[发明专利]一种钻压多级调整工具及定向钻进PDC钻头钻压平稳方法

说明书

本发明提供了一种钻压多级调整工具及定向钻进PDC钻头钻压平稳方法，包括壳体和设于壳体内的芯轴，芯轴上从上至下套设有多级力转换装置，每一级力转换装置的结构均相同，相邻两级力转换装置之间设有内压力孔，内压力孔设于芯轴上，每一级力转换装置的下部均与外相通；芯轴可沿轴向上下运动，芯轴下端连有花键，花键与壳体固连，芯轴上设有轴向限位件。通过多级力转换装置将压力与碟簧压缩时的机械能进行有效转换，从而实现芯轴在工具壳体间的往复运动，这种往复运动可调整加载在PDC钻头上的钻压，避免钻头实际钻压忽高忽低的问题，并吸收钻头受到的振动，从而达到稳定工具面的目的，大大提高PDC钻头有效定向钻进时间，缩短钻井周期。

技术领域

本发明属于钻井工艺技术领域，具体涉及一种钻压多级调整工具及定向钻进PDC钻头钻压平稳方法。

背景技术

传统的定向钻进使用牙轮钻头，但牙轮钻头使用寿命短，为了井下安全必须频繁起下钻。随着钻井技术的发展和配套工具使用寿命的提高，现多采用PDC钻头代替牙轮钻头定向。PDC钻头使用寿命长，且结构简单不易发生井下事故。

但由于PDC钻头破岩机理与牙轮钻头不同，在进行定向钻进时，钻具组合整体不旋转，钻具紧贴在下井壁上，导致钻具与井壁之间的摩阻增大，钻压不能有效的传递到钻头。同时钻头破岩时受钻压施加不稳定等因素的影响，地层对钻头产生反扭矩不稳定，造成定向工具面不稳定，造成定向困难，定向效率低，需要频繁调整定向时的钻压及工具面，影响有效钻进，增加了钻井周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻压多级调整工具，连接在钻具组合中，可以较好的调整施加在钻头上的钻压。

本发明的另一个目的在于提供一种定向钻进PDC钻头钻压平稳方法，避免钻头实际钻压忽高忽低，扭矩突变，工具面不稳定，同时可以一定程度上将钻具与下井壁的静摩擦转换为动摩擦，从而降低定向钻进时的摩阻，提高定向钻进效率，缩短钻井周期。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种钻压多级调整工具，包括壳体和设于壳体内的芯轴，所述芯轴上从上至下设有多级力转换装置，每一级力转换装置的结构均相同，相邻两级力转换装置之间有环孔，所述环孔对应芯轴管壁开有连通环空和芯轴内腔的内压力孔，所述壳体上设有用于压缩泄压的调节孔，所述调节孔与力转换装置一一对应；

力转换装置包括上下设置的压缩端和固定端，所述固定端与壳体固连，所述压缩端与芯轴固连以带动芯轴沿轴向上下运动，所述壳体与芯轴通过花键连接，所述花键包括外花键和内花键套，所述外花键设于芯轴上，所述内花键套固设在壳体上，所述内花键套用于与外花键配合使壳体与芯轴同步转动，所述芯轴上设有限制芯轴轴向最大位移的轴向限位件。

所述压缩端为主活塞和碟簧，固定端为副活塞，所述主活塞与芯轴固连，所述副活塞与壳体固连，所述碟簧位于主活塞和副活塞之间；所述调节孔在壳体的位置与碟簧所在位置对应。

所述壳体包括从上至下依次连接的上连接套、外筒和下连接套。

所述壳体的上下两端分别连接有上接头、下接头，所述下接头上端与内轴连接，所述下接头另一端用于连接并带动钻具轴向上下运动。

所述轴向限位件包括套设在芯轴上的限位螺母和限位套，所述限位套设于限位螺母下方，所述限位套固设在壳体内壁上。

所述副活塞通过限位销钉固定在壳体内壁上。

一种定向钻进PDC钻头钻压平稳方法，包括的钻压多级调整工具接入钻具组合中，将钻压多级调整工具接入钻具组合中，定向钻进时，由钻具提供工具旋转的动力，通过花键使壳体与芯轴同步转动，当钻头钻压发生变化时，钻压多级调整工具内部液流压力产生变化，从而对力转换装置的压缩端作用力产生变化，通过多级力转换装置将力转换后带动芯轴轴向往复运动，由芯轴带动PDC钻头往复运动，实现对加载在PDC钻头上的钻压调整，使钻压平稳。