避免卡钻与降低粘滑的防滞动工具的制作方法

本发明涉及用于石油、天然气超深井和大位移钻井领域中的避免卡钻与降低粘滑的防滞动工具。

背景技术：

最近几年，随着我国工业的不断发展，石油、天然气的需求和开采量也日益增多。然而，这种局面导致大量浅层油气资源的枯竭。为了缓解我国石油资源的短缺问题，人们开始向深井、超深井等环境条件严峻的领域进行石油开采。但是根据开采现场情况表明：在钻探超深井、大位移井、水平井过程中，PDC钻头在钻进过程中，尤其是遇到软硬交错地层时，容易出现卡滑的现象，引起钻头和钻具的频繁憋跳和扭振，导致钻头崩齿、损坏、井下钻具组合的损坏，使钻头机械钻速和破岩效率降低，钻井成本增加。为了应对这种现象，目前大部分现场采用起钻的方式来解决卡钻、憋钻现象，由于随着起下钻次数的增加，钻井效率将会大大降低。

基于此，为了防止钻头出现卡钻、粘滑和扭振现象，减少起下钻次数，提高钻井效率，本文提出避免卡钻与降低粘滑的防滞动工具。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了解决在钻超深井以及大位移井过程中出现的卡钻、粘滑、钻头和钻具频繁憋跳、扭振现象，提高破岩效率、减小起下钻的次数、延长钻头寿命，特提供避免卡钻与降低粘滑的防滞动工具。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：避免卡钻与降低粘滑的防滞动工具，主要是由上接头、上壳体、转接头、下壳体、动密封圈a、动密封圈b、动密封圈c、压缩弹簧、压缩弹簧导杆、浮动密封圈、防掉接头、芯轴、O型密封圈、钢丝绳、芯轴接头组成；其特征在于，上接头、上壳体、转接头、下壳体之间依次通过螺纹相连构成工具的外壳，转接头与下壳体螺纹连接处有O型密封圈；在工具内腔中，压缩弹簧安装在压缩弹簧导杆上，通过上接头下端和压缩弹簧导杆轴肩进行轴向定位；压缩弹簧导杆上端外壁与上接头下端内部之间安装有动密封圈a，动密封圈a为由三组L型密封圈、三组长方形密封圈和两个垫圈组成的车氏密封；浮动密封圈由浮动活塞和两个唇封组成，并安装在上壳体内壁和压缩弹簧导杆外壁之间，浮动密封圈通过压缩弹簧导杆轴肩和防掉接头轴肩进行轴向限位；在上壳体内壁和防掉接头外壁之间安装有动密封圈b，动密封圈b为由三组L型密封圈、三组长方形密封圈和两个垫圈组成的车氏密封；放掉接头上下端分别与压缩弹簧导杆和芯轴通过螺纹相连，并由转接头轴肩进行轴向定位；在转接头下端壁周向均匀开有圆槽，钢丝绳系统中各钢丝绳上端分别固定安装在均匀分布的各圆槽中，与转接头构成一体；芯轴下端凸台外壁与下壳体内壁间隙配合，在凸台上端周向均匀开有与转接头下端周向圆槽相对应的圆槽，钢丝绳系统中各钢丝绳下端分别固定安装在芯轴凸台上端周向均布的圆槽中，与芯轴构成一体，并保证钢丝绳系统上端与下端保持30～40度的倾斜角度安装，同时转接头下端与芯轴凸台上端之间保持一定的相对距离，使钢丝绳系统处于拉伸的状态；芯轴凸台下端通过下壳体下端内壁凸台进行轴向限位，在芯轴下端外壁与下壳体下端内壁之间安装有动密封圈c，动密封圈c为由三组L型密封圈、三组长方形密封圈和两个垫圈组成的车氏密封；芯轴下端与芯轴接头螺纹连接。

本发明的有益效果是：(1)该工具通过上部装置压缩弹簧促使芯轴伸展至其全长，下部装置钢丝绳系统控制工具的伸展和收缩，当井底钻头出现卡钻或者粘滑较大时，井底扭矩超过设置扭矩，压缩弹簧和钢丝绳系统会自动的收缩，收缩过程中，钻柱变短，钻头逐渐被提离井底至恢复到全速状态，当作用在钻具上的扭矩减小时，压缩弹簧释放能量通过钢丝绳系统使钻具伸展，钻头始终保持在岩层中稳定地钻进；(2)压缩弹簧的轴向收缩和钢丝绳系统的周向扭转能减轻钻柱轴向振动和扭转振动，延长了钻具和钻头寿命；(3)工具的自动收缩和伸展有效地避免钻头卡钻现象的出现、降低钻具粘滑，减小了起下钻的次数，缩短了钻井时间，提高了钻井效率。

附图说明

图1是本发明避免卡钻与降低粘滑的防滞动工具伸展工作的结构示意图。

图中：1.上接头、2.动密封圈a、3.上壳体、4.压缩弹簧、5.压缩弹簧导杆、6.浮动活塞、7.唇封a、8.唇封b、9.动密封圈b、10.防掉接头、11.芯轴、12.转接头、13.O型密封圈、14.下壳体、15.钢丝绳、16.动密封圈c、17.芯轴接头。

图2是本发明图1中A-A面的截面图。

图中：11.芯轴、12.转接头、14.下壳体、18.圆槽。

图3是本发明图1中B-B面的截面图。

图中：11.芯轴、14.下壳体、19.圆槽。

图4是本发明图1钢丝绳系统的剖视图。

图中：11.芯轴、12.转接头、15.钢丝绳、18.圆槽、19.圆槽。

图5是本发明图1钢丝绳系统的正视图。

图中：11.芯轴、12.转接头、15.钢丝绳。

图6是本发明避免卡钻与降低粘滑的防滞动工具收缩工作的结构示意图。

图中：1.上接头、2.动密封圈a、3.上壳体、4.压缩弹簧、5.压缩弹簧导杆、6.浮动活塞、7.唇封a、8.唇封b、9.动密封圈b、10.防掉接头、11.芯轴、12.转接头、13.O型密封圈、14.下壳体、15.钢丝绳、16.动密封圈c、17.芯轴接头。

具体实施方式

根据附图所示，避免卡钻与降低粘滑的防滞动工具，主要是由上接头1、上壳体3、转接头12、下壳体14、动密封圈a2、动密封圈b9、动密封圈c16、压缩弹簧4、压缩弹簧导杆5、浮动密封圈6-8、防掉接头10、芯轴11、O型密封圈13、钢丝绳15、芯轴接头17组成；其特征在于，上接头1、上壳体3、转接头12、下壳体14之间依次通过螺纹相连构成工具的外壳，转接头12与下壳体14螺纹连接处有O型密封圈13；在工具内腔中，压缩弹簧4安装在压缩弹簧导杆5上，通过上接头1下端和压缩弹簧导杆5轴肩进行轴向定位；压缩弹簧导杆5上端外壁与上接头1下端内部之间安装有动密封圈a2，动密封圈a2为由三组L型密封圈、三组长方形密封圈和两个垫圈组成的车氏密封；浮动密封圈6-8由浮动活塞6、唇封a7和唇封b8组成，并安装在上壳体3内壁和压缩弹簧导杆5外壁之间，浮动密封圈6-8通过压缩弹簧导杆5轴肩和防掉接头10轴肩进行轴向限位；在上壳体3内壁和防掉接头10外壁之间安装有动密封圈b9，动密封圈b9为由三组L型密封圈、三组长方形密封圈和两个垫圈组成的车氏密封；放掉接头10上下端分别与压缩弹簧导杆5和芯轴11通过螺纹相连，并由转接头12轴肩进行轴向定位；在转接头12下端壁周向均匀开有圆槽18，钢丝绳系统中各钢丝绳15上端分别固定安装在均匀分布的各圆槽18中，与转接头12构成一体；芯轴11下端凸台外壁与下壳体14内壁间隙配合，在凸台上端周向均匀开有与转接头下端周向圆槽18相对应的圆槽19，钢丝绳系统中各钢丝绳15下端分别固定安装在芯轴11凸台上端周向均布的圆槽19中，与芯轴11构成一体，并保证钢丝绳系统上端与下端保持30～40度的倾斜角度安装，同时转接头12下端与芯轴11凸台上端之间保持一定的相对距离，使钢丝绳系统处于拉伸的状态；芯轴11凸台下端通过下壳体14下端内壁凸台进行轴向限位，在芯轴11下端外壁与下壳体14下端内壁之间安装有动密封圈c16，动密封圈c16为由三组L型密封圈、三组长方形密封圈和两个垫圈组成的车氏密封；芯轴11下端与芯轴接头17螺纹连接。

工作过程中，通过芯轴接头17与MWD连接将该钻具尽量安装在离钻头近的位置，MWD与钻头配合。正常钻进时，压缩弹簧4处于压缩状态，并推动压缩弹簧导杆5带动防掉接头10和芯轴11轴向伸展至全长，芯轴11的轴向伸展通过转接头12轴肩对放掉接头10和下壳体14下端凸台进行轴向限位；当钻头开始接触到岩石层破岩时，施加到钻头的钻压通过钻具上接头1下端压缩压缩弹簧4，经过压缩弹簧导杆5和放掉接头10传递到芯轴11，接着通过WMD传递到钻头上；钻具外壳顺时针旋转过程中，通过钢丝绳系统上端将扭矩传递到钢丝绳系统下端芯轴11上，芯轴接头17带动WMD旋转将扭矩传递到钻头上，带动钻头顺时针旋转，在钻压和扭矩传递到钻头上后，钻头开始进行正常钻进；当钻头遇到软硬交错或者坚硬地层时，钻头出现卡钻或者较大的粘滑现象，其受到的反扭矩增加，当反扭矩超过初始设置的极限时，钻头开始反转，同时使芯轴11带动钢丝绳系统下端开始逆时针旋转，而钢丝绳系统上端与转接头12固定在一体一直保持顺时针旋转；此时，钢丝绳系统下端的逆时针转动使钢丝绳系统收缩，钢丝绳系统的收缩带动芯轴11轴向收缩，从而减小钻头的切削深度，芯轴11收缩时带动压缩弹簧导杆5轴肩压缩压缩弹簧4；随着芯轴11的收缩，钻头受到的反扭矩逐渐减小，当反扭矩消失时，储存在压缩弹簧4中的轴向力和钢丝绳系统中的扭矩缓慢释放，芯轴11随着压缩弹簧4能量的释放逐渐伸展至全长，并在钢丝绳系统的带动下开始进行正常钻进，整个过程中钻头一直没有离开岩层。