[发明专利]钻头卡滑振动防护装置

说明书

本发明的一种钻头卡滑振动防护装置，包括外壳体、涡轮、弹簧装置、导流片和动阀；其中：涡轮的导流片安装在涡轮轴心孔内，涡轮顶部设有与外壳体旋转密封配合的凸台，外壳体下部设有与涡轮底部旋转密封配合的凸台，涡轮下部加工螺旋花键，动阀上设有凸台，外壳体的凸台对动阀的凸台限位，动阀上加工定位销，定位销与涡轮上的螺旋花键啮合，弹簧装置设置在涡轮外凸台与动阀之间。该钻头卡滑振动防护装置具有压降低、效果显著等特点，能够完全满足国内直井、定向井、水平井等复杂结构井的钻井工艺要求，是一种结构简单、操作方便、成本低廉、安全可靠的新型工具。

技术领域

本发明的钻头卡滑振动防护装置涉及石油天然气钻井、煤层气钻井、地质勘探、矿山钻探装置领域。

背景技术

随着国民经济工业的发展，深井超深井勘探开发的比例正逐步增加。随着井深的增加，岩石的硬度和塑性增大，可钻性变差，机械钻速降低，现场钻井资料表明，深井段的平均机械钻速仅是其上部井段平均机械钻速的15％-30％，部分地区甚至低于8％。随钻测量数据表明，在钻进深部硬地层中，钻头处伴随着剧烈的转速与扭矩波动，系统的卡滑振动对钻进影响重大。卡滑振动以钻头的卡滞与滑脱交替出现为特征：卡滞阶段，钻头因破岩扭矩不足停止转动，钻柱在转盘的驱动下继续扭转，当钻柱所积能量足以破碎岩层时，卡滞的钻头便滑脱；滑脱阶段，钻柱积蓄的能量瞬间释放，钻头在正反方向突然加速与减速，钻头角速度数倍于转盘转速，钻头所受岩层阻碍其转动的扭矩也剧烈波动。卡滑振动导致机械钻速降低，钻柱释放后钻头沿钻柱轴线来回振荡，钻头受不规则冲击，失效加快。卡滑振动是造成钻井功能紊乱的主要原因，其给钻井工程造成的主要影响包括：(1)增大钻头的磨损，PDC钻头瞬间高速冲击运动将加速钻头失效；(2)卡滑振动造成的钻头无序运动降低钻井破岩能量效率，消耗钻机井下驱动装置提供的能量；(3)卡滑振动本身及其引起的其他振动加快下部钻具组合疲劳失效或粘扣，并引发井下电子仪器的早期失效；(4)降低钻进连续性及井身质量，增加纯钻进时间及起下钻次数，降低钻进效率。综上所述，深井、复杂结构井等钻进时卡滑振动现象普遍存在，且对钻井影响十分严重，造成了大量的人力及物力和成本的浪费，如何解决钻井卡滑振动问题已成为国内外争相研发的热点。