基于柔性杆的防滞动工具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于石油超深井钻探领域中基于柔性杆的防滞动工具，解决了钻井过程中出现卡滑导致破岩效率降低的问题。其主要技术方案是：减振总成、上部壳体、中部壳体、下部壳体依次通过螺纹相连；组合碟簧下端推动防掉管使中心管伸展，防掉管通过中部壳体上接头轴肩轴向定位；柔性杆系统为左旋，其上下端分别固定在中部壳体下端和中心管凸台上端的圆槽内，柔性杆上下端倾斜30~40度安装，且初始为拉伸状态；工作时分别通过组合碟簧传递钻压和柔性杆系统传递扭矩到中心管；当中心管反转时，柔性杆系统收缩，使中心管压缩组合碟簧轴向收缩来减小钻头切削深度，整个过程中钻头一直在岩层中。
【专利说明】
基于柔性杆的防滞动工具
技术领域
[0001]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基于柔性杆的防滞动工具。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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，本文提出基于柔性杆的防滞动工具。
【发明内容】
[0004]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，提尚破岩效率、减小起下钻的次数、延长钻头寿命，特提供基于柔性杆的防滞动工具。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是:基于柔性杆的防滞动工具，主要是由减振总成、调整垫圈、上部壳体、组合碟簧、防掉管、浮动密封圈、动密封圈、中部壳体、中心管、下部壳体、柔性杆、膨胀螺栓、调心轴承组合、O型密封圈b、锁紧接头、矩形密封圈f组成；其特征在于，减振总成包括上接头、矩形密封圈a、矩形密封圈b、矩形密封圈C、锁紧接头、O型密封圈a、上部吸振环、上部锁紧环、防掉中心管、垫圈、中部吸振环、花键接头、下部锁紧环、下部吸振环、矩形密封圈d、密封环、矩形密封圈e、中部接头，将矩形密封圈a与矩形密封圈b分别安装在上接头上，上部吸振环安装到上接头上，将矩形密封圈c、0形密封圈a与上部锁紧环安装在锁紧接头上使四者组合为一个整体，并通过锁紧接头与花键接头螺纹连接进行固定;上接头下端的外花键部分与花键接头的内花键配合传递扭矩，上接头下端依次安装垫圈与中部吸振环;将防掉中心管装入上接头内孔中，通过上接头内部轴肩对防掉中心管进行轴向下移限位;在防掉中心管下端依次安装下部锁紧环与下部吸振环，矩形密封圈d与矩形密封圈e安装到密封环上后，再一起安装到防掉中心管下端与中部接头之间；花键接头与中部接头螺纹连接，防掉中心管下端与中部接头螺纹连接，固定并防止减振总成部分下掉;在减振总成下端，中部接头、上部壳体、中部壳体、下部壳体、锁紧接头之间依次通过螺纹连接;在中部接头和上部壳体之间安装有组合碟簧，组合碟簧上端与中部接头下端凸台之间安装有调整垫圈，并通过中部接头下端凸台对组合碟簧上端进行轴向限位；在中部接头下端与上部壳体下端内壁之间安装有防掉管，防掉管上端与组合碟簧下端接触，并对组合碟簧下端进行轴向限位;在防掉管外壁与上部壳体下端内壁之间安装有浮动密封圈对组合碟簧内的润滑油进行密封;在中部接头下端外壁与防掉管内壁之间安装有动密封圈；防掉管下端与中心管通过螺纹相连，并由中部壳体上端接头轴肩对防掉管进行轴向下移限位;在中部壳体下端接头周向均匀开有圆槽，柔性杆系统中各柔性杆上端通过膨胀螺栓分别固定安装在均匀分布的各圆槽中，并与中部壳体构成一体;在中心管下端凸台上端周向均匀开有与中部壳体下端接头周向圆槽相对应的圆槽，柔性杆系统中各柔性杆下端通过膨胀螺栓分别固定安装在中心管凸台上端周向均布的圆槽中，并与中心管构成一体;柔性杆系统安装中，使柔性杆系统上端与下端保持30?40度的倾斜角度安装，同时中部壳体下端接头与中心管凸台上端之间保持一定的相对距离，使柔性杆系统处于拉伸的状态;在中心管凸台下端与下部壳体之间安装有调心轴承组合，调心轴承组合上下端分别通过下部壳体下端内壁凸台和锁紧接头上端进行定位;在锁紧接头和下部壳体下端螺纹连接处安装与O型密封圈b，锁紧接头内壁和中心管下端外壁之间安装有矩形密封圈。
[0006]本发明的有益效果是:(I)该工具通过上部装置组合碟簧能量释放促使中心管伸展至其全长，下部装置柔性杆系统控制工具的伸展和收缩，当井底钻头反扭矩超过设置扭矩时，组合碟簧和柔性杆系统会自动的收缩，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，随着钻具上扭矩的减小，组合碟簧释放能量作用到中心管，并通过柔性杆系统使钻具伸展，钻头始终保持在岩层中稳定地钻进;(2)组合碟簧的轴向收缩和柔性杆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；(4)利用多级吸振环吸收钻具工作时产生的轴向和径向振动，保证上部钻具的正常工作不受影响。
【附图说明】
[0007]图1是本发明基于柔性杆的防滞动工具的结构示意图。
[0008]图中:1.上接头、2.矩形密封圈a、3.矩形密封圈b、4.矩形密封圈c、5.锁紧接头、6.0型當封圈a、7.上部吸振环、8.上部锁紧环、9.防掉中心官、10.塾圈、11.中部吸振环、12.花键接头、13.下部锁紧环、14.下部吸振环、15.矩形密封圈d、16.密封环、17.矩形密封圈e、18.中部接头、19.调整垫圈、20.上部壳体、21.组合碟簧、22.防掉管、23.浮动密封圈、24.动密封圈、25.中部壳体、26.中心管、27.下部壳体、28.柔性杆、29.膨胀螺栓、30.调心轴承组合、31.0型密封圈b、32.锁紧接头、33.矩形密封圈f。
[0009]图2是本发明图1中柔性杆系统的正视图。
[0010]图中:25.中部壳体、26.中心管、28.柔性杆、29.膨胀螺栓。
【具体实施方式】
[0011]根据附图所示，基于柔性杆的防滞动工具，主要是由减振总成1-18、调整垫圈19、上部壳体20、组合碟簧21、防掉管22、浮动密封圈23、动密封圈24、中部壳体25、中心管26、下部壳体27、柔性杆28、膨胀螺栓29、调心轴承组合30、0型密封圈b31、锁紧接头32、矩形密封圈f33组成;其特征在于，减振总成1-18包括上接头1、矩形密封圈a2、矩形密封圈b3、矩形密封圈c4、锁紧接头5、0型密封圈a6、上部吸振环7、上部锁紧环8、防掉中心管9、垫圈10、中部吸振环11、花键接头12、下部锁紧环13、下部吸振环14、矩形密封圈dl5、密封环16、矩形密封圈el7、中部接头18，将矩形密封圈a2与矩形密封圈b3分别安装在上接头I上，上部吸振环7安装到上接头I上，将矩形密封圈c4、0形密封圈a6与上部锁紧环8安装在锁紧接头5上使四者组合为一个整体，并通过锁紧接头5与花键接头12螺纹连接进行固定;上接头I下端的外花键部分与花键接头12的内花键配合传递扭矩，上接头I下端依次安装垫圈10与中部吸振环11;将防掉中心管9装入上接头I内孔中，通过上接头I内部轴肩对防掉中心管9进行轴向下移限位;在防掉中心管9下端依次安装下部锁紧环13与下部吸振环14，矩形密封圈dl5与矩形密封圈el7安装到密封环16上后，再一起安装到防掉中心管9下端与中部接头18之间；花键接头12与中部接头18螺纹连接，防掉中心管9下端与中部接头18螺纹连接，固定并防止减振总成1-18部分下掉;在减振总成1-18下端，中部接头18、上部壳体20、中部壳体25、下部壳体27、锁紧接头32之间依次通过螺纹连接;在中部接头18和上部壳体20之间安装有组合碟簧21，组合碟簧21上端与中部接头18下端凸台之间安装有调整垫圈19，并通过中部接头18下端凸台对组合碟簧21上端进行轴向限位;在中部接头18下端与上部壳体20下端内壁之间安装有防掉管22，防掉管22上端与组合碟簧21下端接触，并对组合碟簧21下端进行轴向限位;在防掉管22外壁与上部壳体20下端内壁之间安装有浮动密封圈23对组合碟簧21内的润滑油进行密封;在中部接头18下端外壁与防掉管22内壁之间安装有动密封圈24;防掉管22下端与中心管26通过螺纹相连，并由中部壳体25上端接头轴肩对防掉管22进行轴向下移限位;在中部壳体25下端接头周向均匀开有圆槽，柔性杆系统中各柔性杆28上端通过膨胀螺栓29分别固定安装在均匀分布的各圆槽中，并与中部壳体25构成一体;在中心管26下端凸台上端周向均匀开有与中部壳体25下端接头周向圆槽相对应的圆槽，柔性杆系统中各柔性杆28下端通过膨胀螺栓29分别固定安装在中心管26凸台上端周向均布的圆槽中，并与中心管26构成一体;柔性杆系统安装中，使柔性杆系统上端与下端保持30?40度的倾斜角度安装，同时中部壳体25下端接头与中心管26凸台上端之间保持一定的相对距离，使柔性杆系统处于拉伸的状态;在中心管26凸台下端与下部壳体27之间安装有调心轴承组合30，调心轴承组合30上下端分别通过下部壳体27下端内壁凸台和锁紧接头32上端进行定位;在锁紧接头32和下部壳体27下端螺纹连接处安装与O型密封圈b31，锁紧接头32内壁和中心管26下端外壁之间安装有矩形密封圈33。
[0012]工作过程中，正常钻进时，组合碟簧21处于压缩状态，并推动防掉管22带动中心管26轴向伸展至全长，中心管26的轴向伸展通过中部壳体25上端接头轴肩进行轴向限位；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中部接头下端凸台压缩组合碟簧21，经过防掉管22传递到中心管26上，接着传递到钻头上;钻具外壳顺时针旋转过程中，通过柔性杆系统上端将扭矩传递到柔性杆系统下端中心管26上，中心管26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，同时使中心管26带动柔性杆系统下端开始逆时针旋转，而柔性杆系统上端与中部壳体25下端接头固定在一体一直保持顺时针旋转;此时，柔性杆系统下端的逆时针转动使柔性杆系统收缩，柔性杆系统的收缩带动中心管26轴向收缩，从而减小钻头的切削深度，中心管26收缩时带动防掉管22压缩压缩组合碟簧21;随着中心管26的收缩，钻头受到的反扭矩逐渐减小，当反扭矩消失时，储存在组合碟簧21中的轴向压缩能量和柔性杆系统中的扭矩缓慢释放，中心管26随着组合碟簧21能量的释放逐渐伸展至全长，并在柔性杆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。
【主权项】
1.基于柔性杆的防滞动工具，主要是由减振总成、调整垫圈、上部壳体、组合碟簧、防掉管、浮动密封圈、动密封圈、中部壳体、中心管、下部壳体、柔性杆、膨胀螺栓、调心轴承组合、O型密封圈b、锁紧接头、矩形密封圈f组成;其特征在于，减振总成(1-18)包括上接头(1)、矩形密封圈a(2)、矩形密封圈b(3)、矩形密封圈c(4)、锁紧接头(5)、0型密封圈a(6)、上部吸振环(7)、上部锁紧环(8)、防掉中心管(9)、垫圈(10)、中部吸振环(11)、花键接头(12)、下部锁紧环(13)、下部吸振环(14)、矩形密封圈d(15)、密封环(16)、矩形密封圈e( 17)、中部接头(18)，将矩形密封圈a(2)与矩形密封圈b(3)分别安装在上接头(I)上，上部吸振环(7)安装到上接头(I)上，将矩形密封圈c(4)、0形密封圈a(6)与上部锁紧环(8)安装在锁紧接头(5)上使四者组合为一个整体，并通过锁紧接头(5)与花键接头(12)螺纹连接进行固定;上接头(I)下端的外花键部分与花键接头(12)的内花键配合传递扭矩，上接头(I)下端依次安装垫圈(10)与中部吸振环(11);将防掉中心管(9)装入上接头(I)内孔中，通过上接头(I)内部轴肩对防掉中心管(9)进行轴向下移限位;在防掉中心管(9)下端依次安装下部锁紧环(13)与下部吸振环(14)，矩形密封圈d(15)与矩形密封圈e(17)安装到密封环(16)上后，再一起安装到防掉中七、官(9)下?而与中部接头(18)之间；花键接头(12)与中部接头(18)螺纹连接，防掉中心管(9)下端与中部接头(18)螺纹连接，固定并防止减振总成(1-18)部分下掉;在减振总成(1_18)下2而，中部接头(18)、上部冗体(20)、中部冗体(25)、下部冗体(27)、锁紧接头(32)之间依次通过螺纹连接;在中部接头(18)和上部壳体(20)之间安装有组合碟簧(21)，组合碟簧(21)上端与中部接头(18)下端凸台之间安装有调整垫圈(19)，并通过中部接头(18 )下端凸台对组合碟簧(21)上端进行轴向限位;在中部接头(18 )下端与上部壳体(20 )下端内壁之间安装有防掉管(22)，防掉管(22)上端与组合碟簧(21)下端接触，并对组合碟簧(21)下端进行轴向限位;在防掉管(22)外壁与上部壳体(20)下端内壁之间安装有浮动密封圈(23)对组合碟簧(21)内的润滑油进行密封;在中部接头(18)下端外壁与防掉管(22)内壁之间安装有动密封圈(24);防掉管(22)下端与中心管(26)通过螺纹相连，并由中部壳体(25)上端接头轴肩对防掉管(22)进行轴向下移限位;在中部壳体(25)下端接头周向均匀开有圆槽，柔性杆系统中各柔性杆(28)上端通过膨胀螺栓(29)分别固定安装在均匀分布的各圆槽中，并与中部壳体(25)构成一体;在中心管(26)下端凸台上端周向均匀开有与中部壳体(25)下端接头周向圆槽相对应的圆槽，柔性杆系统中各柔性杆(28)下端通过膨胀螺栓(29)分别固定安装在中心管(26)凸台上端周向均布的圆槽中，并与中心管(26)构成一体；柔性杆系统安装中，使柔性杆系统上端与下端保持30?40度的倾斜角度安装，同时中部壳体(25)下端接头与中心管(26)凸台上端之间保持一定的相对距离，使柔性杆系统处于拉伸的状态;在中心管(26)凸台下端与下部壳体(27)之间安装有调心轴承组合(30)，调心轴承组合(30)上下端分别通过下部壳体(27)下端内壁凸台和锁紧接头(32)上端进行定位;在锁紧接头(32)和下部壳体(27)下端螺纹连接处安装与O型密封圈b(31)，锁紧接头(32)内壁和中心管(26)下端外壁之间安装有矩形密封圈(33)。2.根据权利要求1所述的基于柔性杆的防滞动工具，其特征在于柔性杆(28)是由钛合金构成。
【文档编号】E21B17/00GK106050154SQ201610385147
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】田家林, 袁长福, 杨琳, 杨应林, 吴纯明, 刘刚, 杨志, 吴波
【申请人】西南石油大学