一种钻柱旋转加压工具制造技术

本发明专利技术提供了一种钻柱旋转加压工具，主要由上接头、上止推轴承、下止推轴承、中筒、外筒、限位筒、内筒、钢珠、弹簧和下接头组成。滑动钻进时，外筒内花键和中筒外花键完全分离，开泵，内筒下行将外筒和中筒锁紧，实现其上部钻具旋转且下部钻具不旋转工作状态。复合钻进时，外筒内花键和中筒外花键完全啮合，开泵，内筒下行将外筒和中筒锁紧，实现其上、下部钻具同时旋转工作状态。停泵后，内筒利用弹簧弹性复位，实现两种工作状态互换。因此，钻柱旋转加压工具在滑动钻进时具有旋转加压功能，可有效解决定向井、水平井中滑动钻进的托压问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利属于石油钻井机械领域，具体涉及一种钻柱旋转加压工具，用于解决定向井、水平井钻井过程中滑动钻进托压问题，提高钻井时效，降低钻井成本。
技术介绍
钻井是把地下油气资源开采到地面的必然途径。根据设计井眼轨迹形状，石油井可分为直井、定向井和水平井。在定向井、水平井钻井过程中，井眼轨迹根据其空间参数(包括井深、井斜和方位)变化通常可划分为造斜井段(包括增斜段、降斜段或扭方位段)和稳斜井段(包括直井段、稳斜段或水平段)。在造斜井段，使用螺杆钻具增斜、降斜或者扭方位作业时，螺杆钻具驱动钻头破岩钻进，井下钻具不旋转，而是在地面钻压作用下克服井壁磨阻推着钻头向前滑行，因此，使用螺杆钻具增斜、降斜或者扭方位钻进也称为滑动钻进。在稳斜井段，井下钻具和螺杆钻具共同驱动钻头破岩钻进，因此，使用螺杆钻具稳斜钻进也称为复合钻进。在滑动钻进时，钻具因自身重力贴着井眼底部向前滑行，钻具与井壁之间存在磨阻，因此，钻头上实际钻压等于地面钻压减去钻具磨阻之差值，或者说，实际钻压小于地面钻压，钻井速度明显减慢，我们把这种现象称为托压。在大斜度段、水平段中，滑动钻进时钻具磨阻随着井斜增大呈现出数量级递增，当钻具磨阻大于地面钻压时，钻井无进尺，或者说，无论地面施加多大钻压，钻压都无法有效传递到钻头上，甚至钻具屈曲变形，连钻具都无法输送到井眼底部。但是，在相同井段，复合钻进机械钻速要远远大于滑动钻进机械钻速，或者说，复合钻进时托压现象要明显好于滑动钻进。由此来看，复合钻进时钻具旋转能够在很大程度上降低钻具磨阻，从而达到减缓或解决托压之目的。另外，在滑动钻进时，钻具因自身重力贴着井眼底部向前滑行，井眼环空呈顶部大、底部小的月牙形状，环空泥浆流速不均匀，其环空底部泥浆流速极小甚至不流动，泥浆中岩屑等固相颗粒极易沉淀形成岩屑床，进一步增加钻具磨阻，托压也随之增大。相反，在复合钻进时，钻具旋转在某种程度上改变井眼环空泥浆流态，减缓或避免形成岩屑床，也间接降低钻具磨阻，托压也随之缓解。既然井下钻具旋转可有效解决托压问题，那么，就有必要设计出一种钻柱旋转加压工具，并把该工具安装在钻具屈曲井深前面位置。在定向井、水平井滑动钻进时，钻头与钻柱旋转加压工具之间钻具不旋转，仍然滑动钻进，钻柱旋转加压工具与转盘之间钻具在转盘(或顶驱)驱动下旋转，这样，就可以解决托压问题，具有很好的经济效益和社会效益。专利技术专利内容本专利技术专利的目的是提供一种钻柱旋转加压工具，用于解决定向井、水平井钻井过程中滑动钻进托压问题，提高钻井时效，降低钻井成本。本专利技术专利采用如下具体技术方案实现：钻柱旋转加压工具主要由上接头、上止推轴承、下止推轴承、中筒、外筒、限位筒、内筒、钢珠、弹簧和下接头组成。外筒上端是特殊螺纹母扣且与上接头连接在一起。上接头是石油钻具转换接头，其上端是石油钻具螺纹母扣，用于连接上部钻具，其下端面通过螺钉安装固定上止推轴承。因此，上接头、上止推轴承和外筒共同组成钻柱旋转加压工具的外层结构。中筒上端面通过螺钉安装固定下止推轴承；其管体加工六个锁紧孔放置有钢珠，用于限制中筒和外筒相对移动；其下端是特殊螺纹公扣，用于连接下接头。下接头是石油钻具转换接头，其下端是石油钻具螺纹公扣，用于连接下部钻具。因此，下止推轴承、中筒、钢珠和下接头共同组成钻柱旋转加压工具的中层结构。弹簧、内筒和限位筒安装在中筒内孔中，且通过限位筒上端螺纹可以调节内筒位置使其限位槽对准中筒锁紧孔，然后，把钢珠放置在中筒锁紧孔中且与中筒外壁持平，确保中筒顺利安装在外筒内孔中。因此，弹簧、内筒和限位筒共同组成钻柱旋转加压工具的内层结构。外筒内壁下端、中筒外壁上端及内筒限位槽上、下外壁均加工多道密封槽，安装相应规格型号密封圈，使中筒与外筒之间、中筒与内筒之间实现液动密封，确保钢珠工作环境不受泥浆污染，钻柱旋转加压工具井下工作安全可靠。因此，内筒、中筒和外筒上的多道密封圈共同构成了钻柱旋转加压工具的密封系统。外筒内壁设置有内花键。内花键的齿数、齿根径、齿顶径、齿宽和齿长等参数与中筒外花键相匹配，且花键齿上端设计成圆角锥形结构，便于外筒内花键与中筒外花键啮合。中筒外壁设置有外花键。外花键的齿数、齿根径、齿顶径、齿宽和齿长等参数与外筒内花键相匹配，且花键齿下端设计成圆角锥形结构，便于中筒外花键与外筒内花键啮合。外筒内花键和中筒外花键共同组成钻柱旋转加压工具的离合机构。滑动钻进时，外筒内花键和中筒外花键分离，钻柱旋转加压工具把上、下部钻具分开，钻头与钻柱旋转加压工具之间钻具滑动钻进，钻柱旋转加压工具与转盘之间钻具可旋转；复合钻进时，外筒内花键和中筒外花键啮合，整个钻具仍然是一个整体在转盘驱动下共同旋转。外筒内壁在内花键下方设置两组限位槽，即上组限位槽和下组限位槽，每组限位槽均设计两个限位槽。其槽宽略大于钢珠直径，槽深略大于钢珠半径。中筒管体在外花键下方设置两排锁紧孔，对应每组限位槽中的两个限位槽。每排三个锁紧孔呈120°均布，上、下两排锁紧孔周向错开60°，其孔径略大于钢珠直径。内筒外壁设置一组限位槽，即两个限位槽，对应中筒管体上的两排锁紧孔。其槽宽略大于钢珠直径，槽深略大于钢珠半径。外筒限位槽、中筒锁紧孔与内筒限位槽共同组成钻柱旋转加压工具的锁紧机构。当外筒上组限位槽与中筒锁紧孔对齐时，开泵，高压泥浆推动内筒下行，压缩弹簧，将钢珠挤到外筒限位槽和中筒锁紧孔形成空间内并将外筒和中筒锁紧，钻柱旋转加压工具属滑动钻进工作状态；当外筒下组限位槽与中筒锁紧孔对齐时，开泵，高压泥浆推动内筒下行，压缩弹簧，将钢珠挤到外筒限位槽和中筒锁紧孔形成空间内并将外筒和中筒锁紧，钻柱旋转加压工具属复合钻进工作状态；停泵，内筒利用弹簧弹性自动复位，内筒限位槽与中筒锁紧孔对齐，钢珠可被挤到中筒锁紧孔和内筒限位槽形成空间内，实现外筒和中筒两种工作状态互换。除每组限位槽设置两个限位槽外，每组限位槽应设计多少个限位槽？主要取决于制造中筒和外筒的钢材强度、机械加工工艺水平及钻柱旋转加压工具工作环境，因此，需要在设计制造过程中综合考虑确定。除圆弧形外，限位槽几何形状设计成方形还是其他形状？要取决于制造中筒和外筒的钢材强度、锁紧体形状(例如钢珠)及机械加工工艺水平，因此，需要在设计制造过程中综合考虑确定。上止推轴承、下止推轴承使用时间是决定钻柱旋转加压工具工作寿命因素之一，因此，上止推轴承、下止推轴承的接触面均布镶嵌硬质合金块且研磨平整光滑，同时，接触面设计有泥浆流道，用于冷却、润滑轴承，防止硬质合金块烧结。本专利技术专利的有益效果是：当滑动钻进时，无论何种工况，开泵前都要先下放钻具一定高度或者说必须先有一个下放钻具过程，外筒内花键和中筒外花键完全分离，与此同时，外筒上组限位槽与中筒锁紧孔对齐，开泵，高压泥浆推动内筒下行，压缩弹簧，将钢珠挤到外筒限位槽和中筒锁紧孔形成空间内并将外筒和中筒锁紧，钻柱旋转加压工具属滑动钻进工作状态，从而实现钻头与钻柱旋转加压工具之间钻具滑动钻进，钻柱旋转加压工具与转盘之间钻具可旋转，期间，上部钻具钻压通过上接头、上止推轴承、下止推轴承、中筒和下接头传递给下部钻具。当复合钻进时，无论何种工况，开泵前都要先上提钻具一定高度或者说必须先有一个上提钻具过程，外筒内花键和中筒外花键完全啮合，与此同时，外筒下组限位槽与中筒锁紧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻柱旋转加压工具，其特征在于：钻柱旋转加压工具主要由上接头(1)、上止推轴承(2)、下止推轴承(3)、中筒(4)、外筒(5)、限位筒(6)、内筒(7)、钢珠(8)、弹簧(9)和下接头(10)组成。

【技术特征摘要】
1.一种钻柱旋转加压工具，其特征在于：钻柱旋转加压工具主要由上接头(1)、上止推轴承(2)、下止推轴承(3)、中筒(4)、外筒(5)、限位筒(6)、内筒(7)、钢珠(8)、弹簧(9)和下接头(10)组成。2.根据权利要求1所述的一种钻柱旋转加压工具，其特征在于：外筒(5)上端是特殊螺纹母扣且与上接头(1)连接在一起；上接头(1)是石油钻具转换接头，其上端是石油钻具螺纹母扣，用于连接上部钻具，其下端面通过螺钉安装固定上止推轴承(2)；上接头(1)、上止推轴承(2)和外筒(5)共同组成钻柱旋转加压工具的外层结构。3.根据权利要求1所述的一种钻柱旋转加压工具，其特征在于：中筒(4)上端面通过螺钉安装固定下止推轴承(3)；中筒(4)管体加工六个锁紧孔均放置有钢珠(8)用于限制中筒(4)和外筒(5)相对移动；中筒(4)下端是特殊螺纹公扣，用于连接下接头；下接头(10)是石油钻具转换接头，其下端是石油钻具螺纹公扣，用于连接下部钻具；下止推轴承(3)、中筒(4)、钢珠(8)和下接头(10)共同组成钻柱旋转加压工具的中层结构。4.根据权利要求1所述的一种钻柱旋转加压工具，其特征在于：弹簧(9)、内筒(7)和限位筒(6)安装在中筒(4)内孔中，且通过限位筒(6)上端螺纹可以调节内筒(7)位置使其限位槽对准中筒(4)锁紧孔，然后，把钢珠(8)放置在中筒(4)锁紧孔中且与中筒(4)外壁持平，确保中筒(4)顺利安装在外筒(5)内孔中，因此，弹簧(9)、内筒(7)和限位筒(6)共同组成钻柱旋转加压工具的内层结构。5.根据权利要求1所述的一种钻柱旋转加压工具，其特征在于：外筒(5)内壁下端、中筒(4)外壁上端及内筒(7)限位槽上、下外壁均加工多道密封槽，安装相应规...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴绪建，
申请(专利权)人：裴绪建，
类型：发明
国别省市：河南;41