[发明专利]一种扭矩和钻压恒定钻井装置

说明书

本发明公开了一种扭矩和钻压恒定钻井装置。包括螺旋芯轴（1）；螺旋芯轴（1）设有螺旋外筒（2），螺旋外筒（2）内圆经螺旋传动副与螺旋芯轴（1）传动连接，螺旋芯轴（1）下端与上耐磨接头（3）螺纹连接；上耐磨接头（3）底面与下耐磨接头（4）顶面滑动连接；螺旋外筒（2）下端与外筒（5）螺纹连接，外筒（5）下端与下接头（6）螺纹连接；外筒（5）下段与下耐磨接头（4）下段之间设有储能元件（7）。本发明将轴向和周向的运动转化为单一的轴向位移作用在储能元件上，并通过储能元件储存和释放能量减缓振动。保证钻头近乎匀速旋转，提高钻头机械钻速。能有效抵消钻压和扭矩对钻柱体系的影响和提高钻井效率。

技术领域

本发明涉及一种扭矩和钻压恒定钻井装置，属于钻井工具技术领域。

背景技术

随着能源的持续开发利用，石油和天然气开采技术的发展，钻井的井深逐年增加。深井和超深井作业中，地质环境的不确定性更加突出，如地层软硬交错、岩石硬度加大、不同地层应力非均分布等都将导致井身结构越来越复杂。在这种复杂情况钻头钻进作业过程中，钻头破碎坚硬岩石、钻柱与井壁相互接触时，钻柱系统将会产生周向、横向、轴向形式的振动，其中周向形式的扭转振动和轴向形式的直线振动危害最为严重。周向形式的扭转振动和轴向振动现象将极大地加快钻柱与钻头的失效，并引发地面设备的故障，造成井下事故的发生，从而严重影响钻头的钻进速度，增加钻井成本。因此，有必要对钻具进一步改进，以适应深井和超深井作业的要求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种扭矩和钻压恒定钻井装置，以有效减缓钻头的周向和轴向形式的振动现象，同时有效解决钻头遭遇坚硬岩石时动力不足的问题，能有效抵消钻压和扭矩对钻柱体系的影响和提高钻井效率，从而克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的扭矩和钻压恒定钻井装置，包括螺旋芯轴，在螺旋芯轴上设有螺旋外筒，螺旋外筒内圆经螺旋传动副与螺旋芯轴传动连接，螺旋芯轴下端与上耐磨接头螺纹连接；上耐磨接头底面与下耐磨接头顶面滑动连接；螺旋外筒下端与外筒螺纹连接，外筒下端与下接头螺纹连接；外筒下段与下耐磨接头下段之间设有储能元件。

前述扭矩和钻压恒定钻井装置中，所述螺旋芯轴上端设有与钻杆连接的锥形内管螺纹，螺旋芯轴下端设有与上耐磨接头连接的外螺纹，螺旋芯轴中段设有外螺旋筋。

前述扭矩和钻压恒定钻井装置中，所述螺旋外筒顶口内壁设有密封槽，密封槽内设有旋转密封元件；螺旋外筒内壁下段设有与外螺旋筋对应的内螺旋槽；内螺旋槽与螺旋芯轴中段的外螺旋筋传动连接；螺旋外筒下端的外圆设有与外筒连接的锥形外管螺纹。

前述扭矩和钻压恒定钻井装置中，所述外螺旋筋和内螺旋槽为多线大导程螺旋结构。

前述扭矩和钻压恒定钻井装置中，所述上耐磨接头外圆设有密封槽，密封槽内设有旋转密封元件；上耐磨接头上口内壁设有与螺旋芯轴连接的内管螺纹，上耐磨接头下端面为耐磨平面。

前述扭矩和钻压恒定钻井装置中，所述下耐磨接头为台阶轴，上段大头端面为耐磨平面，下段为一段小外径轴，小外径轴段上套有储能元件，储能元件被设置在下耐磨接头的台肩面与下接头的上端面间。

前述扭矩和钻压恒定钻井装置中，储能元件为压缩弹簧或弹性橡胶元件或碟簧。

前述扭矩和钻压恒定钻井装置中，所述外筒上下口均设有锥形内管螺纹；外筒上口的锥形内管螺纹与螺旋外筒下端的锥形外管螺纹连接；外筒下口的锥形内管螺纹与下接头上端的锥形外管螺纹连接。

前述扭矩和钻压恒定钻井装置中，所述下接头上下两端均设有锥形外管螺纹；下接头上端的锥形外管螺纹与外筒下口的锥形内管螺纹连接；下接头下端的锥形外管螺纹与钻头连接。

前述扭矩和钻压恒定钻井装置中，所述螺旋芯轴、上耐磨接头、下耐磨接头和下接头中心均设有水眼。