一種pdc鉆頭抗制動裝置制造方法
【專利摘要】一種PDC鉆頭抗制動裝置，包括上接頭、碟簧、多頭外螺旋花鍵伸縮接頭和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭。其中是：上接頭下部與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭連接固定；多頭外螺旋花鍵伸縮接頭上端深入多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭內(nèi)，且多頭外螺旋花鍵伸縮接頭和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭通過局部螺旋花鍵傳動副構(gòu)成配合，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭下端伸出多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭外部，并帶有下接頭；碟簧設(shè)在上接頭與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭之間軸向環(huán)形空腔內(nèi)；多頭外螺旋花鍵伸縮接頭與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭之間還設(shè)有相互配合的止推臺階。本實用新型可提高鉆進機械鉆速，改善卡—滑嚴重的井眼鉆進效果，提高PDC鉆頭的使用壽命。
【專利說明】一種PDC鉆頭抗制動裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及石油天然氣鉆井、修井作業(yè)裝置或作業(yè)工具領(lǐng)域，尤其是一種roc鉆頭抗制動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]上世紀80年代興起的PDC鉆頭技術(shù)為全球鉆井工業(yè)的快速發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用，盡管PDC鉆頭效率很高，但已證明它產(chǎn)生的動力和能量沖擊的程度足以使其自身、底部鉆具組合(BHA)中的儀器部分和鉆柱連接扣遭到破壞，PDC鉆頭在鉆進快速劇烈變化地層期間由鉆頭與地層間的作用引起的振動通常很難預(yù)測，因此想通過鉆頭與鉆進參數(shù)的選擇來避免這樣的振動難以做到。目前國內(nèi)鉆、修井作業(yè)過程中，還沒有一種裝置能夠減少roc鉆頭在鉆進過程中頻繁發(fā)生制動，保持PDC鉆頭的工作穩(wěn)定性，防止鉆頭先期損壞，從而提高PDC鉆頭的機械鉆速和單只進尺；消除由于鉆進軟硬交錯層狀地層導(dǎo)致的鉆柱扭矩波動、制動和失速，以及由此帶來的對井下電子測量儀器、鉆柱螺紋的損害，從而達到降低振動、減少鉆柱制動、防止井下設(shè)備失效的目的。檢索“PDC鉆頭抗制動”關(guān)鍵詞，無符合條件的公開專利存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型目的是為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供一種PDC鉆頭抗制動裝置，依次克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，使用時只需要將PDC鉆頭抗制動裝置連接在鉆柱上，就能夠消除在難鉆地層中由切削齒導(dǎo)致的扭矩振動和鉆柱制動以及由此帶來的有害作用，能夠在多種應(yīng)用場合下減少振動，除了常規(guī)的鉆進作業(yè)以外，還可以減少擴劃眼和過油管磨銑作業(yè)過程中的振動。
[0004]本實用新型設(shè)計路線是將增大的引起鉆頭制動的鉆進扭矩轉(zhuǎn)化為底部鉆具組合的一個軸向收縮，鉆頭切削齒吃入地層深度減少，使鉆頭的鉆壓立刻降低，維持鉆進恒定的扭轉(zhuǎn)載荷。
[0005]本實用新型為解決上述技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種PDC鉆頭抗制動裝直，包括上接頭1、碟黃5、多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12。其中是:上接頭I下部與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12連接固定；多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10上端深入多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12內(nèi)，且多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12通過局部螺旋花鍵傳動副18構(gòu)成配合，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10下端伸出多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12外部，并帶有下接頭；碟簧5設(shè)在上接頭與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10之間軸向環(huán)形空腔內(nèi)；多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12之間還設(shè)有相互配合的止推臺階9。
[0007]上述方案還包括:所述的多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10是防掉接頭8和多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10兩部分連接構(gòu)成，其中防掉接頭8頂部與碟簧5對接，防掉接頭8下端部與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10連接處形成外止推臺階9 ;所述的多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12是由中筒體3和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12兩部分連接構(gòu)成，其中中筒體3上端部與上接頭固定連接，中筒體3下端部與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12連接處形成內(nèi)止推臺階9 ;內(nèi)、外止推臺階9之間構(gòu)成軸向阻擋配合。
[0008]上述方案進一步包括:
[0009]所述的上接頭I下部延伸有內(nèi)支撐管，該內(nèi)支撐管與中筒體3構(gòu)成環(huán)形空腔，碟簧5連同碟簧預(yù)緊環(huán)4裝在該環(huán)形空腔內(nèi)。
[0010]所述多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12下端通過螺紋連接密封套14，該密封套14與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10伸出部分構(gòu)成軸向滑動密封配合。
[0011]在套裝碟簧5的環(huán)形空間內(nèi)還設(shè)有位移傳感器6。
[0012]所述的防掉接頭8與中筒體3之間設(shè)有Y形密封圈7。
[0013]所述的多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10與密封套14之間通過防塵圈17、卡爾斯密封16和Y形密封圈15形成軸向滑動密封配合。
[0014]本發(fā)明的裝置應(yīng)用在鉆井、修井作業(yè)中，作為底部鉆具組合(BHA)的一個組成部分，PDC鉆頭抗制動裝置可以快速持續(xù)地阻止鉆頭制動，從而限制嚴重卡一滑振動的形成。這種井下PDC鉆頭抗制動裝置的工作原理是將增大的引起鉆頭制動的鉆進扭矩轉(zhuǎn)化為底部鉆具組合(BHA)的一個軸向收縮，使鉆頭的鉆壓立刻降低，鉆壓的快速降低引起鉆頭切削齒吃入地層深度的減少，從而維持鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。軸向收縮轉(zhuǎn)化是通過一個多頭螺旋花鍵傳動副實現(xiàn)的。正常狀態(tài)下多頭外螺旋花鍵伸縮接頭與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭處于螺旋花鍵嚙合狀態(tài)，在多頭外螺旋花鍵伸縮接頭頂部受壓的狀態(tài)下，多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭可以通過螺旋配合向多頭外螺旋花鍵伸縮接頭傳遞扭矩。碟簧預(yù)緊環(huán)數(shù)量設(shè)定預(yù)緊壓力大小，預(yù)緊壓力通過防掉接頭作用在多頭外螺旋花鍵伸縮接頭上，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭向下作用在多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭臺階上，限制其向下移動，預(yù)緊壓力通過多頭螺旋花鍵轉(zhuǎn)化為預(yù)設(shè)扭矩，在鉆進扭矩超出預(yù)設(shè)扭矩時，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭通過多頭螺旋花鍵向上運動。多頭外螺旋花鍵伸縮接頭下端收縮的同時，位于多頭外螺旋花鍵伸縮接頭和防掉接頭上部、PDC鉆頭抗制動裝置中筒體內(nèi)的高強度碟簧作為減振器會被壓縮，之后碟簧吸收的能量會反饋給系統(tǒng)中多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭。當作用于鉆頭上的轉(zhuǎn)矩降低時，PDC鉆頭抗制動裝置將相應(yīng)地伸長，可以自動增加扭矩，鉆頭將始終平穩(wěn)地鉆進，從而維持一個恒定的扭轉(zhuǎn)載荷。這種能夠吸收與釋放能量的系統(tǒng)可以實現(xiàn)連續(xù)不斷地工作，而不需要中途調(diào)整；上接頭內(nèi)支撐管上套裝的位移傳感器記錄井下PDC鉆頭抗制動裝置伸縮位移，起鉆后可以回放數(shù)據(jù)，用作地層分析對比應(yīng)用。
[0015]本實用新型的優(yōu)點是:可用于鉆井、修井作業(yè)中提高機械鉆速，改善卡一滑嚴重的井眼鉆進效果，提高PDC鉆頭的使用壽命。本實用新型還可用于非PDC鉆頭，改善扭矩突然增大引起的鉆頭磨損。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的PDC鉆頭抗制動裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1、上接頭，2、0形密封圈，3中筒體，4碟簧預(yù)緊環(huán)，5、碟簧，6、位移傳感器，7、Y形密封圈，8、防掉接頭，9、止推臺階，10、多頭外螺旋花鍵伸縮接頭，11、O形密封圈，12、多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭，13,0形密封圈，14密封套，15,Y形密封圈，16、卡爾斯密封，17、防塵圈，18、螺旋花鍵傳動副。
【具體實施方式】
[0018]實施例1，參考附圖1，一種PDC鉆頭抗制動裝置，包括上接頭1、碟簧5、多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12。其中是:上接頭I下部與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12連接固定；多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10上端深入多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12內(nèi)，且多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12通過局部螺旋花鍵傳動副18構(gòu)成配合，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10下端伸出多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12外部，并帶有下接頭；碟簧5設(shè)在上接頭與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10之間軸向環(huán)形空腔內(nèi)；多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12之間還設(shè)有相互配合的止推臺階9。
[0019]實施例2，在實施例1的基礎(chǔ)上還包括:所述的多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10是防掉接頭8和多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10兩部分連接構(gòu)成，其中防掉接頭8頂部與碟簧5對接，防掉接頭8下端部與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10連接處形成外止推臺階9 ;所述的多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12是由中筒體3和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12兩部分連接構(gòu)成，其中中筒體3上端部與上接頭固定連接，中筒體3下端部與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12連接處形成內(nèi)止推臺階9 ;內(nèi)、外止推臺階9之間構(gòu)成軸向阻擋配合。
[0020]基于上述實施例1或2的方案進一步包括:
[0021]所述的上接頭I下部延伸有內(nèi)支撐管，該內(nèi)支撐管與中筒體3構(gòu)成環(huán)形空腔，碟簧5連同碟簧預(yù)緊環(huán)4裝在該環(huán)形空腔內(nèi)。
[0022]所述多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12下端通過螺紋連接密封套14，該密封套14與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10伸出部分構(gòu)成軸向滑動密封配合。
[0023]在套裝碟簧5的環(huán)形空間內(nèi)還設(shè)有位移傳感器6。
[0024]所述的防掉接頭8與中筒體3之間設(shè)有Y形密封圈7。
[0025]所述的多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10與密封套14之間通過防塵圈17、卡爾斯密封16和Y形密封圈15形成軸向滑動密封配合。
[0026]實施例3，下面結(jié)合說明書附圖給出對本實用新型的一種典型實施例。
[0027]參照附圖1，一種PDC鉆頭抗制動裝置，包括上接頭1、中筒體3、碟簧預(yù)緊環(huán)4、碟簧5、位移傳感器6、防掉接頭8、多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10、多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12、密封套14、防塵圈17和密封圈2、7、11、13、15、16。多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10上套裝有密封套14，密封套14與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10之間設(shè)有密封圈15、16與防塵圈17。上接頭I上方接鉆鋌，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10下端帶有的下接頭接PDC鉆頭。
[0028]多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12中段設(shè)有公螺旋花鍵，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10的對應(yīng)位置設(shè)有母螺旋花鍵，多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10通過可旋入的公、母螺旋花鍵組成螺旋配合的螺旋花鍵傳動副18。多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12下端通過螺紋與密封套14連接，多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12內(nèi)設(shè)有止推臺階9，多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12上端通過螺紋連接中筒體3。多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10下端為標準鉆具扣型，向下為連接鉆頭方向，上端通過螺紋連接防掉接頭8。中筒體3上端連接上接頭1，上接頭I部延伸有碟簧5內(nèi)支撐管，內(nèi)支撐管下端插入防掉接頭8內(nèi)。內(nèi)支撐管上套有碟簧預(yù)緊環(huán)4、碟簧
5、位移傳感器6，裝在中筒體3內(nèi)部。上接頭I與中筒體3、中筒體3與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12、多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12與密封套14、之間分別設(shè)有O形密封圈2、11、13，防掉接頭8與中筒體3之間設(shè)有雙向Y形密封圈7，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10與密封套14間設(shè)有防塵圈17、卡爾斯密封16和Y形密封圈15。
[0029]該井下PDC鉆頭抗制動裝置的工作原理是將增大的將引起鉆頭制動的鉆進扭矩轉(zhuǎn)化為底部鉆具組合(BHA)的一個軸向收縮，使鉆頭的鉆壓立刻降低，鉆壓的快速降低引起鉆頭切削齒吃入地層深度的減少，從而維持鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。軸向收縮轉(zhuǎn)化是通過一個多頭螺旋花鍵傳動副實現(xiàn)的，正常狀態(tài)下多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12處于螺旋嚙合狀態(tài)，多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12可以通過螺旋配合向多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10傳遞扭矩。碟簧預(yù)緊環(huán)4數(shù)量設(shè)定預(yù)緊壓力大小，預(yù)緊壓力通過防掉接頭8作用在多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10上，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10向下作用在多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12臺階上，限制其向下移動，預(yù)緊壓力通過多頭螺旋花鍵轉(zhuǎn)化為預(yù)設(shè)扭矩，在鉆進扭矩超出預(yù)設(shè)扭矩時，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10通過多頭螺旋花鍵向上運動，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10下端伸出多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12的部分發(fā)生縮頸，整個PDC鉆頭抗制動裝置的軸向長度變短。多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10下端收縮的同時，位于多頭外螺旋花鍵伸縮接頭10和防掉接頭8上部、PDC鉆頭抗制動裝置中筒體3內(nèi)的高強度碟簧5作為減振器會被壓縮，之后碟簧5吸收的能量會反饋給系統(tǒng)中多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭12，當作用于鉆頭上的轉(zhuǎn)矩降低時，PDC鉆頭抗制動裝置將相應(yīng)地伸長，可以自動增加扭矩，鉆頭將始終平穩(wěn)地鉆進，從而維持一個恒定的扭轉(zhuǎn)載荷。這種能夠吸收與釋放能量的系統(tǒng)可以實現(xiàn)連續(xù)不斷地工作，而不需要中途調(diào)整。上接頭I內(nèi)支撐管上套裝的位移傳感器6記錄井下roc鉆頭抗制動裝置伸縮位移，位移傳感器采用磁感應(yīng)滑塊直線環(huán)形位移傳感器，內(nèi)置電池與大容量存儲器，有效行程滿足要求，設(shè)有緩沖行程，精度滿足0.15%?0.04%滿量程范圍，表面處理，防腐蝕，內(nèi)置導(dǎo)電塑料測量單元，無溫漂，壽命長，起鉆后可以回放數(shù)據(jù)，用作地層分析對比應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種PDC鉆頭抗制動裝置，包括上接頭(I)、碟簧(5)、多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10 )和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭(12 )，其特征是:上接頭(I)下部與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭(12)連接固定；多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10)上端深入多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭(12)內(nèi)，且多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10)和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭(12)通過局部螺旋花鍵傳動副(18)構(gòu)成配合，多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10)下端伸出多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭(12)外部，并帶有下接頭；碟簧(5)設(shè)在上接頭與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10)之間軸向環(huán)形空腔內(nèi)；多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10)與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭(12)之間還設(shè)有相互配合的止推臺階(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PDC鉆頭抗制動裝置，其特征是:所述的多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10)是防掉接頭(8)和多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10)兩部分連接構(gòu)成，其中防掉接頭(8)頂部與碟簧(5)對接，防掉接頭(8)下端部與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10)連接處形成外止推臺階(9);所述的多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭(12)是由中筒體(3)和多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭(12)兩部分連接構(gòu)成，其中中筒體(3)上端部與上接頭固定連接，中筒體(3)下端部與多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭(12)連接處形成內(nèi)止推臺階(9);內(nèi)、外止推臺階(9)之間構(gòu)成軸向阻擋配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PDC鉆頭抗制動裝置，其特征是:所述的上接頭(I)下部延伸有內(nèi)支撐管，該內(nèi)支撐管與中筒體(3)構(gòu)成環(huán)形空腔，碟簧(5)連同碟簧預(yù)緊環(huán)(4)裝在該環(huán)形空腔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PDC鉆頭抗制動裝置，其特征是:所述多頭內(nèi)螺旋花鍵接頭(12)下端通過螺紋連接密封套(14)，該密封套(14)與多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10)伸出部分構(gòu)成軸向滑動密封配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PDC鉆頭抗制動裝置，其特征是:在套裝碟簧(5)的環(huán)形空間內(nèi)還設(shè)有位移傳感器(6 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的roc鉆頭抗制動裝置，其特征是:所述的防掉接頭(8)與中筒體(3)之間設(shè)有Y形密封圈(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PDC鉆頭抗制動裝置，其特征是:所述的多頭外螺旋花鍵伸縮接頭(10)與密封套(14)之間通過防塵圈(17)、卡爾斯密封(16)和Y形密封圈(15)形成軸向滑動密封配合。
【文檔編號】E21B4/00GK203614028SQ201320663352
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月27日
【發(fā)明者】張輝, 蔡文軍, 梁海明, 魯金峰 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院