本发明专利技术提供的一种PDC钻头扭矩自平衡装置，是一种在钻头体内部或者连接接头内部的储能装置。主要由扭簧、储能体、底座、芯管和轴承构成。当钻头平稳转动时，储能装置储存能量不释放。当钻头遇到阻力突然降速时，储能装置释放能量，给钻头施加冲击力，提供更多能量辅助钻头破岩。当钻头克服阻力加速转动时，储能装置开始储能，减小钻头的加速度。通过这个装置实现钻头的储能、释放、冲击再储能的连续过程，在此过程中减小钻头的扭矩波动和振动，并把有害振动转变为钻头辅助破岩的能量，改善钻头扭矩波动和振动达到延长钻头寿命，提高机械钻速的目的。的目的。的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种PDC钻头扭矩自平衡装置
[0001]本专利技术涉及石油和地质钻探领域的一种辅助破岩井下工具，尤其是一种PDC钻头扭矩自平衡装置。
技术介绍
[0002]目前，石油地质钻井用的钻头以PDC钻头为主，PDC钻头所用切削齿为聚晶金刚石复合片，在工作过程中以刮削岩石方式破岩，在软到中硬地层中具有钻速快，进尺多的特点。然而在钻头钻进过程中经常会遇到软硬交错地层，导致钻头工作状态不稳，扭矩波动剧烈，甚至出现钻头憋停卡滑现象，从而造成PDC切削齿冲击损坏，钻头提前报废。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种PDC钻头扭矩自平衡装置。
[0004]其技术方案如下：一种PDC钻头扭矩自平衡装置，包括依次连接的上接头和下接头，还包括设置于上接头和下接头内部的储能装置、冲击结构和支撑结构；支撑结构包括：芯管和固设于芯管上端的密封盖，所述芯管下端固定连接底座；储能装置包括：转动套设于芯管的储能体和弹性连接件，所述弹性连接件上端固定连接储能体，下端固定连接底座，所述储能体下端通过冲击机构连接底座。
[0005]进一步的，所述冲击结构包括：设置于底座的花键一和设置于储能体下端的花键二，所述花键一和花键二组成花键冲击机构。
[0006]进一步的，所述支撑结构还包括下轴承和上轴承，在储能体的两端分别由下轴承和上轴承提供支撑。
[0007]进一步的，所述底座与下接头通过固定螺钉连接。
[0008]进一步的，所述下接头与上接头通过螺纹连接。
[0009]进一步的，所述芯管通过螺纹与底座连接。
[0010]进一步的，所述上接头和密封盖之间装有上密封圈。
[0011]进一步的，所述芯管和密封盖之间装有密封件。
[0012]进一步的，所述下接头和上接头之间装有中间密封圈。
[0013]进一步的，所述弹性连接件包括扭簧、碟簧、固体弹性体或液体弹性体。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种PDC钻头扭矩自平衡装置是一种储能装置，这种储能装置可以安装在钻头体内部也可以安装在与钻头连接的接头、或其他工具内。储能装置分为两部分，一部分是利用扭簧储蓄势能，另一部分是利用储能体储存机械能。当钻头平稳转动时，储能装置储存能量不释放。当钻头遇到阻力突然降速时，储能装置释放能量，给钻头施加冲击力，提供更多能量辅助钻头破岩。当钻头克服阻力加速转动时，储能装置开始储能，降低钻头的加速度，减小钻头的冲击损坏。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的PDC钻头扭矩自平衡装置剖面示意图。
[0016]图2为本专利技术的PDC钻头扭矩自平衡装置沿A
‑
A截面横向截面图。
[0017]图中：1、下密封圈，2、固定螺钉，3、底座，4、下轴承，5、下接头，6、中间密封圈，7、芯管，8、扭簧，9、储能体，10、上轴承，11、上密封圈，12、密封盖，13、密封件，14、上接头，31、花键一，91、花键二。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
[0019]参照附图，一种PDC钻头扭矩自平衡装置，包括下密封圈1、固定螺钉2、底座3、下轴承4、下接头5、中间密封圈6、芯管7、扭簧8、储能体9、上轴承10、上密封圈11、密封盖12、密封件13、上接头14。
[0020]所述上接头14、下接头5、钻头自上而下依次固定连接，内部装设储能装置、冲击结构和支撑结构的空间。
[0021]支撑结构包括芯管7和固设于芯管7上端的密封盖12，密封盖12固设于上接头14，芯管7下端通过螺纹与底座3连接。
[0022]储能装置包括转动套设于芯管7的储能体9和扭簧8，储能体9上端和密封盖12之间设有上轴承10，储能体9下端和底座3上端分别设有用于装设下轴承4的台阶，台阶之间装设有下轴承4。
[0023]所述扭簧8上端固定连接储能体9，下端固定连接底座3，所述储能体9下端通过冲击机构连接底座3。
[0024]所述冲击结构包括设置于底座3的花键一31和设置于储能体9下端的花键二91，所述花键一31和花键二91组成花键冲击机构，所述花键一31和花键二91的花键齿交错设置，中间留有转动空间。
[0025]储能体9的两端通过下轴承4和上轴承10提供支撑。
[0026]所述底座3与下接头5通过固定螺钉2连接。
[0027]所述下接头5与上接头14通过螺纹连接。
[0028]所述上接头14和密封盖12之间装有上密封圈11。
[0029]所述芯管7和密封盖12之间装有密封件13。
[0030]所述下接头5和上接头14之间装有中间密封圈6。
[0031]所述弹性连接件也可以是碟簧、固体弹性体或液体弹性体。
[0032]工作原理：储能体9通过扭簧8与底座3柔性连接，储能体9安装在下接头5和上接头14之间；底座3与下接头5通过固定螺钉2连接，下接头5与上接头14通过螺纹连接，芯管7通过螺纹与底座3连接。在储能体9的两端分别由下轴承4和上轴承10提供支撑，芯管7为扭簧8提供支撑并作为泥浆通道。
[0033]上接头14和密封盖12之间装有上密封圈11，芯管7和密封盖12之间装有密封件13，下街头和上街头之间装有中间密封圈6。
[0034]当钻头转动时，扭簧8通过与底座3连接跟随钻头一起转动，并产生弹性变形带动储能体9跟随一起转动，扭簧8和储能体9开始储存能量。
[0035]当钻头匀速转动时，储存能量不释放。
[0036]当钻头在钻进过程中由于破碎岩石阻力变化导致转速下降时，储能体9在惯性的作用下保持原有的转动状态，其转动速度大于钻头转速，开始冲击钻头，辅助钻头破岩，降低钻头扭矩，储能体9能量降低，转速下降；当钻头克服阻力后，开始加速转动时，储能体9通过扭簧8连接开始储能，进入储能状态，同时降低钻头的加速度，减小钻头的振动。
[0037]储能装置可以为整个钻头体的一部分，储能体9通过扭簧8与钻头柔性连接。
[0038]储能装置也可以设计在单独的钻具接头内，形成单一的扭矩自平衡接头，储能体9通过扭簧8与接头柔性连接，储能装置与螺杆钻具、涡轮钻具、扭冲工具、水力振荡器、多维冲击器、轴向振动器设计为一体式的扭矩自平衡工具。
[0039]尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由所附权力要求及其等同限定。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种PDC钻头扭矩自平衡装置，包括依次连接的上接头(14)和下接头(5)，其特征在于，还包括设置于上接头(14)和下接头(5)内部的储能装置、冲击结构和支撑结构；支撑结构包括：芯管和固设于芯管上端的密封盖(12)，所述芯管下端固定连接底座(3)；储能装置包括：转动套设于芯管的储能体(9)和弹性连接件，所述弹性连接件上端固定连接储能体(9)，下端固定连接底座(3)，所述储能体(9)下端通过冲击机构连接底座(3)。2.根据权利要求1所述的一种PDC钻头扭矩自平衡装置，其特征在于，所述冲击结构包括：设置于底座(3)的花键一(31)和设置于储能体(9)下端的花键二(91)，所述花键一(31)和花键二(91)组成花键冲击机构。3.根据权利要求1所述的一种PDC钻头扭矩自平衡装置，其特征在于，所述支撑结构还包括下轴承(4)和上轴承(10)，在储能体(9)的两端分别由下轴承(4)和上轴承(10)提供支撑。4.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉超，田京燕，于建宾，李红宣，关舒伟，彭烨，陈曦，黄立，王明瑞，张坤，张栋，孙骏，汪为涛，
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：
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