冲击载荷可能使钻头轴承和牙齿过早 的破坏，对PDC钻头而言，钻头动载荷效应对切削齿寿命的影响更加明显。另外，当钻柱振 动比较严重时，往往引起钻机和井架的强烈振动，对地面设备也有一定的破坏作用。在钻井 过程中，钻柱的受力状况和工作环境异常恶劣，是一个极其复杂的动力学系统，在这种情况 下，我们要减轻钻柱的振动尤其是直井中的纵向振动，保证钻头的安全、提高钻柱系统的工 作寿命就变得非常重要。在实际钻井过程中，使用液力加压器可以在一定程度上减缓动载荷。但是，液力加 压器压耗比较高，在深井钻井时其应用有较大的局限。另一方面，液力加压器对PDC钻头 钻进的适用性差，其原因是PDC钻头水孔多，流道面积大，液力加压器缺乏足够的钻头压力 降。因此就需要寻找其他的途径来解决深井钻井和PDC钻头钻井过程中的钻头缓冲、增效 问题。目前，减轻钻头、钻柱的纵振是钻具研究的重要课题。
发明内容本实用新型的目的是为了有效地减轻钻头纵振对钻头、钻柱的损伤，解决深井钻 井和PDC钻头钻井过程中的钻头缓冲、增效问题，特提供一种钻头、钻柱减振工具。为了达到上述目的，本实用新型解决此技术问题的技术方案是一种钻头、钻柱减 振工具，是由连接块、花键、弹簧组成，其结构特征是该减振工具上部为钻铤连接块，下部 为钻头连接块，在钻铤连接块和钻头连接块的内部设置有花键，花键能传递扭矩使钻铤连 接块和钻头连接块的转动保持一致；钻铤连接块与钻头连接块之间对称安装有弹簧，钻铤 连接块与钻铤之间是螺纹连接。弹簧的上端和下端分别固定在钻铤连接块和钻头连接块 上，钻铤连接块与钻铤之间是螺纹连接，钻头连接块与钻头之间是螺纹连接，花键下端的直 径大于花键的直径，用来在起下钻时承载钻头和钻头连接块的重量。在钻井过程中，钻铤、连接装置、钻头在井底转动，弹簧处于自然状态。当遇到井底 不平、钻头发生纵振时，钻头将要向上跳动，固定在钻铤连接块上的弹簧受力压缩，弹簧受 压缩后趋向于恢复弹簧自然长度，于是弹簧对钻头连接块产生向下的推力，钻头连接块与 钻头是螺纹连接，向下的推力缓解了钻头的纵振，减轻了纵振对钻头、钻柱的损伤，增加了钻柱的寿命，提高了钻头工作稳定性和综合性能。本发明与现有技术比较具有以下有益效果(1)本减振工具上弹簧对钻头的机械 缓冲作用减轻了纵振对钻头、钻柱的损伤，增加了钻头和钻柱的寿命；(2)弹簧的机械缓冲 作用减少了钻头动载荷，提高了钻头工作稳定性，钻头切削齿的工作寿命，从而提高了钻头 综合性能和工作效率，节约了钻井成本。
图1为本实用新型一种钻头、钻柱减振工具的结构示意图。图2是本减振工具图1的A-A剖视图。图中1、钻铤连接块2、钻头连接块3、花键4、弹簧5、钻井液通道。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。根据图1、图2所示，一种钻头、钻柱减振工具，包括钻铤连接块1、钻头连接块2、花 键3，在钻铤连接块1和钻头连接块2之间设置有弹簧4，弹簧4的上端和下端分别固定在 钻铤连接块1和钻头连接块2上，钻铤连接块1和钻头连接块2内部是花键3。本方案的特 点是连接装置分为钻铤连接块1、钻头连接块2上下两部分，钻铤连接块1和钻头连接块2 之间设置有弹簧4，弹簧能阻碍钻头和钻头连接块2向上跳动。钻井过程中，钻铤连接块1、 钻头连接块2随钻头在井底转动，当遇到井底不平，钻头有向上跳动的趋势或发生纵振时， 弹簧4受力压缩，对钻头连接块2和钻头产生向下的推力，缓解了钻头的纵振，减轻了纵振 对钻头、钻柱的损伤。花键下端的直径大于花键的直径，能在起下钻时承载钻头和钻头连接 块2的重量。花键3内开有钻井液通道5，钻井液能通过钻井液通道进入井底。本实用新型实际投入生产时不需改变钻铤的原有结构，具有较大的工程应用价 值。
权利要求一种钻头、钻柱减振工具，由连接块、花键、弹簧组成，其特征在于该减振工具上部为钻铤连接块(1)，下部为钻头连接块(2)；在钻铤连接块(1)和钻头连接块(2)内部设置有花键(3)；在钻铤连接块(1)与钻头连接块(2)之间安装有弹簧(4)。
2.根据权利要求书1所述的减振工具，其特征是花键(3)内开有钻井液通道(5)，花 键(3)的下端直径大于花键的直径。
3.根据权利要求书1所述的减振工具，其特征是弹簧(4)的上端和下端分别固定在 钻铤连接块(1)和钻头连接块(2)上。
专利摘要本实用新型涉及一种用于石油天然气钻井及地质勘探钻井的钻头、钻柱减振工具。它能有效地减轻钻头纵振对钻头、钻柱的损伤，解决深井钻井和PDC钻头钻井过程中钻头缓冲、增效问题。其技术方案是该减振工具上部为钻铤连接块，下部为钻头连接块；在钻铤连接块和钻头连接块内部设置有花键；在钻铤连接块和钻头连接块之间安装有弹簧。花键内开有钻井液通道。弹簧上端和下端分别固定在钻铤连接块和钻头连接块上。本减振工具上弹簧对钻头的机械缓冲作用减轻了钻头的纵振和动载荷，增加了钻头和钻柱的寿命，同时提高了钻头综合性能和工作效率，用于石油天然气钻井及地质勘探钻井工程中。
文档编号E21B17/10GK201661248SQ20102014720
公开日2010年12月1日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者冯超, 杨立源, 杨迎新, 董波, 邱奕龙 申请人:西南石油大学