一种钻井用恒压恒扭工具的制作方法

1.本实用新型属于石油与天然气钻探工程井下工具技术领域，具体地说涉及一种用于超深井、大位移井中避免卡钻与降低粘滑的恒压恒扭工具。


背景技术：

2.随着我国工业的不断发展，石油、天然气的需求开采量也日益增多，这种局面导致浅层油气资源的枯竭，为了缓解石油资源的短缺问题，开始向深井、超深井进行石油开采。但是，在钻探超深井、大位移井、水平井过程中，在连续油管作业过程中，尤其遇到软硬交错的地层时，pdc钻头在钻进时容易出现卡滑的现象，引起钻头和钻具的频繁憋跳和扭振，导致钻头崩齿、损坏、mwd测井仪器的信号丢失及井下钻具组合的损坏，使钻头机械钻速和破岩效率降低，钻井成本增加。目前大部分钻井现场采用起下钻的方式解决憋钻、卡钻现象，钻井效率将会大大降低。
3.基于此，为了防止钻头出现卡钻、憋钻和扭振现象，提高钻井效率，本文提出了一种解决以上问题的恒压恒扭工具。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种利用碟簧组吸收轴向和径向上的振动能量，从而实现恒定钻压和扭矩的恒压恒扭工具。大导程的多头螺纹设计，能快速将钻头钻遇地层产生的轴向和径向振动负荷传递给碟簧组吸收，达到恒压恒扭的目的。
5.本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
6.一种钻井用恒压恒扭工具，包括上壳体、通过螺纹与上壳体连接的上接头、通过螺纹与上壳体连接的中壳体、通过螺纹与上接头相连的芯轴、通过螺纹与中壳体连接的下壳体、通过螺纹与下接头连接的活塞，通过螺纹与下接头连接的补偿接头，通过螺纹与芯轴连接的螺母，上接头与芯轴之间装有碟簧组i和碟簧组ii，补偿接头与芯轴之间装有碟簧组iii，安装于碟簧组i与碟簧组ii之间的限位挡环，所述芯轴上开设有内通孔、芯轴旁通孔及限位台阶，中壳体内部开设有多头螺纹槽及注油孔，下接头外部开设有多头螺纹槽，下壳体内部开设有组合密封槽及注油孔，活塞外部开设有组合密封槽，下接头可通过多头螺纹槽的啮合实现径向位置和轴向位置的切换。
7.作为优选，所述芯轴上开设有限位台阶，通过与限位挡环的配合，可以对碟簧组i的压缩量进行限位，防止碟簧组i过度压缩。
8.作为优选，所述中壳体的多头螺纹槽及下接头的多头螺纹槽，其螺旋升角为20
°‑
40
°
。
9.作为优选，所述碟簧组ii刚度系数是碟簧组i刚度系数的2-3倍，所述碟簧组iii的刚度系数与碟簧组i的刚度系数相同。
10.作为优选，所述芯轴与上接头通过螺纹连接在一起，并通过紧定螺钉防止其周向的相对转动。
11.作为优选，所述活塞与下接头通过螺纹连接在一起，并通过紧定螺钉防止其周向的相对转动。
12.作为优选，所述螺母与芯轴通过螺纹连接在一起，并通过旋转螺母调整碟簧组iii的压缩量，调整完毕后通过紧定螺钉防止其周向的相对转动。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
14.（1）通过旋转螺母调节碟簧组iii的压缩量，可以平衡连接在工具下部的钻柱重量，当连接钻头一起下到井底时，可以实现钻头的软着陆，避免钻头接触井底瞬间的冲击破坏；
15.（2）当井底钻头出现卡钻或憋钻时，井底扭矩会突然增大，下接头多头螺纹部分发生相对转动，碟簧组i和碟簧组ii快速收缩，钻柱变短，钻头逐渐被提离井底，扭矩逐渐减小，减少到一定程度后，碟簧的压缩能量释放，驱使下接头增加扭矩旋转，最终达到恒压恒扭的目的；
16.（3）碟簧组的轴向收缩蓄能能力与多头螺纹的压扭转换能力结合在一起，能减轻钻柱的轴向振动和扭转振动
17.（4）碟簧组i和碟簧组ii的不同刚度系数设计，能分别针对不同大小扭矩实现快速收缩。
18.附图说明：
19.图1为本实用新型的结构示意图；
20.图中：1.上壳体、2.上接头、3.中壳体、4.芯轴、5.下壳体、6.下接头、7.活塞、8.补偿接头、9.螺母、10.碟簧组i、11.碟簧组ii、12.碟簧组iii、13.限位挡环、31.中壳体多头螺纹槽、32.中壳体注油孔、41.芯轴内通孔、42.芯轴旁通孔、43.芯轴限位台阶、51.下壳体组合密封槽、52下壳体注油孔、61.下接头多头螺纹槽、71.活塞组合密封槽。
21.图2为本实用新型中壳体的截面图；
22.图中：3.中壳体、31.中壳体多头螺纹槽、32.中壳体注油孔。
23.图3为本实用新型下接头的截面图；
24.图中：6.下接头、61.下接头多头螺纹槽。
25.具体实施方式：
26.下列非限制性实施例用于说明本实用新型。
27.实施例：
28.如图1至图3所示，一种钻井用恒压恒扭工具，包括上壳体（1），通过螺纹与上壳体（1）连接的上接头（2），通过螺纹与上壳体（1）连接的中壳体（3），通过螺纹与上接头（2）连接的芯轴（4），通过螺纹与中壳体（3）连接的下壳体（5），通过螺纹与下接头（6）连接的活塞（7），通过螺纹与下接头连接的补偿接头（8），通过螺纹与芯轴连接的螺母（9），上壳体（1）与芯轴（4）之间装有碟簧组i（10）及碟簧组ii（11），下接头（6）与芯轴（4）之间装有碟簧组iii（12），安装于碟簧组i（10）与碟簧组ii（11）之间的限位挡环（13），所述芯轴（4）上开设有内通孔（41）、芯轴旁通孔（42）及限位台阶（43），中壳体（3）内部开设有多头螺纹槽（31）及注油孔（32），下接头（6）外部开设有多头螺纹槽（61），下壳体（5）内部开设有组合密封槽（51）及注油孔（52），活塞（7）外部开设有组合密封槽（71），下接头（6）可通过下接头（6）上的多头螺纹槽（61）与中壳体（3）上的多头螺纹槽（31）的啮合实现径向位置和轴向位置的切换。
29.本实施例中所描述的一种钻井用恒压恒扭主要包括两种工作模式：下钻模式及正常钻进模式。
30.在下钻模式中，将工具接入钻具组合中，在工具下部接入所要保护的工具，如旋转导向工具、mwd、螺杆马达及钻头等，并计算下部钻具的重量，根据下部钻具重量调整碟簧组iii的压缩量，使其产生的复位力与下部钻具重量基本平衡，当钻具组合下入并接触到井底瞬间，工具下部钻具对井底的冲击力基本为零，继续下行时，碟簧组i和碟簧组ii被压缩，由于碟簧组i刚度较低，所以在下部钻具继续下行时产生比较大的压缩量，更好的实现缓冲的目的。
31.在正常钻进模式中，碟簧组i和碟簧组ii处于压缩状态，为了保护碟簧组i不会超过最大负荷，在芯轴上设置有限位台阶，并通过限位挡环保护碟簧组i的最大压缩量，剩余的负荷由碟簧组ii承担，当钻头开始接触到岩石破岩时，施加到钻头的钻压通过上接头、上壳体、中壳体的螺纹连接，再通过中壳体与下接头的多头螺纹啮合传递给下接头，使得下接头旋转且向上接头方向运动压缩碟簧组i及碟簧组ii，最后通过补偿接头传递给下部钻具，最终传递到钻头上；钻具外壳顺时针旋转过程中，通过中壳体与下接头的多头螺纹啮合将扭矩传递给下接头，如果下接头传递的扭矩转化成轴向力后大于碟簧组i及碟簧组ii所受的负荷力，则下接头会进一步上行压缩碟簧组i及碟簧组ii，最后通过补偿接头将扭矩传递给下部钻具及钻头，带动钻头顺时针旋转，在钻压和扭矩传递到钻头上后，钻头开始进行正常钻进；当钻头遇到软硬交错地层、坚硬地层或者钻压过大时，钻头出现卡钻或者较大的粘滑现象，其受到的反扭矩增加，这时，中壳体和下接头上的多头螺纹槽产生相对转动，带动下接头、补偿接头、下部钻具及钻头快速上行压缩碟簧组i及碟簧组ii，从而减小钻头的切削深度，随着切削深度的减小，钻头受到的反扭矩逐渐减小，当反扭矩消失时，储存在碟簧组i及碟簧组ii中的轴向力逐渐释放并传递给下接头，并通过多头螺纹槽的啮合将轴向力转换成扭矩传递给下部钻具及钻头，继续正常钻进，整个过程中钻头一直没有离开岩层，综上所述，不管是地层原因还是钻压原因造成的钻头反扭矩增大，恒压恒扭工具都会快速响应，并最终达到恒压恒扭钻进的目的。
32.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。