專利名稱：一種氣體鉆井用軸向減振防斷工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣鉆井中的氣體鉆井用軸向減振防 斷工具，特別適用于振動(dòng)和沖擊較強(qiáng)易引起鉆具失效的氣體鉆井施工 中。
背景技術(shù)：
氣體鉆井使用氣體或氣基流體減少對(duì)井底巖石的壓持，大幅提高 機(jī)械鉆速和有效發(fā)現(xiàn)及保護(hù)油氣層。氣體鉆井最初探索于上個(gè)世紀(jì)50年代，受配套技術(shù)與裝備的限制, 該技術(shù)一度被擱置，直至上世紀(jì)90年代，氣體鉆井技術(shù)才真正開(kāi)始起 步和發(fā)展，盡管其發(fā)展時(shí)間短，但已成為發(fā)現(xiàn)與保護(hù)油氣層、大幅提 高機(jī)械鉆速和治理惡性井漏等問(wèn)題的最有效方法之一。同樣，由于發(fā)展時(shí)間短，也暴露了許多丞需解決的技術(shù)問(wèn)題，如鉆具失效、地層出水、井壁垮塌、井斜不易控制等問(wèn)題，其中斷鉆具問(wèn)題較為突出， 在幾年前的氣體鉆井實(shí)踐中即發(fā)生了斷鉆具問(wèn)題，但并為引起重視，至2006年中后期，國(guó)內(nèi)幾家主要的氣體鉆井施工隊(duì)伍根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的 統(tǒng)計(jì)， 一致的認(rèn)為斷鉆具問(wèn)題已經(jīng)成為制約氣體鉆井應(yīng)用的重大技術(shù) 難題之一，由于氣體鉆井規(guī)模應(yīng)用時(shí)間短(專家學(xué)者將我國(guó)氣體鉆井 初步規(guī)模應(yīng)用界定為自2005年底始)，問(wèn)題來(lái)的突然，工程界和學(xué)術(shù) 界尚來(lái)不及弄清其發(fā)生機(jī)理，還無(wú)從提出可行的應(yīng)對(duì)方案。在這種背景下，我們圍繞近年來(lái)氣體鉆井實(shí)踐中暴露的井斜失控 和斷鉆具問(wèn)題，以在泥漿鉆井鉆柱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方面的研究積累為基礎(chǔ)， 根據(jù)氣體鉆井鉆柱振動(dòng)邊界的特點(diǎn)，結(jié)合氣體鉆井鉆柱與井壁碰撞機(jī) 理、摩擦機(jī)理及鉆頭與巖石互作用的實(shí)驗(yàn)研究，建立氣體鉆井鉆柱系 統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，開(kāi)發(fā)了仿真計(jì)算與分析軟件，并結(jié)合實(shí)鉆資料統(tǒng)計(jì)分 析，開(kāi)展了大量的研究工作，通過(guò)前期研究發(fā)現(xiàn)，氣體鉆井鉆具失效 的主要原因是大幅振動(dòng)與沖擊、氣蝕和腐蝕。并特別發(fā)現(xiàn)氣蝕是客觀 存在的且很難減輕，腐蝕是較輕微的，但是在高頻高應(yīng)力振動(dòng)的激勵(lì) 下，腐蝕和氣蝕的作用會(huì)放大；三者的耦合作用導(dǎo)致了鉆具的異常時(shí) 效。因此減振減阻成了氣體鉆井防斷的核心，成了防斷最為切實(shí)可行 的措施之一。氣體鉆井中由于干摩擦干碰撞導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和橫向劇烈， 通過(guò)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和橫振的激勵(lì)，原本相對(duì)平緩的軸向震動(dòng)也較為劇烈， 空氣鉆井使用的空氣錘工作時(shí)產(chǎn)生沖擊波，對(duì)下部鉆柱的失效也有激 勵(lì)作用，井眼擴(kuò)大嚴(yán)重致使鉆桿彎曲變形大，這都使鉆具特別是與井 壁接觸處產(chǎn)生高應(yīng)力，國(guó)外學(xué)者研究表明高應(yīng)力可以加劇腐蝕和氣蝕 的作用效果。我們?cè)跉怏w鉆井鉆柱振動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，提出了"除 進(jìn)行鉆井參數(shù)優(yōu)化外，還應(yīng)設(shè)計(jì)和使用減阻減振防斷扶正接箍"。在這 個(gè)背景下，我們?cè)O(shè)計(jì)了針對(duì)氣體鉆井鉆桿失效、加重鉆桿失效、鉆鋌 失效的減阻減振防斷扶正接箍。本次申請(qǐng)即是為了減少氣體鉆井軸向 振動(dòng)和沖擊而設(shè)計(jì)的軸向減振防斷工具。該工具可以有效吸收空氣綞 殼體向尚部鉆柱傳遞的沖擊，還可以有效吸收鉆頭破碎巖石時(shí)產(chǎn)生的 軸向振動(dòng)，從而可以有效防止氣體鉆井鉆具大效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了防止氣體鉆井中鉆具失效，降低由于氣體 鉆井強(qiáng)振動(dòng)和沖擊引起的高頻鉆具失效，減少鉆具消耗，縮短工期， 特提出一種氣體鉆井用軸向減振防斷工具。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決此問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一 種氣體鉆井用軸向減振防斷工具，安裝在鉆柱與空氣錘之間，是由上 殼體螺紋l、上殼體2、上減振片3、上墊片4、中心軸5、殼體連接螺紋6、下殼體鍵槽7、中心軸花鍵8、下墊片9、下減振片10、中心軸 下螺紋11、下殼體12、下殼體臺(tái)肩13、上殼體臺(tái)肩14、中心軸臺(tái)肩 15和中心軸上端面16組成。其結(jié)構(gòu)特征是中心軸5底端加工有螺紋 11,連接在空氣錘上，中心軸5中下部加工有花鍵8;下殼體12內(nèi)表 面加工有花鍵槽7，中心軸臺(tái)肩15通過(guò)下減振片10和下墊片9與下殼 體臺(tái)肩13配合；中心軸5上端面16通過(guò)上墊片4和上減振片3與上 殼體臺(tái)肩14配合；上殼體2與下殼體12通過(guò)螺紋6連接。上減振片3與下減振片10的厚度為5 15mm，其外徑與上殼體2 和下殼體12內(nèi)徑相比，略小1 2mm。上墊片4與下墊片9的厚度為3 8mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是(1)本減振防斷工 具工作元件少，結(jié)構(gòu)合理，工作可靠性高；(2)減振效果好，特別適 用于氣體鉆井強(qiáng)振動(dòng)和沖擊工況，也可用于泥漿鉆井強(qiáng)振動(dòng)工況。


圖1是本發(fā)明氣體鉆井用軸向減振防斷工具結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明氣體鉆井用軸向減振防斷工具中心軸5結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明氣體鉆井用軸向減振防斷工具下殼體12結(jié)構(gòu)示意圖；圖中l(wèi).上殼體螺紋，2.上殼體，3.上減振片，4.上墊片，5.中 心軸，6.殼體連接螺紋，7.下殼體鍵槽，8.中心軸花鍵，9.下墊片， 10.下減振片，11.中心軸下螺紋，12.下殼體。13.上殼體臺(tái)肩，14.下 殼體臺(tái)肩，15.中心軸臺(tái)肩，16.中心軸上端面。
具體實(shí)施方式
按照?qǐng)D1和圖2所示，軸向減振防斷工具工作時(shí)，下端通過(guò)中心 軸下螺紋11連接在空氣錘上，空氣錘自身和鉆頭與巖石互作用產(chǎn)生的 振動(dòng)和沖擊通過(guò)空氣錘殼體傳遞到減振防斷工具的中心軸5上，并依 次傳遞到上墊片4和上減振片3，振動(dòng)和沖擊經(jīng)過(guò)上減振片3的吸收后， 較平穩(wěn)地傳遞到上殼體2的臺(tái)肩13上。上減振片3和下減振片10在工具組裝后和工作時(shí)始終處于輕微壓 縮狀態(tài)，工作時(shí)，下減振片10輔助上減振片3工作，共同吸收軸向振 動(dòng)和沖擊。上減振片3和下減振片10工作時(shí)不與中心軸5直接接觸， 中間分別放置上墊片4和下墊片9，以減少中心軸5對(duì)上減振片3和下 減振片IO的直接摩擦作用。來(lái)自轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)扭矩通過(guò)下殼體鍵槽7和中心軸花鍵8傳遞給中 心軸5，再傳遞給空氣錘，下殼體鍵槽7長(zhǎng)度略大于中心軸花鍵8的長(zhǎng) 度，中心軸花鍵8可以在下殼體鍵槽7內(nèi)小幅度上下移動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種氣體鉆井用軸向減振防斷工具，安裝在鉆柱與空氣錘之間，是由上殼體螺紋(1)、上殼體(2)、上減振片(3)、上墊片(4)、中心軸(5)、殼體連接螺紋(6)、下殼體鍵槽(7)、中心軸花鍵(8)、下墊片(9)、下減振片(10)、中心軸下螺紋(11)、下殼體(12)、下殼體臺(tái)肩(13)、上殼體臺(tái)肩(14)、中心軸臺(tái)肩(15)和中心軸上端面(16)組成，其特征是中心軸(5)底端加工有螺紋(11)，連接在空氣錘上，中心軸(5)中下部加工有花鍵(8)；下殼體(12)內(nèi)表面加工有花鍵槽(7)，中心軸臺(tái)肩(15)用下減振片(10)和下墊片(9)與下殼體臺(tái)肩(13)配合；中心軸(5)上端面(16)用上墊片(4)和上減振片(3)與上殼體臺(tái)肩(14)配合；上殼體(2)與下殼體(12)通過(guò)螺紋(6)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井用軸向減振防斷工具，其特征 是上減振片(3)與下減振片(10)的厚度為5 15mm，其外徑與上殼體 (2)和下殼體(12)內(nèi)徑相比，略小1 2腿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井用軸向減振防斷工具，其特征 是上墊片(4)與下墊片(9)的厚度為3 8mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣鉆井中的氣體鉆井用軸向減振防斷工具。它由上殼體螺紋、上殼體、上減振片、上墊片、中心軸、殼體連接螺紋、下殼體鍵槽、中心軸花鍵、下墊片、下減振片和中心軸下螺紋組成。其技術(shù)方案是中心軸底端使用螺紋連接在空氣錘上，中心軸中下部加工有花鍵并與下殼體內(nèi)花鍵槽配合，中心軸臺(tái)肩通過(guò)下減振片和下墊片與下殼體臺(tái)肩配合；中心軸上端面通過(guò)上減振片和上墊片與上殼體臺(tái)肩配合；上殼體與下殼體通過(guò)螺紋連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠性高，減震效果好，特別適合于振動(dòng)和沖擊較強(qiáng)易引起鉆具失效的氣體鉆井施工中。
文檔編號(hào)E21B17/00GK101230776SQ200810045390
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日
發(fā)明者杰 張, 祝效華, 華 童, 蔣祖軍 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)