井下防卡滑装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的井下防卡滑装置安装在动力钻具与井下钻柱之间，当井眼有曲屈或者因地层原因发生托压现象，底部钻头空转，当继续加压钻进时，上部钻具突然释放，钻头瞬时重压吃入地层，PDC钻头发生卡滑导致动力马达制动失速，会造成马达憋压升高，钻具反扭矩增大，此时下腔室的压力大于上腔室压力，同时芯轴下部的扭转弹簧受到反扭力作用在芯轴上，这两种力同时克服上部钻具施加给芯轴的碟簧预紧力，使得上部碟簧压缩，把钻头瞬时提离井底，卡滑失速现象发生的初期就及时消除，保护了钻头和地面机泵的安全性，达到提高钻井破岩效率，降低钻井综合成本的目的。同时，井下防卡滑装置具有结构简单、操作方便、便于安装、安全可靠的优点。安全可靠的优点。安全可靠的优点。

【技术实现步骤摘要】
井下防卡滑装置


[0001]本专利技术涉及石油钻井领域的一种井下钻井工具，尤其是一种井下防卡滑装置。

技术介绍

[0002]在石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探的过程中，深井、超深井、大斜度井、大位移井等复杂结构井应用越来越广泛，对于钻井工艺技术提出了更高的要求。在钻井过程中，由于PDC钻头具有长寿命、钻速高的优点而大范围使用。
[0003]目前全世界钻井行业底部钻具中PDC+动力马达的底部钻具组合已经成了钻井的标配，但是由于PDC钻头固有的破岩机理决定了在钻进各种复杂地层，大位移定向井、长水平段水平井时容易发生瞬时卡滑失速现象，进而使动力马达发生制动，尤其在钻进大位移井、水平井、长稳斜段定向井和软地层井段的定向滑动钻进过程中，此时钻具不旋转只进行滑动钻进，钻具与井眼之间的摩阻大大增加，上部井眼中的钻具因井眼不规则不平滑，很容易发生曲屈，钻具在井眼中出现托压现象，同时钻具中扶正器和动力马达的上的扶正器也会在钻具滑动钻进中产生因摩阻大产生托压现象，当地面司钻继续加压的过程中托压瞬时释放，造成累积的的大钻突然传递到PDC钻头上，PDC钻头瞬时承受过大钻压而压入地层太深，吃入过多而造成螺杆钻具制动，这些制动产生地面泵压升高钻进工作无法继续进行、并且对井下钻具和地面管路、及泵等设备造成很大的过载损伤，同时也大大降低了PDC钻头的寿命，目前现场操作人员应对的方式只有关掉地面泥浆泵后上提钻具，然后再打开泥浆泵并大幅度上下活动钻具，直到井眼钻具畅通后才能继续钻进，但是在复杂结构井井眼轨道调整的滑动钻进中卡滑失速现象仍旧会频繁发生，占用了大量钻井时间，甚至三分之二时间都在处理卡滑现象，当出现这种情况时泵压瞬时升高到极限憋压，机泵经常受损严重，频繁修泵占用大量时间，大大降低了钻井速度，从而造成钻井成本增加，且对钻井设备造成了过载损害。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了减轻或者消除PDC钻头发生卡滑失速的影响，提高钻井速度，降低施工综合成本，为石油天然气钻井、地质勘探、矿山钻探的现场提供减轻或者消除PDC钻头产生卡滑和制动的影响的井下防卡滑装置。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种井下防卡滑装置，包括外壳体、芯轴、弹簧、扭转弹簧和下端盖；其中：所述外壳体上部设有上接头，下端与下端盖封堵连接配合，中段内壁设有环状凸起，形成上下两段环形凹槽，在中段环状凸起内壁设有外壳体花键，在上段环形凹槽壁上设有径向外通孔；所述芯轴安装在外壳体内，外壁沿轴向间隔设有上中下三段环形凸起，三段环形凸起外边缘均与外壳体内壁构成轴向滑动密封配合，上中两段环形凸起设置在外壳体上段环形凹槽内，并且分别置于径向外通孔的上、下方，下段环形凸起设置在外壳体下段环形凹槽
内，在芯轴下段环形凸起下方管壁上设有径向内通孔，在芯轴中下两段环形凸起之间的外壁上设有与外壳体中段环状凸起内壁设有的外壳体花键构成轴向滑动、周向限位配合，芯轴下端设有下接头；所述弹簧设置在芯轴上段环形凸起与外壳体上段环形凹槽内，并与芯轴上段环形凸起和外壳体上段环形凹槽构成挤压配合；所述扭转弹簧设置在芯轴下段环形凸起与外壳体下段环形凹槽内，并与芯轴下段环形凸起和外壳体下段环形凹槽构成挤压配合。
[0006]另一种井下防卡滑装置，包括外壳体、芯轴、弹簧、扭转弹簧和下端盖；其中：所述外壳体上部设有上接头，下端与下端盖封堵连接配合，中段内壁设有环状凸起，形成上下两段环形凹槽，在中段环状凸起内壁设有外壳体花键，在上段环形凹槽壁上设有径向外通孔；所述芯轴安装在外壳体内，外壁沿轴向间隔设有中下两段环形凸起，两段环形凸起外边缘均与外壳体内壁构成轴向滑动密封配合，中段环形凸起设置在外壳体上段环形凹槽内，并且置于径向外通孔的下方，下段环形凸起设置在外壳体下段环形凹槽内，在芯轴下段环形凸起下方管壁上设有径向内通孔，在芯轴中、下段环形凸起之间的外壁上设有与外壳体中段环状凸起内壁设有的外壳体花键构成轴向滑动、周向限位配合，芯轴下端设有下接头；所述弹簧设置在芯轴中段环形凸起与外壳体上段环形凹槽内，并与芯轴中段环形凸起和外壳体上段环形凹槽构成挤压配合；所述扭转弹簧设置在芯轴下段环形凸起与外壳体下段环形凹槽内，并与芯轴下段环形凸起和外壳体下段环形凹槽构成挤压配合。
[0007]上述方案进一步包括：所述弹簧为碟簧。芯轴上部与外壳体相接触部位安装有密封Ⅰ，芯轴环形凸起外边缘均与外壳体内壁相接触部位安装有密封Ⅱ，芯轴下部凸缘与外壳体下端盖之间装有密封Ⅲ。
[0008]井下防卡滑装置安装在动力马达与钻柱中间，当正常钻进时，泥浆动力马达驱动PDC钻头旋转钻进，由于PDC钻头固有的剪切破岩机理决定了在滑动钻进各种复杂地层时容易发生瞬时卡滑，进而使动力马达发生制动，随着现在深井和复杂结构井开发越来越多，勘探开发钻井中卡滑失速现象越来越多，这种现象直接影响钻头、地面机泵的寿命，延长钻井时间，制衡钻井效率，如果开始发生卡滑现象时能及时把钻头提离井底就会避免此现象的发生。
[0009]本专利技术中，正常钻进时，外壳体与芯轴之间通过内外花键啮合传递转盘扭矩，钻压通过压缩芯轴上部的碟簧传递到芯轴然后施加到钻头上，外壳体和芯轴之间有两个腔室，当PDC钻头刚吃入地层过多时，PDC钻头发生卡滑，会造成马达憋压升高，钻具反扭矩增大，此时下腔室的压力大于上腔室压力，同时芯轴下部的扭力弹簧受到反扭力作用在芯轴上，这两种力同时克服上部钻具施加给芯轴的弹簧力，使得上部碟簧压缩，把钻头瞬时提离井底，释放了制动失速造成的芯轴上的大反扭力和下部腔室的高压力，消除了钻头产生卡滑失速现象，一旦钻头上提，达到其合理剪切量时钻具内的流体恢复到了正常压力，防卡滑工具上下腔室压力达到了平衡，在钻压的作用下，芯轴下行，传递钻压到钻头，继续正常钻进。防止了因产生卡滑失速而终止钻进的现象，有效防止了钻头、地面机泵和管线和过载现象，
保护了钻头、地面机泵和管线的寿命，达到提高钻井施工效率，降低钻井综合成本的目的。
[0010]本专利技术在满足钻井安全的前提下，在井下安装可减轻或者消除PDC钻头产生卡滑和制动的井下防卡滑装置，能够有效降低或消除钻进过程中产生的卡滑效应，对于大位移井、水平井、长稳斜段定向井及复杂结构井的钻井速度有很大的现实意义。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：有效防止钻头、地面机泵和管线和过载现象，保护钻头、地面机泵和管线的寿命，达到提高钻井施工效率，降低钻井综合成本。同时，该专利技术工具还具有结构简单、便于安装、安全可靠的优点。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的井下防卡滑装置的安放位置示意图。
[0012]图2为本专利技术的井下防卡滑装置工作姿态时的结构剖视图。
[0013]图3是图2中A处局部斜视图。
[0014]图中：1.上部钻柱，2.井下防卡滑装置，3.动力马达，4.钻头，5.外壳体，6.密封Ⅰ，7.芯轴，8.弹簧，9.密封Ⅱ，10.外通孔，11.外壳体花键，12.芯轴花键，13.扭转弹簧，14.芯轴内通孔，15.下端盖，16.密封Ⅲ，17.上腔室，18.下腔室。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.井下防卡滑装置，其特征在于包括外壳体（5）、芯轴（7）、弹簧（8）、扭转弹簧（13）和下端盖（15）；其中：所述外壳体（5）上部设有上接头，下端与下端盖（15）封堵连接配合，中段内壁设有环状凸起，形成上下两段环形凹槽，在中段环状凸起内壁设有外壳体花键（11），在上段环形凹槽壁上设有径向外通孔（10）；所述芯轴（7）安装在外壳体（5）内，外壁沿轴向间隔设有上中下三段环形凸起，三段环形凸起外边缘均与外壳体（5）内壁构成轴向滑动密封配合，上中两段环形凸起设置在外壳体（5）上段环形凹槽内，并且分别置于径向外通孔（10）的上、下方，下段环形凸起设置在外壳体（5）下段环形凹槽内，在芯轴（7）下段环形凸起下方管壁上设有径向内通孔（14），在芯轴（7）中下两段环形凸起之间的外壁上设有与外壳体（5）中段环状凸起内壁设有的外壳体花键（11）构成轴向滑动、周向限位配合，芯轴（7）下端设有下接头；所述弹簧（8）设置在芯轴（7）上段环形凸起与外壳体（5）上段环形凹槽内，并与芯轴（7）上段环形凸起和外壳体（5）上段环形凹槽构成挤压配合；所述扭转弹簧（13）设置在芯轴（7）下段环形凸起与外壳体（5）下段环形凹槽内，并与芯轴（7）下段环形凸起和外壳体（5）下段环形凹槽构成挤压配合。2.根据权利要求1所述的井下防卡滑装置，其特征是：所述弹簧（8）为碟簧。3.根据权利要求1或2所述的井下防卡滑装置，其特征是：芯轴（7）上部与外壳体（5）相接触部位安装有密封Ⅰ（6），芯轴（7）环形凸起外边缘均与外壳体（5）内壁相接触部位安装有密封Ⅱ（9），芯轴（7）下部凸缘与外壳体（5）下端盖（15）之间装有密封Ⅲ（16）。...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏文安，牛洪波，杨春旭，曹继飞，刘晓兰，毕研涛，李文飞，
申请(专利权)人：中石化胜利石油工程有限公司中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：