CN204402386U - 钻头扭矩恒定器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于石油天然气钻井用的钻头扭矩恒定器，其由上筒体、周向滑动轴承、密封组件、调心轴承、螺旋扭簧、下筒体组成。上筒体与下筒体两部分居中套装，存在相对的轴向移动及周向转动；上筒体的下部具有斜向孔，下筒体的上部具有斜向孔，螺旋扭簧装配在斜向孔中，上筒体与下筒体两部分通过一系列的螺旋扭簧连接；上、下筒体间装配有调心轴承、密封组件与周向滑动轴承。钻头扭矩恒定器在超出预先设定扭矩时使钻头旋转运动转化为向井口方向直线运动，减小钻压、消除减小钻井过程中钻头产生的冲击能量达到损坏级别且保持钻头工作扭矩恒定。本实用新型的结构简单、可靠，现场操作方便。

Description

钻头扭矩恒定器

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油天然气钻井的钻头扭矩恒定器，属于钻井井下工具领域。

背景技术

在一些新探区，油气藏埋藏深，地层坚硬，研磨性强，机械钻速低，钻井提速一直是现场面临的技术难题。在钻进过程中引起机械钻速低的主要因素为钻遇软硬交错地层时，容易发生卡滑现象，引起钻头和钻具的频繁憋跳和扭震，导致钻头崩齿、损坏、钻具断脱、井下钻井工具(旋转导向系统、垂钻系统)和随钻测量仪器的损坏。目前国内钻、修井作业过程中，尚不能够减少钻头在钻进过程中频繁发生制动、保持钻头的工作稳定性、防止钻头先期损坏，无法消除由于钻进软硬交错层状地层导致的钻柱扭矩波动、制动和失速以及降低由此带来的对井下电子测量仪器、钻柱螺纹的损害、防止井下设备失效。检索“钻头扭矩恒定器”关键词，无符合条件的公开专利存在。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够保持钻井作业过程中钻头扭矩不超过预设最大值且具有动态减振功能的钻头扭矩恒定器。

本实用新型的技术方案是：

一种钻头扭矩恒定器，主要由上筒体、螺旋扭簧、下筒体组成；其中：上筒体与下筒体两部分居中套装，上筒体与下筒体两部分通过螺旋扭簧连接；上筒体的下部具有斜向孔，下筒体的上部具有斜向孔，螺旋扭簧装配在斜向孔中。

上述方案还包括：

上筒体和下筒体之间还有周向滑动轴承和调心轴承。上筒体和下筒体之间还有密封组件，并位于调心轴承扶正与周向滑动轴承之间。上筒体和下筒体的端部分别设有内、外螺纹接头。

本实用新型的工作原理是：钻井作业时，钻头扭矩恒定器连接在钻井管柱中重要的钻具下部，例如在通过泥浆马达滑动钻进过程中或者转盘旋转钻进中应用时，安放在数据测量单元、传输单元以及重要整体精密仪器的下部。其工作过程是将增大的将引起钻头蹩钻的钻进扭矩转化为BHA的一个轴向收缩，使钻头的钻压立刻降低，钻压的快速降低引起钻头切削齿吃入地层深度的减少，从而维持钻头继续旋转。扭矩转化轴向收缩运动是通过一些列螺旋扭簧实现的，同时旋转运动转化为直线运动（超出设定扭矩时）的多余能量由高强度螺旋扭簧压缩储存，当钻头工作扭矩低于设定扭矩时，螺旋扭簧吸收的能量会反馈给钻头，在扭矩变小时对钻头施加压力，从而维持一个恒定的扭转载荷，这种能够吸收与释放能量的系统可以实现连续不断地工作，从而消除减小钻井过程中钻头产生的冲击能量达到损坏级别且保持钻头工作扭矩恒定。

本实用新型的钻头扭矩恒定器主要用来传递由于钻井破岩时产生的破坏性能量，其可以将超出预先设定的期望扭矩由旋转运动转化为沿着井眼轴线运动，保持钻井作业过程中钻头扭矩不超过预设最大值且具有动态减振功能的工具，很好的解决了钻头在钻进过程中，钻头和钻具的频繁憋跳和扭震导致钻具中能量的频繁存储释放，不受控制的能量释放导致钻具与钻头的应力集中，尤其是在目前钻井工程中大量使用机液电一体化的精密仪器，导致钻头崩齿、损坏、钻具断脱、井下钻井工具(旋转导向系统、垂钻系统)和随钻测量仪器的损坏，钻井作业过程中由于扭矩的剧烈波动导致上千米的钻具产生有害振动等问题。

综合上述，本实用新型的突出优点是：防止钻井工程中钻头卡滑产生的冲击能量达到损坏级别和优化岩石切削效率，结构简单、可靠，现场操作方便。

附图说明

图1为一种用于石油天然气钻井的钻头扭矩恒定器结构图；

图中：1 上筒体，2 预设扭矩，3 周向滑动轴承，4 密封组件，5 调心轴承，6 螺旋扭簧，7 中心孔，8下筒体。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型作进一步描述。

参见图1，钻头扭矩恒定器由上筒体1、周向滑动轴承3、密封组件4、调心轴承5、螺旋扭簧6、下筒体8组成。

其中，下筒体8下部具有标准API钻杆螺纹扣，通过其与下部钻具相连；上筒体1上部具有标准API钻杆螺纹扣，上、下筒体1、8连接且之间装配有调心轴承5与周向滑动轴承3，调心轴承5扶正上筒体1使其居中，周向滑动轴承3对上筒体1进行轴向限位；上筒体1与下筒体8之间装配有一系列的螺旋扭簧6，螺旋扭簧6起到导向机构的作用，螺旋扭簧6对上、下筒体1、8周向及轴向运动进行限位及转化，通过对一系列螺旋扭簧6的材料、厚度、螺旋参数及数量进行控制可以调整预设扭矩值的大小；上、下筒体1、8设有中心孔7过流泥浆，密封组件4装配在上、下筒体1、8径向，位于调心轴承5扶正与周向滑动轴承3之间，保证上、下筒体1、8内部中心孔7与井眼环空间的密封。

当井底钻头负载扭矩超出预设扭矩2时，通过螺旋扭簧6来实现将周向转动转化为轴向直线运动；当扭矩变大，超出预定扭矩2值，引起上、下筒体1、8周向及轴向运动，沿第一方向旋转使螺旋扭簧6压缩，下筒体8向上井口方向移动，钻压变小，扭转冲击能量转化，通过螺旋扭簧6压缩进行能量存储；当井底钻头扭矩变小，引起上、下筒体1、8周向及轴向运动，沿第二方向旋转使螺旋扭簧6伸长，下筒体8向下井底方向移动，通过螺旋扭簧6伸长进行能量释放。

钻井作业时，钻头扭矩恒定器连接在钻井管柱中重要的钻具下部，例如在通过泥浆马达滑动钻进过程中或者转盘旋转钻进中应用时，安放在数据测量单元、传输单元以及重要整体精密仪器的下部。其工作过程是将增大的将引起钻头蹩钻的钻进扭矩转化为BHA的一个轴向收缩，使钻头的钻压立刻降低，钻压的快速降低引起钻头切削齿吃入地层深度的减少，从而维持钻头继续旋转。扭矩转化轴向收缩运动是通过一些列螺旋扭簧6实现的，同时旋转运动转化为直线运动（超出设定扭矩时）的多余能量由高强度螺旋扭簧6压缩储存，当钻头工作扭矩低于设定扭矩时，螺旋扭簧6吸收的能量会反馈给钻头，在扭矩变小时对钻头施加压力，从而维持一个恒定的扭转载荷，这种能够吸收与释放能量的系统可以实现连续不断地工作，从而消除减小钻井过程中钻头产生的冲击能量达到损坏级别且保持钻头工作扭矩恒定。

Claims (4)

1.一种钻头扭矩恒定器，主要由上筒体（1）、螺旋扭簧（6）、下筒体（8）组成；其特征在于：上筒体（1）与下筒体（8）两部分居中套装，上筒体（1）与下筒体（8）两部分通过螺旋扭簧（6）连接；上筒体（1）的下部具有斜向孔，下筒体（8）的上部具有斜向孔，螺旋扭簧（6）装配在斜向孔中。

2.根据权利要求1所述的钻头扭矩恒定器，其特征在于：上筒体（1）和下筒体（8）之间还有周向滑动轴承（3）和调心轴承（5）。

3.根据权利要求2所述的钻头扭矩恒定器，其特征在于：上筒体（1）和下筒体（8）之间还有密封组件（4），密封组件（4）装配在上筒体（1）和下筒体（8）之间的接触面上，位于调心轴承（5）扶正与周向滑动轴承（3）之间。

4.根据权利要求2所述的钻头扭矩恒定器，其特征在于：上筒体（1）和下筒体（8）的端部分别设有内、外螺纹接头。