本發明涉及一種石油天然氣行業鉆井工程技術領域,特別是一種降低鉆柱粘滑振動的井下工具。
背景技術:
隨著人類對石油資源的需求越來越大,石油鉆井逐漸向深地層發展。在鉆深井和超深井下部地層時,常常伴隨著鉆柱粘滑振動。粘滑振動給鉆井作業帶來諸多危害。例如加快鉆頭磨損、增加能耗、引起鉆具共振、加快下部鉆具疲勞等。這些危害加快了鉆頭的疲勞失效,使鉆頭牙輪容易發生脫落、斷齒現象,從而增加了起下鉆次數和鉆井作業時間。
為了降低粘滑振動現象,目前國內外采取了一些措施。例如,設計一些井下減振工具,有井底減磨工具、粘滑振動減振器、扭力沖擊器和水力加壓器等。但大量的實踐證明這些工具對降低粘滑振動的作用不明顯,對于水力加壓器和扭力沖擊器等鉆井工具其結構復雜、零部件多、加工制造成本高、可靠性低。就目前情況來看,在鉆井行業中急需一種結構簡單,制造成本低、可靠性高、工作效果明顯的一種降低粘滑振動的井下工具。基于以上技術背景本發明特提供一種降低鉆柱粘滑振動的井下工具。
技術實現要素:
本發明的目的是:為了降低鉆頭在鉆深井或超深井下部地層時鉆柱粘滑振動。
為了達到上述目的本發明特采用以下技術方案:一種降低鉆柱粘滑振動的井下工具,是由上接頭、防掉螺帽、浮動活塞、密封圈I、密封圈II、上推力軸承、上軸承定位環、碟簧、下軸承定位環、下推力軸承、中心管、外殼體、注油螺釘、密封圈III、下接頭、排氣孔螺釘組成。其結構特征是:上接頭上部設置有螺紋,上接頭與上部鉆柱用螺紋連接,上接頭中部開有排氣孔,上接頭下部設置有螺紋,上接頭下部與外殼體上部用螺紋連接;中心管上部設置有螺紋,中心管上部與防掉螺帽螺紋連接,中心管下部設置有螺紋,中心管下部與下接頭上部用螺紋連接;浮動活塞內部開有密封溝槽,浮動活塞與中心管之間采用動密封;浮動活塞外部開有密封溝槽,浮動活塞與上接頭之間采用動密封;中心管下部設置有一臺階,中心管下部臺階上安裝有下推力軸承;中心管中部安裝有碟簧,碟簧上端安裝有上軸承定位環,碟簧下端安裝有下軸承定位環;上接頭中部設置有凸臺,凸臺和上軸承定位環之間安裝有上推力軸承;外殼體中部內側設置有多頭螺紋,下接頭中部外側與外殼體中部內側采用螺紋配合;下接頭中部設置有多頭螺紋,所述螺紋的螺旋升角無自鎖能力,所述螺紋頭數由螺紋所傳遞最大扭矩確定;下接頭下部設置有螺紋,下接頭下部與鉆頭上部采用螺紋連接。外殼體下部設置有注油孔,外殼體下端與下接頭外部下側采用動密封。
本發明的有益效果是:(1)本發明可實現下接頭和外殼體轉速差,使下接頭和外殼體相對軸向運動來才改變碟簧的壓縮量,從而來調節鉆柱傳遞給鉆頭的扭矩大小。(2)本發明可以使鉆頭在鉆井過程中的轉速波動控制在較小的范圍內,能降低鉆頭沖擊載荷,延長鉆頭壽命,同時可提高鉆井速度和鉆井質量。(3)本發明中浮動活塞可實現該工具外部鉆井液壓力與內部潤滑油壓力平衡。(4)本發明外殼體中部內側與下接頭中部外側采用多頭螺紋配合,可降低單個螺紋的載荷。
附圖說明
圖1是本發明一種降低鉆柱粘滑振動的井下工具的結構示意圖;
圖2是圖1中A處的局部放大圖;
圖3是圖1中B處的局部放大圖;
圖4是圖1中C處的局部放大圖;
圖5是圖1中下接頭的三維模型圖;
圖6是圖5中下接頭三維模型中多頭螺紋處的放大圖;
圖中:1.上接頭,2.防掉螺帽,3.浮動活塞,4.密封圈I,5.密封圈II,6.上推力軸承,7.上軸承定位環,8.碟簧,9.下軸承定位環,10.下推力軸承,11.中心管,12.外殼體,13.注油螺釘,14.密封圈III,15.下接頭,16.排氣孔螺釘,1a.凸臺。
具體實施方式
如圖1所示,本發明為一種降低鉆柱粘滑振動的井下工具,是由上接頭1、防掉螺帽2、浮動活塞3、密封圈I4、密封圈II5、上推力軸承6、上軸承定位環7、碟簧8、下軸承定位環9、下推力軸承10、中心管11、外殼體12、注油螺釘13、密封圈III14、下接頭15、排氣孔螺釘16組成。其結構特征是:上接頭1上部設置有螺紋,上接頭1與上部鉆柱用螺紋連接,上接頭1中部開有排氣孔,上接頭1下部設置有螺紋,上接頭1下部與外殼體12上部用螺紋連接;中心管11上部設置有螺紋,中心管11上部與防掉螺帽2螺紋連接,中心管11下部設置有螺紋,中心管11下部與下接頭15上部采用螺紋連接;浮動活塞3內部開有密封溝槽,浮動活塞3與中心管11之間采用動密封;浮動活塞3外部開有密封溝槽,浮動活塞3與上接頭1之間采用動密封;中心管11下部設置有一臺階,中心管11下部臺階上安裝有下推力軸承10;中心管11中部安裝有碟簧8,碟簧8上端安裝有上軸承定位環7,碟簧8下端安裝有下軸承定位環9;上接頭1中部設置有凸臺1a,凸臺1a和上軸承定位環7之間安裝有上推力軸承6;下接頭15中部外側設置有多頭螺紋,外殼體12中部內側設置有多頭螺紋,下接頭15中部外側與外殼體12中部內側采用螺紋配合;下接頭15中部設置有多頭螺紋,所述螺紋的螺旋升角無自鎖能力,所述螺紋頭數由螺紋所傳遞最大扭矩確定;下接頭15下部設置有螺紋,下接頭15下部與鉆頭上部采用螺紋連接;外殼體12下部設置有注油孔,外殼體12下端與下接頭15外部下側采用動密封。
本發明一種降低鉆柱粘滑振動的井下工具的工作原理是:本發明一種降低鉆柱粘滑振動的井下工具安裝在鉆柱和鉆頭之間。在鉆井時鉆柱將鉆壓和扭矩傳遞給上接頭1,上接頭1傳遞給外殼體12,外殼體12通過多頭螺紋傳遞給下接頭15,下接頭15再傳遞給鉆頭,從而實現破巖。當鉆頭遇到硬地層時,此時外殼體12與下接頭15將發生相對轉動,外殼體12將相對下接頭15相對向下運動。此時碟簧8將縮短,這使得外殼體12與下接頭15螺紋之間傳遞的扭矩將增大,直到鉆頭達到破巖扭矩為止,外殼體12與下接頭15將相對靜止。當鉆頭從停滯狀態突然滑脫,此時,鉆頭和下接頭15的轉速將大于外殼體12的轉速。外殼體12相對下接頭15向上運動,此時碟簧8將伸長,外殼體12傳遞給下接頭15的扭矩將逐漸變小,直到下接頭15和外殼體12達到相對靜止為止。本發明一種降低鉆柱粘滑振動的井下工具通過以上工作方式來降低鉆柱粘滑振動,實現鉆頭轉速波動在較小范圍內,降低鉆柱粘滑振動,以達到延長鉆頭壽命的目的,同時提高了鉆井速度和鉆井質量。