一种钻井防失速工具的制作方法

本实用新型属于石油工业机械技术领域，具体涉及一种钻井防失速工具。

背景技术：

使用大尺寸钻具组合进行深井作业时，扭矩的异常波动容易导致钻柱自激振动、钻具扭断、螺杆钻具滞动，导致频繁的上提钻具、泵压的波动，影响钻进效率。钻入砾石层、硬度大且稳定性较差的地层时，会发生严重的跳钻，对钻头和钻具产生极大的破坏。目前，一般采用恒扭矩防失速工具将超出设定转矩时的旋转运动转化为直线运动，防止钻头钻柱失速。通过储存和释放钻井作业中产生的异常扭矩，可实现对钻井扭矩波动实时调整，即“消峰填谷”，解决PDC钻头在硬地层、夹层的憋跳钻、粘滑问题。恒扭矩防失速工具中的减振储能元件是弹簧，但是弹簧较易疲劳，从而影响恒扭矩防失速工具的工作寿命。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种钻井防失速工具，其减振储能元件不容易疲劳，从而能够提高防失速工具的工作寿命。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种钻井防失速工具，包括接头、第一外套、内套、活塞、心轴、和第二外套。第一外套两端分别与接头和第二外套以可拆缷的方式连接。内套和活塞位于所述第一外套内，活塞外周与第一外套内壁形成配合，并且，内套的一端与接头以可拆缷的方式连接，内套上远离接头的一端位于活塞内，活塞上远离内套的一端与心轴以可拆缷的方式连接。心轴位于第二外套内，第二外套内壁设有螺旋槽，心轴外周的中部设有能够与螺旋槽形成配合的外螺旋。第一外套与内套之间的环空间内设有磁性减振元件，磁性减振元件按照S极、N极匹配间隔布置，并且每组匹配的磁性减振元件互不干涉。磁性减振元件与活塞之间设有轴承。

根据本发明的钻井防失速工具，在钻井施工时可通过接头和心轴安装在紧靠钻头的钻柱上。当PDC钻头的扭矩达到一定值时，能够通过心轴与第二外套之间的螺旋副向上运动，扭矩转换为轴向力，同时将轴向力传递给活塞、轴承，克服磁性减振元件的磁力，压缩多组磁性减振元件之间的距离，因此整个钻井防失速工具处于压缩状态，整个钻井管柱变短，从而能够存储扭矩能量，此时钻头会被逐渐从井底提起，直到钻头回到原来的旋转速度。当钻头的扭矩减少时，多组磁性减振元件的间距恢复，推动轴承、活塞，通过心轴与第二外套间的螺旋副向下运动，释放扭矩能量，维持钻头正常钻井。相比现有技术，在整个工作过程之中，不会影响磁性减振元件的疲劳寿命，从而能够提高防失速工具的工作寿命。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步地改进。

根据本实用新型的钻井防失速工具，优选地，第一外套与内套之间的环空间两端分别设有垫片。通过设置在内套与磁性减振元件之间和活塞与磁性减振元件之间的垫片，一方面可以将磁性减振元件稳定的布置在内套与第一外套之间的环空间内，另一方面可以防止磁性减振元件与内套和活塞之间的碰撞而产生磨损，因此进一步提高了防失速工具的工作寿命。通过调节垫片的高度、安装数量，可以改变磁性减震元件的预压力，用于设定工具的参数。

在一个优选的实施方式中，活塞与心轴相互连接的部位设有紧定螺钉。通过紧定螺钉加强连接强度，防止活塞与心轴发生周向位移。

在一个优选的实施方式中，第二外套上设有螺纹孔和用于堵住螺纹孔的螺塞。可通过该螺纹孔向工具内倒入润滑油，使得第二外套与心轴的螺旋配合运动更加顺畅，入井前使用螺塞堵住该螺纹孔，防止润滑油溢出和井筒内的泥浆进入工具内部。

进一步地，在一个优选的实施方式中，第二外套上远离第一外套的一端设有密封体，并且密封体以可拆缷的方式与第二外套连接。通过设置的密封体可以实现防失速工具与钻柱之间的密封，防止井筒内的泥浆进入工具内部。

更进一步地，密封体上远离第二外套的一端内壁上设有第一密封装置和用于容纳第一密封装置的第一密封槽。通过设置第一密封装置可以进一步实现现防失速工具与钻柱之间的密封。

在一个优选的实施方式中，内套上靠近接头的端部外周设有第二密封装置和用于容纳第二密封装置的第二密封槽。通过设置的第二密封装置可以实现防失速工具与钻柱之间的密封，进一步防止井筒内的泥浆进入工具内部。

在一个优选的实施方式中，活塞上与内套连接的端部内壁设有第三密封装置和用于容纳第三密封装置的第三密封槽，活塞上与心轴连接的端部外周设有第四密封装置和用于容纳第四密封装置的第四密封槽，活塞上与心轴连接的端部内壁设有第五密封装置和用于容纳第五密封装置的第五密封槽。通过设置的多个密封装置可以更好地实现防失速工具与钻柱之间的密封，更进一步防止井筒内的泥浆进入工具内部。

具体地，在一个优选的实施方式中，磁性减振元件包括磁铁块。磁铁块的磁性减振元件结构简单，不容易产生疲劳。

在一个优选的实施方式中，接头上远离内套的一端设有用于与钻柱连接的螺纹，心轴上远离活塞的一端设有用于与钻柱连接的螺纹。采用螺纹连接等可拆缷的连接方式，使得整个工具安装和拆缷都简单快捷。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：用磁性减振元件代替弹簧，不容易疲劳，从而能够提高防失速工具的工作寿命。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了本实用新型实施例的钻井防失速工具的伸展状态；

图2示意性显示了本实用新型实施例的钻井防失速工具的压缩状态；

图3示意性显示了本实用新型实施例的心轴与第二外套的配合状态。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细实用新型，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

图1示意性显示了本实用新型实施例的钻井防失速工具10的伸展状态。图2示意性显示了本实用新型实施例的钻井防失速工具10的压缩状态。图3示意性显示了本实用新型实施例的心轴与第二外套的配合状态。如图1至图3所示，本发明实施例的钻井防失速工具10，包括接头1、第一外套2、内套3、活塞4、心轴5、和第二外套6。第一外套2两端分别与接头1和第二外套6以螺纹连接等可拆缷的方式连接。内套3和活塞4位于第一外套2内，活塞4外周与第一外套2内壁形成配合，并且，内套3的一端与接头1以螺纹连接等可拆缷的方式连接，内套3上远离接头1的一端位于活塞4内，活塞4上远离内套3的一端与心轴5以螺纹连接等可拆缷的方式连接。心轴5位于第二外套6内，第二外套6内壁设有螺旋槽，心轴5外周的中部设有能够与螺旋槽形成配合的外螺旋。第一外套2与内套3之间的环空间内设有磁性减振元件7，磁性减振元件7按照S极、N极匹配间隔布置，并且每组匹配的磁性减振元件7互不干涉。磁性减振元件7与活塞4之间设有轴承8。本发明实施例的钻井防失速工具，在钻井施工时可通过接头和心轴安装在紧靠钻头的钻柱上。当PDC钻头的扭矩达到一定值时，能够通过心轴与第二外套之间的螺旋副向上运动，扭矩转换为轴向力，同时将轴向力传递给活塞、轴承，克服磁性减振元件的磁力，压缩多组磁性减振元件之间的距离，因此整个钻井防失速工具处于压缩状态，整个钻井管柱变短，从而能够存储扭矩能量，此时钻头会被逐渐从井底提起，直到钻头回到原来的旋转速度。当钻头的扭矩减少时，多组磁性减振元件的间距恢复，推动轴承、活塞，通过心轴与第二外套间的螺旋副向下运动，释放扭矩能量，维持钻头正常钻井。相比现有技术，在整个工作过程之中，不会影响磁性减振元件的疲劳寿命，从而能够提高防失速工具的工作寿命。并且受井下条件的影响较小，减振储能效果好，对密封性要求小。具体地，在一个优选的实施方式中，磁性减振元件包括磁铁块。磁铁块作为磁性减振元件结构简单，不容易产生疲劳。磁铁块的内径、外径尺寸由钻井防失速工具的规格决定，具体地，由第一外套的内径、内套的外径限制，磁铁块的厚度、数量取决于工况需求，可以自由调节。

如图1和图2所示，本实用新型实施例的钻井防失速工具10，优选地，第一外套2与内套3之间的环空间两端分别设有垫片9。通过设置在内套与磁性减振元件之间和轴承与磁性减振元件之间的垫片，一方面可以将磁性减振元件稳定的布置在内套与第一外套之间的环空间内，另一方面可以防止磁性减振元件与内套和活塞之间的碰撞而产生磨损，因此进一步提高了防失速工具的工作寿命。通过调节垫片的高度、安装数量，可以改变磁性减震元件的预压力，用于设定工具的参数。

在一个优选的实施方式中，如图1和图2所示，活塞4与心轴5相互连接的部位设有紧定螺钉41。通过紧定螺钉加强连接强度，防止活塞与心轴发生周向位移。在一个优选的实施方式中，第二外套6上设有螺纹孔61和用于堵住螺纹孔61的螺塞62。可通过该螺纹孔向工具内倒入润滑油，使得第二外套与心轴的螺旋配合运动更加顺畅，入井后使用螺塞堵住该螺纹孔，防止润滑油溢出和井筒内的泥浆进入工具内部。

如图1和图2所示，进一步地，在一个优选的实施方式中，第二外套6上远离第一外套2的一端设有密封体101，并且密封体101以螺纹连接等可拆缷的方式与第二外套6连接。通过设置的密封体可以实现防失速工具与钻柱之间的密封，防止井筒内的泥浆进入工具内部。更进一步地，密封体101上远离第二外套6的一端内壁上设有第一密封装置1011和用于容纳第一密封装置1011的第一密封槽1012。通过设置第一密封装置可以进一步实现现防失速工具与钻柱之间的密封。

如图1和图2所示，在一个优选的实施方式中，内套3上靠近接头1的端部外周设有第二密封装置31和用于容纳第二密封装置31的第二密封槽32。通过设置的第二密封装置可以实现防失速工具与钻柱之间的密封，进一步防止井筒内的泥浆进入工具内部。在一个优选的实施方式中，活塞4上与内套3连接的端部外周设有第三密装置42和用于容纳第三密封装置42的第三密封槽43，活塞4上与5心轴连接的端部外周设有第四密封装置44和用于容纳第四密封装置44的第四密封槽45，活塞4上与所述心轴5连接的端部内壁设有第五密封装置46和用于容纳第五密封装置46的第五密封槽47。通过设置的多个密封装置可以更好地实现防失速工具与钻柱之间的密封，更进一步防止井筒内的泥浆进入工具内部。

在一个优选的实施方式中，接头1上远离内套3的一端设有用于与钻柱连接的螺纹，心轴5上远离活塞4的一端设有用于与钻柱连接的螺纹。采用螺纹连接等可拆缷的连接方式，使得整个工具安装和拆缷都简单快捷。

根据上述实施例，可见，根据本实用新型的钻井防失速工具用磁性减振元件代替弹簧，不容易疲劳，从而能够提高防失速工具的工作寿命。并且受井下条件的影响较小，减振储能效果好，对密封性要求小。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。