CN111155943A - 一种稳扭加压装置和包含其的钻具组合 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种稳扭加压装置和包含其的钻具组合，该稳扭加压装置包括上接头；下接头，下接头的上端能延伸到上接头的内腔中，并且上接头与下接头间隙式周向卡接；设置在上接头和下接头之间的稳扭组件，其中，上接头与下接头通过稳扭组件限定轴向位置，该稳扭加压装置能传递钻压、轴向冲击力的同时，还能吸收和释放钻杆与钻头上的扭力冲击，提高钻柱在不同地层中的机械钻速，进而提高钻头寿命。

Description

一种稳扭加压装置和包含其的钻具组合

技术领域

本发明涉及油气田钻井技术领域，特别是涉及一种稳扭加压装置和包含其的钻具组合。

背景技术

石油工程钻井施工技术领域，在钻遇含砾地层、火成岩等坚硬地层时，通过设置提速工具，以增加轴向作用力或冲击力以提高机械钻速。但是，在提高轴向冲击的同时，钻头或井下钻具扭矩波动大、瞬时扭矩冲击对钻头影响也很大，容易造成钻头损伤。而在软地层应用，由于粘滑效应，增加轴向力或冲击力提速效果不明显。可以通过增加扭力冲击，以克服粘滑效应提高了软至中硬地层钻速，但在硬脆性地层中轴向作用力不足，破岩效率低。

因此，发明一种能实现钻压、轴向冲击力传递、吸收或者释放钻杆与钻头上扭力冲击以提高不同地层中的机械钻速的稳扭加压装置和包含其的钻具组合是丞待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种稳扭加压装置和包含其的钻具组合，该稳扭加压装置能传递钻压、轴向冲击力的同时，还能吸收和释放钻杆与钻头上的扭力冲击，提高钻柱在不同地层中的机械钻速，进而提高钻头寿命。

根据本发明的一方面，提出了一种稳扭加压装置，包括：

上接头，

下接头，下接头的上端能延伸到上接头的内腔中，并且上接头与下接头间隙式周向卡接，

设置在上接头和下接头之间的稳扭组件，

其中，上接头与下接头通过稳扭组件限定轴向位置。

在一个实施例中，稳扭组件包括：

设置在下接头的外壁上的第一凹槽，

固定设置在上接头的内壁上的限位环，限位环径向延伸到第一凹槽内，

设置在限位环和第一凹槽的上端壁之间的其上端与下接头连接的稳扭件。

在一个实施例中，稳扭件具有：

能套接在下接头的第一凹槽处的外壁上的筒状的本体，

螺旋式设置在本体的外壁上的缝孔。

在一个实施例中，缝孔的轴向尺寸与相邻的缝孔之间的间隔的轴向尺寸的比为0.2-0.5。

在一个实施例中，在缝孔中填充有弹性橡胶件。

在一个实施例中，橡胶件构造为截面为方形的管状件。

在一个实施例中，在稳扭件的上端设置轴向的缺口，以用于与设置在下接头的第一凹槽的上端壁上的凸齿形成卡接。

在一个实施例中，在下接头的上端设置多个流道以用于连通下接头的内腔和下接头与上接头之间的环空，其中，部分流道的开口设置在下接头的上端面上。

在一个实施例中，在稳扭组件的下端的上接头与下接头之间设置密封件。

根据本发明的另一方面，提出了一种钻具组合，包括：

钻头，

设置在钻头上方的冲击器，冲击器具有冲锤，

设置在钻头和冲击器之间的上述的稳扭加压装置，

其中，冲锤能轴向延伸到上接头的内腔中并为下接头施加荷载。

与现有技术相比，本发明的优点在于，该稳扭加压装置通过上接头和下接头的卡接以传递钻压和轴向冲击力并平衡钻具组合上的扭矩，通过设置稳扭组件还能吸收或释放钻具组合上的扭力冲击，从而提高机械钻速，提高钻头使用寿命，使得该稳扭加压装置可以适应于软硬不同的地层钻进。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的稳扭加压装置；

图2为来自图1的A-A剖；

图3为下接头的立体图；

图4为稳扭件的立体图；

图5显示了根据本发明的一个实施例的钻具组合；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的稳扭加压装置100。如图1所示，稳扭加压装置100包括上接头1、下接头2和稳扭组件3。其中，上接头1为筒状，起到连接作用。下接头2为筒状，其上端能延伸到上接头1的内腔中。并且上接头1与下接头2通过周向间隙的卡接组件连接。稳扭组件3设置在上接头1和下接头2之间，起到吸收或释放扭力冲击的作用。同时，该稳扭组件3限定了上接头1相对于下接头2的轴向位置。

具体地，在下接头2的中间段的外壁上设置第一凹槽21。在下接头2的外壁上套接限位环4。该限位环4位于第一凹槽21内并与第一凹槽21的下端壁抵接。同时，该限位环4位于上接头1的内腔中，并与上接头1过盈配合，从而将限位环4和上接头1固定连接。在限位环4和第一凹槽21的上端壁之间设置稳扭件5，该稳扭件5的上端与下接头2连接。由于，上接头1部分套接在下接头2的外壁上，且两者周向卡接，与上接头1固定的限位环4能限定稳扭件5和下接头2的轴向位置。

在一个优选的实施例中，如图4所示，该稳扭件5具有筒状的本体51和设置在本体51上的内外连通的缝孔52。进一步优选地，缝孔52在本体51的外壁上螺旋式延伸。更进一步优选地，缝孔52的轴向尺寸与相邻的缝孔52之间的间隔的轴向尺寸的比为0.2-0.5，例如，为0.3。这种设置的稳扭件5结构简单，加工方便。同时，这种结构的稳扭件5能更好地吸收扭矩，避免上接头1和下接头2之间的扭矩冲击，从而保护了钻头(图中未示出)并提高了机械钻速。

在使用过程中，将稳扭加压装置100设置在钻柱上，并位于钻头的上方。在钻进过程中，扭矩通过上接头1和稳扭件5传递给下接头2。当与上接头1连接的上部钻杆扭矩过大时，一部分扭矩被稳扭件5吸收，以减小与下接头2连接的钻头上扭矩冲击。当与上接头1连接的上部钻杆扭矩减小时，稳扭件5释放储存能力，增大与下接头2连接的钻头上的扭矩，提高机械钻速。而地层施加于钻头反扭矩，传递给与钻头连接的下接头2，并传递给稳扭件5，该稳扭件5的螺旋缝孔52变形，吸收一部分扭矩能力，后将反扭矩传递给上接头1，从而防止瞬时扭矩过大、损伤钻头。

为了进一步增加稳扭件5的吸收扭矩冲击的作用，在缝孔52中填充有弹性橡胶件(图中未示出)。优选地，该橡胶件构造为截面为方形的管状件。该橡胶件可以粘结在缝孔52处。一方面，该橡胶件跟随本体51旋扭，起到了吸收扭矩冲击的作用。另一方面，在稳扭加压装置100的上端设置冲击器，并受到轴向冲击荷载的时候，该橡胶件能起到保护稳扭件5的作用。

稳扭件5的上端设置轴向的缺口53。同时，如图3所示，在下接头2的第一凹槽21的上端壁上设置凸齿22。该凸齿22与缺口53形成卡接结构，从而使得稳扭件5的上端与下接头2之间能传递扭矩。

如图2，3所示，在下接头2的外壁上设置轴向延伸的凸起23。同时，在上接头1的内壁上设置轴向延伸的第二凹槽11。凸起23能嵌入到第二凹槽11内并与其形成配合。同时，凸起23的周向尺寸小于第二凹槽11的周向尺寸，从而上接头1和下接头2两者间隙配合。优选地，在周向上，可以间隔式设置多个凸起23。相对应地，在周向上，间隔式设置多个第二凹槽11，以与凸起23匹配。这种结构简单，能很好地传递钻杆的扭矩。

在下接头2的上端与上接头1之间形成环空6。同时，在下接头2的上端设置流道24，用于连通下接头2的内腔和上述环空6。从而，上接头1的内腔中的钻井液进入环空6后，通过流道24进入到下接头2的内腔中。优选地，在下接头2的壁上设置多个内外连通的流道24，同时，部分流道24的开口设置在下接头2的上端面上。在稳扭加压装置100的上端设置有冲击器201的情况下，在冲锤202施力于下接头2的上端面的时候，冲锤202会封堵部分流道24的开口，以降低钻井液的通流面积，从而改善井底流场、减小压持效应、提高携岩效果。

在稳扭组件3的下端的上接头1与下接头2之间设置密封件7。该密封件7起到了密封作用，防止上接头1的内腔中的液体漏失。

优选地，上接头1可以为分体式结构。例如，可以包括外套8和外筒9。其中，外套8和外筒9均为筒状，并且外筒9设置在外套8的上端。在外筒9的上端内壁上设置螺纹以与其它部件连接。同时，限位环4与外筒9连接。而第二凹槽11设置在外套8的内壁上。另外，外套8和外筒9利用螺纹连接，且套接接触面为斜面。上述结构简单，便于安装。

下接头2也可以为分体式结构。例如，下接头2由上下固定连接的第一段25和第二段26两部分组成。在第一段25上设置第一台阶面27并在第二段26上设置第二台阶面28而形成第一凹槽21。这种设置方式能简化安装。

本申请还设置钻具组合200。如图5所示，钻具组合200包括钻头(图中未示出)、冲击器201和稳扭加压装置100。其中，稳扭加压装置100设置在钻头和冲击器201之间，以使得冲击器201的冲锤202能轴向延伸到上接头1的内腔中并为下接头2施加荷载。需要说明的是，在本申请中，并为对冲击器201的结构做出限定，只要具有冲锤202以能施加冲击荷载的冲击器201均可设置在稳扭加压装置100的上端。

下面根据图1到5详细论述稳扭加压装置100的工作过程。

该稳扭加压装置100的上接头1可以直接连接钻杆或者冲击器201，而下接头2可以连接钻头。

在钻进过程中，扭矩通过钻杆传递至外筒9和外套8，然后扭矩通过外筒9传递限位环4并传递给稳扭件5，且通过外套8传递到下接头2，最终扭矩传递至与下接头2连接的钻头上。而钻压通过外筒9、外套8和下接头2依次传递给钻头。特别地，在连接有冲击器201的情况下，冲锤202的周期性冲击载荷作用于下接头2的上端面上，传递给与下接头2连接的钻头。因扭矩先通过外筒9和稳扭件5传递给下接头2，而稳扭件5上的螺旋状延伸的缝孔52，能够吸收和释放扭矩冲击，可减小与下接头2连接的钻头的扭矩冲击。由于该稳扭加压装置100能够吸收和释放扭矩冲击、传递钻压和轴向冲击载荷，可提高机械钻速，提高钻头寿命。

本申请中，方位用语“上”、“下”均以稳扭加压装置100的工作方位为参照。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种稳扭加压装置，其特征在于，包括：

上接头，

下接头，所述下接头的上端能延伸到所述上接头的内腔中，并且所述上接头与所述下接头间隙式周向卡接，

设置在所述上接头和所述下接头之间的稳扭组件，

其中，所述上接头与所述下接头通过所述稳扭组件限定轴向位置。

2.根据权利要求1所述的稳扭加压装置，其特征在于，所述稳扭组件包括：

设置在所述下接头的外壁上的第一凹槽，

固定设置在所述上接头的内壁上的限位环，所述限位环径向延伸到所述第一凹槽内，

设置在所述限位环和所述第一凹槽的上端壁之间的其上端与所述下接头连接的稳扭件。

3.根据权利要求2所述的稳扭加压装置，其特征在于，所述稳扭件具有：

能套接在所述下接头的所述第一凹槽处的外壁上的筒状的本体，

螺旋式设置在所述本体的外壁上的缝孔。

4.根据权利要求3所述的稳扭加压装置，其特征在于，所述缝孔的轴向尺寸与相邻的所述缝孔之间的间隔的轴向尺寸的比为0.2-0.5。

5.根据权利要求3或4所述的稳扭加压装置，其特征在于，在所述缝孔中填充有弹性橡胶件。

6.根据权利要求5所述的稳扭加压装置，其特征在于，所述橡胶件构造为截面为方形的管状件。

7.根据权利要求2到6中任一项所述的稳扭加压装置，其特征在于，在所述稳扭件的上端设置轴向的缺口，以用于与设置在所述下接头的所述第一凹槽的上端壁上的凸齿形成卡接。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的稳扭加压装置，其特征在于，在所述下接头的上端设置多个流道以用于连通所述下接头的内腔和所述下接头与所述上接头之间的环空，其中，部分所述流道的开口设置在所述下接头的上端面上。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的稳扭加压装置，其特征在于，在所述稳扭组件的下端的所述上接头与所述下接头之间设置密封件。

10.一种钻具组合，其特征在于，包括：

钻头，

设置在所述钻头上方的冲击器，所述冲击器具有冲锤，

设置在所述钻头和所述冲击器之间的根据权利要求1到9中任一项所述的稳扭加压装置，

其中，所述冲锤能轴向延伸到所述上接头的内腔中并为所述下接头施加荷载。

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